镧铁硅合金深过冷熔体中晶体相的形核动力学

论文摘要

La（Fe,Si）13合金由于其具有较好的磁热效应,近年来得到了人们的青睐。通常情况下,这种合金是由电弧熔炼的铸锭在惰性气氛中经过长时间高温退火制得。近年来的研究表明,采用快速淬火可以大大缩短合金的退火时间。但是,快淬过程中的相选择机制尚不清楚。针对这一问题,本文对a（Fe,Si）相和La（Fe,Si）13相的在深过冷液相中的形核动力学进行了研究。首先,运用Spaepen提出的负熵模型构造了La（Fe,Si）13相的固液界面,并对其结构因子α进行计算。具体做法是：首先对La（Fe,Si）13合金相的结构进行分析,得出其最密排面；然后在最密排面上按照模型排列法则构造固液界面；在构造的每一步骤中计算出排列密度和结构因子α,直到排列密度趋于稳定。而后,利用Miedema公式计算出La（Fe,Si）13的熔化熵变ΔSf。在此基础上,确定了a（Fe,Si）相和La（Fe,Si）13相的固液界面能σls,并根据经典的形核理论对二者的形核率进行了计算。计算结果为：（1） La（Fe,Si）13相的结构因子a=0.417; （2） La（Fe,Si）13相的熔化熵变为ASf=21.27 J/（mol·K）; （3） La（Fe,Si）13相的固液界面能σ=0.430 J/m2；（4）当过冷度大于308K时,La（Fe,Si）13相的形核率比a（Fe,Si）相的高。形核率的计算结果表明,在小过冷条件下,La-Fe-Si合金中的包晶相La（Fe,Si）13相因其形核率较低以初生相的形式析出很困难。当过冷度足够大（超过308K）时,La（Fe,Si）13相将获得很高的形核率,从而有可能以初生相形式析出。这与现有的实验结果具有较好的一致性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁制冷技术概况
• 1.1.1 磁制冷技术原理
• 1.1.2 室温磁制冷材料的发展
• 13金属间化合物晶体结构'>1.2 La（Fe,Si）₁₃金属间化合物晶体结构
• 13化合物的制备'>1.3 La（Fe,Si）₁₃化合物的制备
• 1.4 相选择
• 1.5 本论文的选题依据和研究内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 确定固液界面能的方法和模型
• 2.1 均质形核率法
• 2.2 二面角法
• 2.3 硬球模型
• 第三章 Spaepen的固液界面结构模型
• 3.1 固液结构模型的发展历程
• 3.2 Spaepen和Thompson固液结构模型
• 3.2.1 固液界面构建原则
• 3.2.2 固液界面结构因子
• 3.2.3 fcc/hcp结构的α因子计算
• 3.2.4 关于bcc结构的α因子计算
• 3.3 Holland-Moritz对Spaepen模型的拓展
• 3.3.1 计算公式的拓展
• 3.3.2 Z值的确定
• 3.3.3 应用实例
• 13化合物的固液界面结构因子计算'>第四章 La（Fe,Si）₁₃化合物的固液界面结构因子计算
• 13化合物单胞的密排面'>4.1 La（Fe,Si）₁₃化合物单胞的密排面
• 13化合物固液界面的构建'>4.2 La（Fe,Si）₁₃化合物固液界面的构建
• 4.3 固液界面上可能排列的原子构建数的确定
• 4.3.1 情形A
• 4.3.2 情形B
• 4.3.3 固液界面结构因子的确定
• 第五章 La-Fe-Si合金深过冷熔体中的晶体形核动力学分析
• f的计算'>5.1 熔化熵变ΔS_f的计算
• 13相固液界面能的计算'>5.2 α（Fe,Si）相和La（Fe,Si）₁₃相固液界面能的计算
• 13相形核率的计算'>5.3 α（Fe,Si）相和La（Fe,Si）₁₃相形核率的计算
• 5.4 和实验结果的对照分析
• 5.4.1 和电磁悬浮深过冷实验结果的对照分析
• 5.4.2 和快淬实验结果的对照分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢