DSC法研究Ge熔体的过冷及凝固.pdf

中国科学 G 辑 物理学 力学 天文学 2004, 34(3) : 241~246 241 DSC法研究Ge熔体的过冷及凝固* ①** ② ③ ① ② 李 强 朱玉英 何云华 王 煦 李 工 ② ② 于金库 何巨龙 (燕山大学①机械工程学院, ②亚稳材料制备技术与科学重点实验室, ③环境与化学工程系, 秦皇岛 066004) 摘要 将DSC 技术与助熔剂(B O )处理技术相结合, 实现并准确测量了Ge 熔 2 3 体的过冷现象. 利用该方法, 实验得到Ge 熔体的最大过冷度为190 K. 在实验冷 却速率范围内(5 ~ 40 K/min), 冷却速度越大, 过冷度越大. 在冷却速率一定的情 况下, 所达到的过冷度随熔体过热度的增大而增大, 并逐步趋向于常数. 研究了 过冷Ge 熔体的凝固现象, 分析了Ge 熔体的非等温结晶过程, 冷却速率越大, 则 试样完全结晶所需时间越短. 关键词 DSC 助熔剂处理 Ge 过冷 凝固 [1] 熔体深过冷是实现非平衡凝固和制备亚稳相的重要手段 . 过冷是金属或合 金凝固过程中的一个本质特征, 所有熔体形核结晶前在某种程度上都能够过冷, 但受容器器壁和熔体内杂质质点等非自发形核核心以及冷却速度较小等因素的影 响, 过冷度往往不高. 要想获得深过冷, 通常可以通过两种途径来实现, 第 1 种途 径是快速冷却, 快冷时由于动力学原因, 结晶过程被推迟甚至冻结. 然而, 在快冷 过程中, 凝固过程非常快, 熔体内部微观结构的发展变化、形核率、晶体生长及相 关的热物理性质都很难直接检测到. 第2 种途径是通过助熔剂处理、悬浮处理等无 容器手段尽可能抑制非自发形核的产生, 以此来达到熔体的深过冷状态. 这种方 法在较慢的冷却速度下也可实现深过冷, 且处于深过冷状态的熔体可以长时间保 持液态而不发生凝固结晶现象, 这就为研究不同过冷度下熔体内部的微结构演化 和凝固规律提供了条件, 同时也为过冷熔体的物理性质测量提供了可能. 利用电 磁悬浮、声悬浮、静电悬浮等手段人们已对一系列的金属、合金以及氧化物等的 [2~5] 熔体深过冷与非平衡凝固过程进行了研究 , 但由于缺乏对悬浮熔体冷却过程中 2004-02-19 收稿, 2004-03-24 收修改稿 * 国家自然科学基金(批准号:及河北省自然科学基金(批准号: 503278)资助项目 **E-mail: liqiang@ SCIENCE IN CHINA Ser. G Physics, Mechanics Astronomy 242 中国科学 G 辑 物理学 力学 天文学 第34 卷 的传热过程的准确控制和测量, 对深过冷熔体凝固和热物性的研究尚不深入. Ge 是一个非常重要的半导体材料. 近年来, 采用悬浮等手段