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静电悬浮激光脉冲局部温度梯度触发形核实验技术研究

王艳秋 孙志斌 陆潇晓 郑福

王艳秋, 孙志斌, 陆潇晓, 郑福. 静电悬浮激光脉冲局部温度梯度触发形核实验技术研究[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2024-0095
引用本文: 王艳秋, 孙志斌, 陆潇晓, 郑福. 静电悬浮激光脉冲局部温度梯度触发形核实验技术研究[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2024-0095

静电悬浮激光脉冲局部温度梯度触发形核实验技术研究

doi: 10.11728/cjss2024-0095
基金项目: 国家重点研发计划(2023YFC2604904)
Funds: National Key Research and Development Program of China(2023YFC2604904)
  • 摘要:   静电悬浮深过冷度样品的形核凝固方法对材料科学研究和材料制备具有重要研究意义,本文提出基于激光脉冲局部温度梯度场的方式实现深过冷下材料触发形核凝固与测量实验研究。通过激光脉冲产生局部温度梯度场增大固液两相的自由能差,从而获得固液相变的驱动力,使晶体从母相熔体的平衡态向晶体的平衡态移动,实现深过冷激光脉冲触发形核。通过有限元模拟仿真方法研究不同加热激光束斑直径,功率为9W, 功率密度为和的激光对温度梯度场的影响,得到不同激光束斑直径下熔融样品局部温度梯度场分布结果。在实验中采用直径为2mm锆材料样品,研究在较小激光束斑直径下,不同的激光脉冲宽度与过冷度熔融材料样品触发形核时间尺度变化。基于经典形核理论,通过16组不同过冷度,每组20次自发形核的数据统计分析,得到锆材料样品在不同过冷度下从母相熔体的平衡态向晶体的平衡态移动所需时间的变化关系。在此基础上开展了激光脉冲束斑直径为0.2mm的波长为936nm,样品为锆材料激光脉冲触发形核实验研究。实验结果表明,锆材料在低过冷度为195±3K,样品形核凝固过程中所需的时间比自发形核所需时间降低4倍,验证了激光脉冲产生的局部温度梯度场有效缩短了深过冷触发形核结晶时间。
     

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-30
  • 录用日期:  2025-06-22
  • 修回日期:  2025-06-05
  • 网络出版日期:  2025-07-18

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