定向凝固的进展对高纯铝偏析法提纯工艺的影响_张佼

《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言定向凝固技术是一种重要的金属材料制备技术，通过控制凝固过程中的温度梯度和凝固速度，可以获得具有特定组织和性能的合金材料。

Al-Cu-Si共晶合金作为一种具有优异力学性能和物理性能的合金体系，其组织和性能的研究具有重要意义。

本文旨在探讨定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成及其性能特点。

二、实验方法1. 材料制备采用高纯度的Al、Cu、Si原料，按照一定比例混合制备Al-Cu-Si合金。

将合金置于定向凝固设备中，通过控制温度梯度和凝固速度，实现定向凝固过程。

2. 组织观察利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段，观察Al-Cu-Si共晶合金的微观组织结构。

3. 性能测试对制备的Al-Cu-Si共晶合金进行硬度、拉伸、耐磨等性能测试，以评估其力学性能和物理性能。

三、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 共晶组织形成在定向凝固过程中，Al-Cu-Si合金中的各组分按照一定的比例和方式相互扩散，形成共晶组织。

共晶组织的形成受到温度梯度、凝固速度等因素的影响，呈现出一定的方向性和规律性。

2. 组织结构特点Al-Cu-Si共晶合金的组织结构具有明显的层状特征，层与层之间呈现出一定的取向关系。

此外，合金中还存在着大量的析出相和亚结构，这些结构对合金的性能具有重要影响。

四、Al-Cu-Si共晶合金的性能特点1. 力学性能Al-Cu-Si共晶合金具有较高的硬度、强度和耐磨性。

这主要归因于其精细的共晶组织和稳定的亚结构。

此外，合金中的析出相也能有效提高其力学性能。

2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金还具有良好的导电性和导热性，使其在电子封装、散热器件等领域具有广泛的应用前景。

五、结论通过定向凝固技术制备的Al-Cu-Si共晶合金，其组织结构和性能受到温度梯度、凝固速度等因素的影响。

共晶组织的形成呈现出一定的方向性和规律性，具有层状特征和稳定的亚结构。

《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言随着现代科技和工业的不断发展，合金材料在各种应用领域中扮演着重要的角色。

定向凝固技术作为合金材料制备的一种重要方法，对于共晶合金的微观组织和性能具有显著影响。

本文以Al-Cu-Si共晶合金为研究对象，深入探讨了其定向凝固过程中的组织形成与性能。

二、Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固1. 实验材料与方法本实验采用纯度较高的Al、Cu、Si元素作为原料，通过熔炼、浇注、定向凝固等工艺制备Al-Cu-Si共晶合金。

采用光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对合金的微观组织进行观察和分析。

2. 定向凝固过程在定向凝固过程中，合金的液态金属在温度梯度的作用下逐渐凝固，形成特定的晶体结构。

由于Al-Cu-Si共晶合金具有较低的共晶温度和良好的流动性，因此在适当的温度梯度和凝固速率下，可以得到良好的共晶组织。

三、组织形成与微观结构1. 共晶组织的形成在定向凝固过程中，Al-Cu-Si共晶合金中的Al和Si元素在共晶温度下同时析出，形成共晶组织。

这种组织具有优异的力学性能和物理性能，使得合金在各种应用领域中具有广泛的应用前景。

2. 微观结构分析通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现，Al-Cu-Si共晶合金的微观结构主要由初生相和共晶相组成。

初生相主要为Al基体，而共晶相则是由Al、Cu、Si元素组成的复杂化合物。

这些相在空间上相互交织，形成了复杂的微观结构。

四、性能分析1. 力学性能Al-Cu-Si共晶合金具有良好的力学性能，包括高强度、高硬度、良好的延展性和耐磨性等。

这些性能主要归因于其优异的微观结构和共晶组织的形成。

此外，通过调整合金的成分和定向凝固工艺，可以进一步优化合金的力学性能。

2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金还具有良好的物理性能，如优良的导热性、导电性和抗腐蚀性等。

这些性能使得合金在电子、航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。

五、结论本文通过实验研究了Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固过程、组织形成与性能。

专利名称：高纯铝单层晶体凝固提纯方法专利类型：发明专利
发明人：张佼,孙宝德,何博
申请号：CN03115563.4
申请日：20030227
公开号：CN1438339A
公开日：
20030827
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种高纯铝单层晶体凝固提纯方法属于铸造冶金领域。

本发明在偏析法提纯纯铝或其他轻金属时，利用真空下的熔炼和保温，以及纯金属凝固时的结晶特点，在扁平结晶平台中，通过调整结晶槽中的铝液厚度、生长速度以及固液界面前沿的温度梯度，控制晶体生长为单层平行排列的胞状晶体，将溶质元素的三维复杂分布转化为近二维分布，有效控制杂质元素的排出。

本发明降低了提纯过程中氧原子的侵入，有利于控制界面以平面推进，提高杂质元素的排除效率。

在垂直生长方向上，并排的单个胞晶体纯度均匀，在生长方向上，杂质元素浓度分布更接近理论的情况，杂质元素大多富集于尾部，成型的铝锭为板状，可采用轧机刀具切断，减少了污染，提高了生产效率。

申请人：上海交通大学
地址：200030 上海市华山路1954号
国籍：CN
代理机构：上海交达专利事务所
代理人：王锡麟
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201中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.07 （下）高纯铝因其优异的性能被用于制备阴极溅射靶材、集成电路配线、光电子存储媒体等，已被广泛应用于航空航天、精密仪器以及电子信息等高新技术领域。

高纯铝制备方法主要分为化学法和物理法，而其中应用最广泛的就是三层液电解法和偏析法，几乎85%以上的高纯铝是采用这两种方法来生产。

1 三层液电解法三层液电解法是原铝精炼提纯制备高纯铝的主要方法，电解槽内的熔体按密度大小自上而下分为：精铝层、电解质层、阳极合金熔体层。

其中阳极合金熔体层是由待精炼的原铝和加重剂组成，通常由Cu-Zn 合金构成（原铝70%，铜30%），密度为3.2~3.7g/cm 3；中间电解质层一般由纯氟化物或氟氯化物体系组成，密度为2.7~2.8g/cm 3；精铝层的密度为2.3g/cm 3，并与石墨阴极相接触成为实际的阴极。

三层液电解法是利用杂质与铝的电极电位差异而实现精铝的提纯。

铜、硅、铁等正电性比铝强的杂质元素不发生阳极溶解，而残留于阳极合金中；钙、钠、镁等比铝电极电位更负的杂质元素不在阴极放电析出，而残留于电解质中。

在电解过程中，电解质只是一种传递介质，理论上不会被消耗。

但在实际的作业过程中，电解质会向耐火砖层浸渗，另外还会发生逸散，一定程度上会造成电解质的损耗。

此外，为了避免阳极中铝的浓度降低后，铜、铁等比铝更显正电性的元素会发生放电而进入电解质，因此必须定时向阳极合金中补充铝。

1901年，美国铝业公司发明了三层液电解法，并于1922年首次开始工业生产实验，首次成功生产纯度大于99.99%的高纯铝。

1932年法国科学家Gadeau 对该法进行了优化，其实用性更强，并成功制得99.99％纯度的精铝。

1935年瑞士约翰逊铝业公司开始用三层电解法生产高纯铝，开启了商业提取高纯铝的先河。

在此基础上，日本住友化学工业公司于1942年对此法进行了改进优化，成功采用全氟化物体系电解质制备出了纯度为99.99％的精铝。

电解原铝连续旋转偏析净化工艺研究戴飞【期刊名称】《《铝加工》》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】4页(P9-12)【关键词】电解原铝; 旋转偏析; 定向凝固; 提纯【作者】戴飞【作者单位】河南中孚实业股份有限公司河南巩义451200【正文语种】中文【中图分类】TF821; TF803.2+50 前言霍尔-埃鲁法生产的铝称为电解原铝，铝纯度一般不大于99.9%，高纯铝是由原铝通过特殊冶炼方法得到的纯度不低于99.95%的金属铝。

随着铝的纯度提高，其抗腐蚀性、导电性、导热性、可塑性等性能大幅度提升，被广泛应用于电子、军工、航空航天、轻工业等行业[1]。

为了满足各个领域对其纯度不同的需求，电解原铝必须经过进一步提纯后方能使用，因而原铝的净化方法日益受到广泛关注。

我国电解原铝提纯普遍采用三层液电解精炼法、区域熔炼法、定向凝固法[2]。

但是三层法存在着耗电量大、机械化水平低等缺点；区域熔炼法和定向凝固法产量低、成本高、难以形成产业化规模。

因此，迫切需求一种经济高效、无工业污染、能够实现工业化规模生产的方法。

目前日本的偏析法提纯技术处于国际领先地位，在本世纪初针对偏析提纯技术的不足进行一系列的改进，发明了一种可连续生产高纯铝的偏析方法-旋转偏析法。

旋转偏析法具有效率高、成本低、产量大等特点，可以满足实际工业生产和环境友好要求，而我国没有该方面的应用研究[3]。

因此，研究旋转偏析提纯原铝工艺对进一步提升国内偏析法提纯技术具有借鉴意义。

1 电解原铝旋转偏析提纯工艺原理铝通常是以非小平面形成凝固的金属，形成偏析结晶的工艺条件是凝固前沿的熔体须有强的流动和合适的凝固速度[4]。

图1为电解原铝偏析法提纯原理。

图1 偏析法提纯原理图杂质质量分数为X的是电解原铝，当杂质平均质量分数为X0的熔体从某一高温缓慢冷却并交于液相线的温度为t1时候，便会结晶出杂质量为X1的晶体（X1≤X0），这些晶体便是偏析得到的提纯物质[5]。

新技术作者：暂无来源：《稀土信息》 2018年第12期我国首次制备出超高纯稀土改性氧化铝近日,由上海交通大学材料科学与工程学院研发团队自主研发的稀土改性高纯度蓝宝石原料中试项目正式投产,生产线首次产出5N(纯度大于99.999%)高纯氧化铝产品。

高纯度氧化铝是铝产业的高端产品,又是人造蓝宝石的主要原材料,新项目弥补了国际稀土高纯铝制备技术空白,也将使高纯铝产业链和人造蓝宝石产业链实现全线贯通。

该研发团队拥有国内首套具有完全自主知识产权的超高纯铝提纯工艺及装备。

团队负责人张佼教授表示,新技术将高纯度氧化铝提纯工艺和稀土新材料制备技术完美融合,添加稀土后,产品不仅在韧性上有了很大提高,在色彩亮度和硬度上也实现了极大提升,现可制备6N超高纯铝锭,并进行5N超高纯铝锭的规模化生产,为我国超高纯度氧化铝原料的批量生产奠定了坚实基础。

据了解,以高纯铝水解制备的纯度超过5N的高纯氧化铝,是生产LED衬底蓝宝石单晶片的主要原材料,全球超过90%的LED企业均采用蓝宝石作为衬底材料。

此外,高纯度氧化铝还广泛应用于锂电池隔膜材料、高端荧光粉、催化剂、半导体陶瓷等。

上海交通大学包头材料研究院赛福尔新材料有限公司总经理潘天龙介绍说:“这种新产品以前市场上是没有的,我们的超高纯度铝锭填补了这项生产技术的空白,我们的上游是铝工业的产业链,下游是人造蓝宝石晶体的产业链,这一新产品首次实现了我国这两条产业链的无缝对接。

接下来,我们将会把产品逐步推向手机屏幕、相机镜头、高端陶瓷靶材等多个生产应用领域。

”(科技日报)◆稀土-过渡金属簇合物的光催化研究取得新进展厦门大学化学化工学院孔祥建教授与龙腊生教授课题组在稀土-过渡金属(3d-4f)簇合物光催化产氢研究中取得新进展,相关成果于10月24日在线发表在《德国应用化学》期刊上。

课题组将异金属的稀土-过渡金属簇合物Ln52Ni56负载在CdS半导体的表面,有效提升光生电子和空穴的分离效率,从而提高了光催化分解水的性能。

《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言随着现代科技的发展，金属材料在众多领域中发挥着重要作用。

其中，Al-Cu-Si共晶合金因其优异的物理和机械性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子封装等领域。

本文将重点研究定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成及其性能，以期为相关领域的研究和应用提供理论依据。

二、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 合金成分与相图Al-Cu-Si三元合金系统具有复杂的相图，其中共晶成分的合金在一定的温度范围内可以形成共晶组织。

通过调整合金的成分，可以获得具有特定组织和性能的共晶合金。

2. 定向凝固工艺定向凝固是一种通过控制合金的冷却速度和结晶方向，从而获得具有特定组织和性能的材料的方法。

在Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固过程中，通过控制温度梯度和冷却速度，可以获得具有特定晶体取向的共晶组织。

3. 组织形成过程在定向凝固过程中，Al-Cu-Si共晶合金的组织形成主要受到温度梯度、结晶速度和合金成分的影响。

当合金在一定的温度梯度下冷却时，首先形成初生相，随后在初生相的基础上形成共晶组织。

共晶组织的形成过程包括初生相的生长、共晶相的形成和共晶片的生长等步骤。

三、Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 机械性能Al-Cu-Si共晶合金具有较高的强度和硬度，同时具有良好的塑性和韧性。

这主要得益于其独特的共晶组织结构，使得合金在受到外力作用时能够产生良好的变形协调能力。

2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金具有良好的导热性和导电性，这使得其在电子封装和导电材料等领域具有广泛的应用。

此外，该合金还具有较好的耐腐蚀性能，能够在恶劣的环境中长时间使用。

四、定向凝固对Al-Cu-Si共晶合金性能的影响通过定向凝固工艺，可以获得具有特定晶体取向的Al-Cu-Si 共晶合金。

这种合金的机械性能和物理性能得到进一步提高，同时具有更好的各向异性。

定向凝固使得合金中的晶体结构更加规整，从而提高了合金的强度和硬度。