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无容器悬浮技术

所谓无容器,是指熔体凝固过程中,没有与容器壁接触;与容器的区别可以用下图来所示:
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由于下面的几个原因,无容器工艺已成为材料制备和热物性研究的重要实验技术:

1. 可以避免坩埚污染是;

2. 促进熔融材料深过冷,排除异构核源;

3. 精确测量过冷和过热液体的热物理特性,例如如密度,表面张力,粘度和比热提供了可能

深过冷条件下凝固能取得新的微观结构,如细化晶粒尺寸,亚稳相,玻璃相。而且,它也可以提高材料的性能。因此,无容器工艺的目的之一是过冷条件下的成核研究及相位选择。另外,微重力条件可以进一步确保无容器实验的可以进行,因为施加到试样上的力和在固化的干扰可以被最小化。

在外太空,由于没有重力影响,本身就是在无重力条件下进行实验;我们在地面试验条件下,就需要通过悬浮无容器技术作为一种模拟空间微重力环境效应的地基实验方法。这就需要通过控制外力抵消材料自身的重力,使得被研究材料脱离器壁的支撑,悬浮于空中,从而达到熔体与容器不接触的目的。

微重力无容器凝固工艺中有四种方法可以采用:电磁,静电,声学和空气动力。其中电磁,声学和气动悬浮实验已经在地面上和在微重力进行了广范应用:

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通过下面的表可以了解这4种悬浮技术的差异及特点:


静电

气体

声波

电磁

材料

全部

全部

全部

导电体

质量

毫克

毫克

毫克

观察视野

局限

局限

加热稳定性

稳定

稳定

不稳定

稳定

装置复杂性

复杂

简单

简单

比较复杂

由于无容器技术的独特性,无容器悬浮技术可以适用于下面的研究领域和应用方向:

•可获得超高纯化合物

•深过冷形成亚稳相和玻璃相

• 高熔点物质热物性

•高温熔体结构同步辐射

通过这种技术,不仅可以改善材料的一些特性,如介电性,磁性能等,还能用于研究获得发光性能良好和高介电常数的功能性新材料!