1、第二节功能玻璃制备及设备第二节功能玻璃制备及设备第二节第二节 功能玻璃的制备功能玻璃的制备内容提要内容提要1.传统熔体冷却法传统熔体冷却法2.高速熔体冷却法高速熔体冷却法3.雾化法雾化法4.激光熔凝法激光熔凝法5.乳化液滴法乳化液滴法6.其他方法其他方法为了获得玻璃或无定形固体，可将液体或气为了获得玻璃或无定形固体，可将液体或气体的无序状态在环境温度下保存下来，或是破坏体的无序状态在环境温度下保存下来，或是破坏晶体的有序结构。通过适当的化学反应也能获得晶体的有序结构。通过适当的化学反应也能获得无序结构，常用的一些方法为：熔体急冷法、气无序结构，常用的一些方法为：熔体急冷法、气相急冷、晶态固体的
2、无序化相急冷、晶态固体的无序化(非熔化法非熔化法)、互扩散、互扩散和烧结、电解、热解及溶液化学反应。和烧结、电解、热解及溶液化学反应。总之，要将物质转变成非晶态，无论是从液体、气体、还是总之，要将物质转变成非晶态，无论是从液体、气体、还是从固体出发，其共同的原理是原子在低温时难以运动，从而从固体出发，其共同的原理是原子在低温时难以运动，从而使它没有充分的时间完成规则排列。考虑到非晶态固体的几使它没有充分的时间完成规则排列。考虑到非晶态固体的几个基本特征是其构成的原子或分子在很大程度上的排列混乱，个基本特征是其构成的原子或分子在很大程度上的排列混乱，体系的自由能比对应的晶态高，因而是一种热力学意
3、义上的体系的自由能比对应的晶态高，因而是一种热力学意义上的亚稳态。基于这样的特点，无论哪一类制备方法都要解决如亚稳态。基于这样的特点，无论哪一类制备方法都要解决如下两个技术关键：必须形成原子或分子的混乱排列状态；下两个技术关键：必须形成原子或分子的混乱排列状态；将这种热力学亚稳态在一定温度范围内保存下来，并使之将这种热力学亚稳态在一定温度范围内保存下来，并使之不向晶态转变。不向晶态转变。非晶态材料制备原理示意图非晶态材料制备原理示意图一般的非晶态形成存一般的非晶态形成存在气态、液态和同态在气态、液态和同态三者之间的相互转变。三者之间的相互转变。图中粗黑箭头表示物图中粗黑箭头表示物态之间的平衡转
4、变。态之间的平衡转变。但考虑到非晶态本身但考虑到非晶态本身是非平衡态，因此非是非平衡态，因此非晶态的转变在图中用晶态的转变在图中用空心箭头表示，箭头空心箭头表示，箭头旁标出了实现该物态旁标出了实现该物态转变所采用的技术。转变所采用的技术。要得到大块非晶态材料，即在较低的冷却速要得到大块非晶态材料，即在较低的冷却速率下也能制得非晶态材料，就要设法降低熔体的率下也能制得非晶态材料，就要设法降低熔体的临界冷却速率临界冷却速率Rc，使之更容易获得非晶相。这，使之更容易获得非晶相。这就要求从热力学、动力学和结晶学的角度寻找提就要求从热力学、动力学和结晶学的角度寻找提高材料的非晶形成能力、降低冷却速率的方
5、法。高材料的非晶形成能力、降低冷却速率的方法。1.1.传统熔体冷却法传统熔体冷却法熔体冷却法中的传统冷却工艺目前仍然是大量熔体冷却法中的传统冷却工艺目前仍然是大量生产玻璃的主要工艺。该方法就是将玻璃原料加生产玻璃的主要工艺。该方法就是将玻璃原料加热熔融，并将透明的焙体在高温下澄清、均化，热熔融，并将透明的焙体在高温下澄清、均化，然后在常规条件下冷却而成固态玻璃物质。由于然后在常规条件下冷却而成固态玻璃物质。由于不需要很复杂的制冷设备，世界上生产的绝大部不需要很复杂的制冷设备，世界上生产的绝大部分玻璃品种及其产量都是通过这种方法获得的。分玻璃品种及其产量都是通过这种方法获得的。1.1 配合料的制
6、备配合料的制备根据设计的玻璃组成及所选用的原料成分，将各种原料的粉料按一定比例称量，混合而成的均匀混合物称为配合料。实践证明，成分和黏度均匀的配合料，不仅能强化玻璃的熔化和澄清过程，而且还能减少或消除影响玻璃质量的各种弊病。制备质量合乎要求的配合料是玻璃生产工艺中的一个重要环节，对于配合料的要求有如下几个方面。（1）组成正确、稳定配合料的组成正确和稳定关系着玻璃成分的正确和稳定。通常必须从配料计算和各原料称量的正确性两方面来保证。此外，当原料的化学成分、水分等发生变化时。必须随时调整配方。1.1 配合料的制备配合料的制备1.1 配合料的制备配合料的制备（2）有一定的颗粒级配构成配合料的各种原料
7、均由一）有一定的颗粒级配构成配合料的各种原料均由一定粒度的颗粒组成，它直接影响到配合料的均匀度、玻璃定粒度的颗粒组成，它直接影响到配合料的均匀度、玻璃熔化速度、玻璃液的均匀度。配合料的颗粒组成不仅要求熔化速度、玻璃液的均匀度。配合料的颗粒组成不仅要求同一原料有适宜的颗粒度，而且各种原料之间有一定的粒同一原料有适宜的颗粒度，而且各种原料之间有一定的粒度比，其目的在于提高混合均匀度和防止配合料在运输过度比，其目的在于提高混合均匀度和防止配合料在运输过程中的分层。为此，应重视控制过细原料的比例。因为颗程中的分层。为此，应重视控制过细原料的比例。因为颗粒过细粒过细(0.1050.074mm)时，比表面
8、积增大，粒子的表面效时，比表面积增大，粒子的表面效应应(指静电效应和吸附效应指静电效应和吸附效应)占主导地位将干扰混合的进行，占主导地位将干扰混合的进行，且在水分存在时更易结团，影响配合料的混合均匀性。且在水分存在时更易结团，影响配合料的混合均匀性。（3）有一定的水分配合料中含有一定的水分，不仅可以润湿原料的颗粒表面，增加原料颗粒之间的黏附力，有利于防止分层，提高混合均匀度，而且由于水在难熔的石英颗粒表面形成水膜，可以溶解部分助熔剂原料(如纯碱等)，有助于加速熔化。配合料的含水量一般在37(质量)，具体加水多少与原料的粒度和配合料的种类有关，原料粒度较细时，配合料的水分略高些。为了防止结块，并
9、有良好的黏附状态，配合料的温度宜维持在不低于35。1.1 配合料的制备配合料的制备（4）具有一定的气孔率配合料加热后逸出的气体量与配合料质量之比称为气孔率。配合料中必须含有能受热分解并放出气体的原料，逸出一定量的气体能对配合料和玻璃熔体产生搅拌作用，有利于玻璃液的澄清和均化。气孔率过高，会造成玻璃起泡，但气孔率过低，又使玻璃“发滞”，不易澄清。不同种类的配合料，气孔率要求不同。（5）均匀性好配合料是否混合均匀，将影响玻璃制品的产量和质量。如果混合不均匀，则在石英砂等较难熔物较多之处，熔化困难，甚至会残留未熔化的石英颗粒，破坏了玻璃的均匀性，使玻璃中产生结石、条纹、气泡等缺陷。1.1 配合料的制
10、备配合料的制备1.2 玻璃的熔制玻璃的熔制将配合料经过高温加热成为均匀的、无可见气泡并符合成形要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制。玻璃的熔制是玻璃的生产中最重要的环节。玻璃的许多缺陷如气泡、条纹、结石等都是在熔制过程中造成的。玻璃的产量、质量、合格率、生产成本等都与玻璃的熔制有关。玻璃的熔制是一个非常复杂的过程。它包括一系列的物理的、化学的变化过程。如制备钠钙硅酸盐玻璃时，发生的化学反应可用下式表示：其结果是使机械混合体的配合料变成复杂的熔融的玻璃液。以硅酸盐玻璃为例，玻璃的熔制过程可分为五个阶段。（1）硅酸盐的形成配合料中各组分在加热过程中经过一系列的物理变化和化学变化，反应结束，大部分气态产
11、物逸出，配合料变成由各种硅酸盐和未反应完的SiO2，共同组成的半熔融的烧结物。这个阶段是配合料直接投入高温窑内进行，各种变化交叉进行，经过的时间(3-5min)就完成了。1.2 玻璃的熔制玻璃的熔制1.2 玻璃的熔制玻璃的熔制（2）玻璃液的形成 随着温度的升高，烧结物熔融，变成含有大量气泡、极不均匀的透明玻璃液的过程。在玻璃液形成阶段，首先各种硅酸盐烧结物进一步熔融并相互扩散，另外，没有反应完的石英颗粒向熔体中熔解和扩散。玻璃液形成的阶段需要的时间为3035min。（3）玻璃液的澄清澄清是在玻璃液中建立气体平衡，排除可见气泡的过程，是玻璃熔制过程中的重要阶段。配合料中各种盐类在高温下分解放出的
12、气体为CO2、O2、SO2、NO2等。这些气体在玻璃液中以几种形式存在：可见气泡(占玻璃液中气体总体积的1)；化学溶解(以羟基、盐类如Na2SO4等形式存在于玻璃结构中)；物理溶解(与玻璃不反应的气体，如N2等存在于网络间隙中)。玻璃液中排除可见气泡就是通过升高温度或添加澄清剂产生新的气体等方式，减小气体在玻璃中的溶解度。气体进入气泡，使气泡逐渐长大，上升到液面，破裂，而将气体释放入炉中。1.2 玻璃的熔制玻璃的熔制1.2 玻璃的熔制玻璃的熔制（4）玻璃液的均化均化的目的是消除玻璃液中各部分的化学组成不均匀及热不均匀性，使之达到均匀一致。玻璃液的均化和澄清阶段往往同时进行，互相联系、互相影响。
13、澄清使气泡排除，同时起了搅拌的作用，能促进玻璃液中不均匀部分的相互扩散而有利于均化。若采用机械搅拌等均化措施，会因加快气体扩散而有利于澄清。玻璃液的均化过程主要是靠分子扩散和热对流作用实现。（5）玻璃液的冷却通过降温，使已均化良好的玻璃液黏度增高到成形所需要的范围称为玻璃液的冷却。玻璃液的冷却必须均匀，尽量保持各部分玻璃液的热均匀性，以免造成几何尺寸的厚薄不均而影响产品质量。同时，还要防止二次气泡的产生。二次气泡的产生往往是因为冷却阶段温度剧烈波动，破坏了玻璃液中已建立的气体平衡，使得溶解在玻璃液中的气体重新以小气泡形式析出。这种气泡一旦形成，就在玻璃液中均匀分布，相当密集，很难再消除。1.2
14、 玻璃的熔制玻璃的熔制玻璃的成形是熔融的玻璃转变为具有固定几何形状制品的过程。常见的成形方法有吹制法(如瓶罐等空心玻璃)；压制法(如盘子等器皿)，将黏性玻璃块放入模具中压制，然后移去半个模具，制成所要求的外形，如图6-9所示。拉制法(如管子、纤维等)；滚压法，主要用于生产平板玻璃，原料熔化后，流经两滚筒，严格控制温度，在合适的黏度下滚压成平板玻璃。为了得到表而光洁度高、平整的板材，可使玻璃熔体流经液态锡的浮池面上，池内保持可控制的加热气氛以防止氧化，如图6-10。1.3 玻璃的成形玻璃的成形1.3 玻璃的成形玻璃的成形1.3 玻璃的成形玻璃的成形玻璃中由于存在温度差而产生的应力称为热应力。在加
15、热或冷却过程中，即使加热或冷却的速度不是很大，玻璃的内层和外层也会形成一定的温度梯度，从而产生一定的热应力。玻璃制品在成形后的冷却过程中，经受了激烈的、不均匀的温度变化，产生的热应力会导致大多数制品在存放、加工及使用中自行破裂，所以一般玻璃制品在成形后都要经过退火以减少或消除热应力。玻璃的退火就是消除或减少玻璃中的热应力至允许值的热处理过程。退火的质量将直接影响到制品的机械强度、热稳定性及光学性能。1.4 玻璃的退火玻璃的退火为了消除热应力，玻璃的最高退火温度是指在该温度下保持3min能消除95的应力，也称为退火上限。最低退火温度是指在该温度下保持3min仅能消除5的应力，为退火下限。一般玻璃
16、的退火温度上限与其化学组成有关，大部分器皿玻璃的退火上限为550+20。1.4 玻璃的退火玻璃的退火2.高速熔体冷却高速熔体冷却将一种或几种晶体物质熔化所得的熔将一种或几种晶体物质熔化所得的熔体急冷是获得玻璃的常规方法。通常都是体急冷是获得玻璃的常规方法。通常都是属于熔体碰到金属冷表面而快速凝固。属于熔体碰到金属冷表面而快速凝固。当降温速率足够快而避免结晶时，熔体的无序状态在固体中得以保持。为了达到更高的冷却速率，需要将熔体与一种具有高导热率的固体接触，一般使用铜等金属。Duwez等人发明的急速冷却喷枪技术就是使用压力冲击波将熔体液滴抛向弯曲的铜板。如图6-11所示，该方法是将少量的原料(如金
17、属)装入一个底部有一直径为1mm的小孔的石墨坩埚中，通过感应加热或电阻加热，并在惰性气体中使之熔化，由于金属的表面张力高，所以不至于从小孔中溢出。随后使用冲击波使熔体由小孔中很快地喷出，在铜板上形成薄膜。若有必要，还可将基板浸人液氮中。冲击波由高压室内惰性气体的压力增加到某一定值时冲破塑料薄膜(聚酯隔膜)产生，波速为150-300m/s。熔体与固体金属相接触的好坏程度决定了有效冷却速率。2.1 喷枪法喷枪法2.1 喷枪法喷枪法而后，Willens和Takamori等人对该法装置进行了改进，将原料悬浮熔融，这样提高了熔化速度，并减少了熔体的污染。喷枪法由于高速导热冷却(105109)/s，因此形
18、成的样品是几微米厚的薄片。但所得样品形状不规则，厚度不均匀，且疏松多孔，所以不适用于测量物理性质和力学性质。2.1 喷枪法喷枪法图6-12(a)为另一种急速冷却装置，该方法也称为锤砧法。熔体液滴从坩埚中被挤出下落至两块金属平板之间，由液滴通过光电池进行电子触发使其中一块平板快速向另一块静止平板运动对液滴施压，这样液滴将被挤压成薄膜，并急冷成非晶态材料。该方法的优点是制成的薄片厚度比用喷枪法制得的均匀，且两面光滑，没有气孔，但急冷速度不如喷枪法高，一般为(105106)/s。2.2 锤砧法锤砧法双辊法的装置如图双辊法的装置如图6-12(b)所示，就是让熔体液滴流经石英所示，就是让熔体液滴流经石英
19、管底部的小孔，并喷射到两个快速旋转的滚轮间，冷却面形成管底部的小孔，并喷射到两个快速旋转的滚轮间，冷却面形成非晶态条带。由于辊间有一定的压力，条带从两面冷却，并有非晶态条带。由于辊间有一定的压力，条带从两面冷却，并有良好的热接触，所以条带两面光滑，厚度均匀，冷却速率为良好的热接触，所以条带两面光滑，厚度均匀，冷却速率为106/s。该方法工艺要求严格，如要求射流应有一定长度的稳。该方法工艺要求严格，如要求射流应有一定长度的稳流；射流方向要控制准确；流量与辊子的转数要匹配恰当，否流；射流方向要控制准确；流量与辊子的转数要匹配恰当，否则不是因凝固太早而产生冷轧，就是因为凝固太晚而使部分液则不是因凝固
20、太早而产生冷轧，就是因为凝固太晚而使部分液体甩出。对于辊子的选材，既要求导热性能好，又要求表面硬体甩出。对于辊子的选材，既要求导热性能好，又要求表面硬度高，而且还要适当考虑有一定的耐热蚀性度高，而且还要适当考虑有一定的耐热蚀性。2.3 双辊法双辊法单辊法是在双辊法基础上，改进工艺，将熔体喷射到高速旋转的辊面上，单辊法是在双辊法基础上，改进工艺，将熔体喷射到高速旋转的辊面上，在滚轮的外侧将熔体急冷，其装置如图在滚轮的外侧将熔体急冷，其装置如图6-12(c)所示。该方法工艺较容易控制，熔所示。该方法工艺较容易控制，熔体喷射温度可控制在熔点以上的体喷射温度可控制在熔点以上的(10-200)/S；喷射
21、压力为；喷射压力为0.52kg/cm2(表压表压)；喷管与辊面的法线约成喷管与辊面的法线约成14角；辊面线速度般为角；辊面线速度般为1035m/s。当喷射时，喷嘴距离。当喷射时，喷嘴距离辊面应尽量小，最好小到与条带的厚度相近。辊子材料最好采用镀青铜，也可用辊面应尽量小，最好小到与条带的厚度相近。辊子材料最好采用镀青铜，也可用不锈钢或滚珠钢。通常用石英管作为喷嘴，如熔化高熔点金属，则可采用氧化铝不锈钢或滚珠钢。通常用石英管作为喷嘴，如熔化高熔点金属，则可采用氧化铝或碳、氮化硼管等。由于离心力作用，熔体与辊面的热接触不理想，因此，条带或碳、氮化硼管等。由于离心力作用，熔体与辊面的热接触不理想，因此
22、，条带的厚度和表面状态不及上述方法。此法的冷却速度为的厚度和表面状态不及上述方法。此法的冷却速度为106/s，若需制备活性元素，若需制备活性元素，如，如Ti，Re等的合金条带，则整个过程应在真空或惰性气氛中进行。对工业化连等的合金条带，则整个过程应在真空或惰性气氛中进行。对工业化连续生产，辊子应通水冷却。条带的宽度可通过喷嘴的形状和尺寸来控制。若制备续生产，辊子应通水冷却。条带的宽度可通过喷嘴的形状和尺寸来控制。若制备宽度小于宽度小于2mm的条带，则喷嘴可用圆孔；若制备大于的条带，则喷嘴可用圆孔；若制备大于2mm的条带，则应采用圆孔的条带，则应采用圆孔、椭圆孔、长方孔或成排孔，如图、椭圆孔、长
23、方孔或成排孔，如图6-13所示。条带的厚度与熔体的性质及工艺参所示。条带的厚度与熔体的性质及工艺参数有关。数有关。2.4 单辊法单辊法单辊法喷嘴形状单辊法喷嘴形状根据传热机制，界面传热系数是一个重要参数，可达到根据传热机制，界面传热系数是一个重要参数，可达到106N(m2K)，可估算单辊法的固液界面前进速度约，可估算单辊法的固液界面前进速度约1m/s。冷却速度主。冷却速度主要依赖于条带的厚度，见式要依赖于条带的厚度，见式(6-7)。一般情况下冷却速度可达。一般情况下冷却速度可达(105106)/s水平。水平。式中，式中，v为冷却速度；为冷却速度；h为界面传热系数；为界面传热系数；T为熔液温度；
24、为熔液温度；T0为辊为辊轮温度；轮温度；l为条带厚度；为条带厚度；为金属密度；为金属密度；c为金属比热容。为金属比热容。2.4 单辊法单辊法该方法的装置如图该方法的装置如图6-13(d)所示，合金棒下端由电所示，合金棒下端由电子束加热熔化，液滴接触到转动的辊面，随即被拉长，子束加热熔化，液滴接触到转动的辊面，随即被拉长，并凝固成丝或条带。该方法的优点是：不需要坩埚，并凝固成丝或条带。该方法的优点是：不需要坩埚，从而避免了坩埚的污染；不存在喷嘴的孔型问题，适从而避免了坩埚的污染；不存在喷嘴的孔型问题，适合于制备高熔点的台金条带。合于制备高熔点的台金条带。2.5 悬滴纺丝法悬滴纺丝法熔体急冷法示意
25、图熔体急冷法示意图图图6-14为雾化法的示意图。在亚音速范围内，克服为雾化法的示意图。在亚音速范围内，克服液流低的切阻，变成雾化粉末。对高性能易氧化材料液流低的切阻，变成雾化粉末。对高性能易氧化材料往往用氩气雾化法，但气体含量仍高，一般高温合金往往用氩气雾化法，但气体含量仍高，一般高温合金的含氧量在一二百个的含氧量在一二百个g/g。冷却速度也不高，在。冷却速度也不高，在（102103）/s。粉末质量不高主要因为有较高的气。粉末质量不高主要因为有较高的气孔率，密度较低，粉末颗粒有卫星组织，即大粉末颗孔率，密度较低，粉末颗粒有卫星组织，即大粉末颗粒上粘了小颗粒，使组织不一致，筛分困难，增加气粒上粘
26、了小颗粒，使组织不一致，筛分困难，增加气体玷污。体玷污。3 雾化法雾化法后来又发展氦气下强制对流离心雾化法，使冷却速度提高至后来又发展氦气下强制对流离心雾化法，使冷却速度提高至105/s。在氦气下可比在氩气下获得大一个数量级的冷却速率。在氦气下可比在氩气下获得大一个数量级的冷却速率。目前又发展到超声雾化法，它是采用速度为目前又发展到超声雾化法，它是采用速度为22.5马赫和频率为马赫和频率为2104105Hz的脉冲超声氩气或氦气流直接冲击金属液流，从而的脉冲超声氩气或氦气流直接冲击金属液流，从而获得超细的雾化粉末，其原理是利用一个带锥体喷嘴的获得超细的雾化粉末，其原理是利用一个带锥体喷嘴的Har
27、tmann激波管，超声波在液体中的传播是以驻波形式进行的，激波管，超声波在液体中的传播是以驻波形式进行的，在传播的同时，形成周期交替的压缩与稀疏，当稀疏时在液体中在传播的同时，形成周期交替的压缩与稀疏，当稀疏时在液体中形成近乎真空的空腔，在压缩时空腔受压又急剧闭合，同时产生形成近乎真空的空腔，在压缩时空腔受压又急剧闭合，同时产生几百个几百个MPa的冲击波，把熔液打碎。一般是频率愈大，液滴愈小，的冲击波，把熔液打碎。一般是频率愈大，液滴愈小，冷却速率可达冷却速率可达105/S。3 雾化法雾化法3 雾化法雾化法4 激光熔凝法激光熔凝法图图6-15为激光熔凝法的示意图。这种技术是以很高能量密度为激光
28、熔凝法的示意图。这种技术是以很高能量密度的激光束的激光束(约约l07W/cm2)在很短的时间内在很短的时间内(10-310-12s)与金属交互作与金属交互作用，这样高的能量足以使金属表面局部区域很快加热到几千度以用，这样高的能量足以使金属表面局部区域很快加热到几千度以上，使之熔化甚至气化，随后借尚处于冷态的金属的吸热和传热上，使之熔化甚至气化，随后借尚处于冷态的金属的吸热和传热作用，使很薄的表面熔化层又很快凝固，冷却速率可达作用，使很薄的表面熔化层又很快凝固，冷却速率可达(105109)/s。以用脉冲固体激光器为例，当脉冲能量为。以用脉冲固体激光器为例，当脉冲能量为10J，脉冲宽，脉冲宽度为度
29、为28ms时，峰值功率密度可达时，峰值功率密度可达4001700kW/cm2。若是。若是2kW输出的连续激光器，功率密度可达输出的连续激光器，功率密度可达70kW/cm2。新的方向是进一。新的方向是进一步缩短脉冲宽度至皮秒级。另外已有激光转镜扫描，使宽度达到步缩短脉冲宽度至皮秒级。另外已有激光转镜扫描，使宽度达到20mm左右。左右。4 激光熔凝法激光熔凝法提高激光快速熔凝冷却速率的最重要两个因素是提高激光快速熔凝冷却速率的最重要两个因素是增大被吸收热流密度和缩短交互作用时间，用增大被吸收热流密度和缩短交互作用时间，用10-12s的的激光脉冲快速熔凝，就能获得非晶硅，粗略地说，被激光脉冲快速熔凝
30、，就能获得非晶硅，粗略地说，被吸收热流密度增加十倍或交互作用时间减小一百倍，吸收热流密度增加十倍或交互作用时间减小一百倍，都相当于使熔池深度减小十倍，凝固速率增加十倍，都相当于使熔池深度减小十倍，凝固速率增加十倍，液相中温度梯度提高十倍和冷却速率提高一百倍。液相中温度梯度提高十倍和冷却速率提高一百倍。4 激光熔凝法激光熔凝法如果激光吸收长度小于热扩散距离，则热源成为表面热源，如果激光吸收长度小于热扩散距离，则热源成为表面热源，冷却速率近似为：冷却速率近似为：式中，式中，R*为激光到金属表面的反射率；为激光到金属表面的反射率；I0为激光功率输出；为激光功率输出；s为热扩散率；为热扩散率；t为脉宽
31、。如果激光吸收长度大于热扩散距离，为脉宽。如果激光吸收长度大于热扩散距离，此时忽略热扩散的作用，冷却速率近似为：此时忽略热扩散的作用，冷却速率近似为：式中，式中，为吸收系数。为吸收系数。激光快速熔凝时，熔化表层愈薄，冷却速率愈大。被吸收功激光快速熔凝时，熔化表层愈薄，冷却速率愈大。被吸收功率密度愈高，冷却速率也愈大。率密度愈高，冷却速率也愈大。4 激光熔凝法激光熔凝法5 乳化液滴法乳化液滴法加大冷却速率的途径之一是加大过冷度。均质成核比非均质加大冷却速率的途径之一是加大过冷度。均质成核比非均质成核需要更大的过冷度，传统地认为最大过冷度为金属熔点绝对成核需要更大的过冷度，传统地认为最大过冷度为金
32、属熔点绝对温度的温度的20左右，利用乳化液滴法可大幅度提高至左右，利用乳化液滴法可大幅度提高至3040，并希望最大过冷度能达到金属熔点热力学温度的三分之二，图并希望最大过冷度能达到金属熔点热力学温度的三分之二，图6-16为该方法的示意图。使液滴弥散分布在一种溶液中，对高纯金为该方法的示意图。使液滴弥散分布在一种溶液中，对高纯金属只是极少液滴中含有成核剂，因此可以造成很大的过冷度，决属只是极少液滴中含有成核剂，因此可以造成很大的过冷度，决定过冷度的主要因素之一是颗粒大小。如定过冷度的主要因素之一是颗粒大小。如Sn的平均液滴直径为的平均液滴直径为275um，过冷度为，过冷度为48；平均液滴直径降至
33、；平均液滴直径降至4m，过冷度升高至，过冷度升高至187。5 乳化液滴法乳化液滴法5 乳化液滴法乳化液滴法Flemings等把等把Sn-Pb合金放在聚苯醚乳化剂中，这合金放在聚苯醚乳化剂中，这种乳化剂的沸点很高，可达种乳化剂的沸点很高，可达520。另外在乳化载体中。另外在乳化载体中加入几滴氧化剂，使液滴不致粘合，常用的是苯二甲加入几滴氧化剂，使液滴不致粘合，常用的是苯二甲酸或有机过氧化物。加入量大约为酸或有机过氧化物。加入量大约为lg金属配比金属配比0.05g苯苯二甲酸，把合金加热至高于熔点二甲酸，把合金加热至高于熔点25，在氩气下搅拌，在氩气下搅拌40min，搅拌器转速为，搅拌器转速为4000r/min，把熔化了的合金在，把熔化了的合金在载体中打碎成载体中打碎成230m的液滴，一般的液滴，一般1g金属和金属和5mL乳乳化载体配比，可把金属打成化载体配比，可把金属打成10个直径为个直径为530m液滴。液滴。6 其他方法其他方法固态方法、电化学方法、气相急冷技术，等固态方法、电化学方法、气相急冷技术，等Thank You世界触手可及世界触手可及携手共进，齐创精品工程携手共进，齐创精品工程
