1.磁悬浮熔炼 当导体处于漏斗状的线圈时,线圈中的高频梯度电磁场将使导体中产生与外部电磁场方向相反的感生电动势,该感生电动势与外部电磁场之间的斥力与重力相抵消,使导体样品悬浮在线圈中,同时,样品中的涡流使样品加热熔化。向样品中吹入惰性气体,样品便冷却,凝固。样品的温度可用非接触法测量。磁悬浮方法的基本原理以及悬浮线圈的设计可参考有关文献。由于磁悬浮熔炼时样品周围没有容器壁,避免了器壁引起的非均匀形核,因而临界冷速更低。该方法目前不仅用来研究大块非晶合金的形成,而且广泛用来研究金属熔体的非平衡凝固过程中的热力学及动力学参数,如研究合金溶液的过冷,利用枝晶间距来推算冷却速度,均匀形核率及晶体长大速率等。
2.静电悬浮熔炼 将样品置于水平放置的负电极板上,上面加一个同样水平放置的正电极板。然后在正负电极板之间加上直流高压,两电极板间产生一梯度电场(中央具有最大电场强度),同时样品也被充上负电荷。当电极板间的电压足够高时,带负电荷的样品在电场作用下将悬浮于两电极板之间。用激光照射样品,便可将样品加热熔化。停止照射,样品便冷却,该方法的优点在于样品的悬浮和加热系统是分开的,因而样品的冷却速度可以很快,而在磁悬浮时,样品的悬浮与加热是同时通过样品中的涡流实现的,样品在冷却时也必须处于悬浮状态,所以样品在冷却时还必须克服悬浮涡流给样品带来的热量,冷却速度不可能很快。
3.落管技术 在真空落管中将样品装在下部开有小孔的石英坩埚中,当样品熔化时,在石英管项部通以惰性气体,在惰性气体压力的作用下,金属液从小孔流出自由下落(不与管壁接触),并在下落中完成凝固过程,与悬浮法相似,落管法能实现无器壁凝固,可用来研究非晶相的形成动力学,过冷金属熔体的非平衡凝固过程等。
4.低熔点氧化物包裹 将样品用低熔点的氧化物包裹起来,然后置于容器中熔炼。氧化物的包裹起到两个作用:一是用来吸取合金熔体中的杂质颗粒,使合金纯化,这类似于炼钢时的造渣;二是将合金熔体与器壁隔离开,由于包覆物的熔点低于合金熔体,因而合金凝固时包覆物仍处于熔化状态,不能作为合金非均匀形核的核心。这样,经过熔炼,纯化后冷却,可以最大限度地避免非均匀形核。
摘自《先进材料导论》