一方向凝固過程における対流制御と結晶成長

单向凝固过程中的对流控制和晶体生长

基本信息

批准号：
08650260
负责人：
西村龍夫
金额：
--
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650260/
关键词：
組成対流凝固結晶成長過冷却度固相率

项目摘要

本研究では2成分系の凝固によって生じる組成対流と結晶形態の関係を明らかにする目的で、対流を制御させて結晶形態の変化およびその熱、物質輸送過程を実験的に調査した。2成分系として過共晶濃度の塩化アンモニウム水溶液を用い、塩化アンモニウムの結晶を下側から一様に成長させた。また対流を制御するため、溶液に増粘剤であるポリマーを微量添加した(1wt%)。マッシ-と呼ばれる結晶と水溶液とが共存する層内の温度と濃度を自作したマイクロブローブで同時測定することにより過冷度を評価した。一方、結晶形態はビデオマイクロスコ-ブで観察した。主要な結果は次の通りである。1 増粘剤の有無にかかわらず、マッシ-層内は界面近傍を除いて熱力学的平衡状態が保持される。2 界面近傍の過冷度ΔTは結晶成長速度sと関連し(s∝ΔT^2)、増粘剤混入は過冷度を約1℃増加させる。3 マッシ-層内の物質収支から平均固層率を推算したところ、増粘剤を混入しない場合は0.08であり、混入した場合は0.045に減少した。固相率の減少は、デントライト結晶の2次アームが大きく成長し、結晶間隔が大きくなることが原因である。したがって、対流の抑制が結晶構造を粗にする傾向がある。この理由は今後の検討課題とする。

在本研究中，为了阐明二元体系凝固引起的成分对流与晶体形态之间的关系，我们通过控制对流实验研究了晶体形态的变化以及传热传质过程。使用过共晶氯化铵水溶液作为双组分体系，氯化铵晶体从底部均匀生长。此外，为了控制对流，向溶液中添加少量聚合物作为增稠剂（1重量％）。通过使用自制的微探针同时测量晶体和水溶液共存的称为质量的层中的温度和浓度来评估过冷程度。另一方面，使用视频显微镜观察晶体形态。主要结果如下。 1 无论是否存在增稠剂，除了界面附近之外，糊状层内都保持热力学平衡状态。 2 界面附近的过冷度ΔT与晶体生长速率s有关(s∝ΔT^2)，增稠剂的添加使过冷度增加约1℃。 3 当根据糊状层的质量平衡估算平均固体分数时，未混合增稠剂时为 0.08，混合时降至 0.045。固相率的降低是由于枝晶二次臂的大幅生长和晶体间距的增加造成的。因此，对流的抑制趋于使晶体结构粗化。其原因将是今后研究的课题。