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文档简介

第5章凝固界面稳定性分析为了深刻理解凝固组织的形成原因，必须要了解和掌握凝固科学中两个重要的凝固界面形态稳定性理论，一是成分过冷理论；二是Mullins-Sekerka理论(MS理论)。本章将系统地讨论它们在凝固科学所起的作用及其应用。§5.1纯物质的界面稳定性5.1.1界面稳定性分析方法―扰动法

由于金属材料不透明，所以难以直接观察界面失稳的过程，但我们可以利用透明有机物来模拟金属凝固界面形态演化，获得所需的信息。对于界面形态是否稳定，我们可以在界面前沿加以微小干扰，如果干扰随凝固时间增长趋于消失，我们说该界面是稳定的；如果界面上的干扰随凝固时间增长越来越大，我们说该界面是不稳定的。图5-1(a)界面不稳定和(b)稳定的两种情况常规条件下，合金凝固组织绝大部分为枝晶形态，所以固液界面通常是不稳定的，而稳定平界面组织只有在特殊情况下才能获得。5.1.2正温度梯度下限制性生长和负温度梯度下非限制性生长的界面稳定性图5-2(a)限制性生长和(b)非限制性生长的界面稳定性

对纯物质来说，正温度梯度下限制性生长的界面形态是稳定的，而负温度梯度下非限制性生长的界面形态是不稳定的。ak＝kV[1-(1+)d0ℓDk2]图5-3干扰后平界面变化的示意图d0＝TmC/L2=/(L/C)=/(H/C),=Tm/H(传热模型)

图5-4干扰波长与振幅增长率ak之间的关系§5.2合金的平界面界面稳定性分析

界面稳定界面处于临界稳定界面失稳因此成分过冷判据表示为：如果液相存在流动，则成分过冷判据为：图5-6Pb-Sn

单相合金界面形态与凝固工艺常数之间的关系在许多情况下，平凝固界面失稳并不是随机出现的，而是出现在界面的缺陷处，而沟槽的稳定性同样可以借助于成分过冷判据进行分析，获得的沟槽稳定性的条件为：KSGS=KLGL+VHF

在VHF

很小的前提下(潜热不影响温度分布)，金属中固相的热导率一般是液相的2倍左右，即KS=2KL，所以对于金属的凝固来说，有：GS<GL；而对于半导体材料来说，固相的热导率仅是液相的1/3倍左右，即KS=(1/3)KL，所以有：GS>GL。因此在凝固中对于金属来说，可以使的液相的温度梯度很高，来细化凝固的组织，但对于半导体材料来说，由于固相的热导率小，会在固相中造成很大的温度梯度，造成热应力产生各种缺陷，因此并不是温度梯度越高越好，需要根据不

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