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本文在本实验室强磁场下Bi-Mn合金自由凝固研究基础上,进行强磁场下Bi/MnBi共晶定向凝固实验研究,以便深入了解强磁场对MnBi相生长的影响,对于强磁场下材料制备研究具有十分重要的意义.实验采用超导强磁场定向凝固炉,在加热炉中产生的磁场强度最高可达14T(特斯拉)的纵向稳恒强磁场,磁场方向与定向凝固方向一致.定向凝固炉加热Bi/MnBi共晶温度到600℃保温半小时,固液界面前沿液相温度梯度约为50℃/cm,定向凝固速度范围变动是0.5um/s~100um/s,液淬速度为15mm/s,冷却介质为Ga-In-Sn液态金属,使得加热炉中的液态金属由下而上定向凝固.用普通金相显微镜、扫描电镜、能谱分析技术以及化学分析法测定Bi/MnBi合金宏观材料成分;X射线衍射仪测定Bi/MnBi共晶中Bi和MnBi的相、结构以及两相晶面取向关系.试验结果分析表明:Bi/MnBi共晶是以非小面—小面共晶生长方式进行,MnBi相为诱导相,Bi相以MnBi相为基底形核生长.MnBi纤维平行于温度梯度方向生长,纤维长直,表面光滑;MnBi相横截面是V字形.当凝固速度高于3μm/s时,纵截面是规则的棒状组织,横截面是V字形;凝固速度在比较慢时(1 μ m/s-3μm/s),才会出现少量中空六边形,偶尔还有平行四边形、梯形、条形及其他复杂形状;当R≤1 μ m/s时,形成小叶片的MnBi相组织.与普通定向凝固相比较发现:同样凝固参数下,强磁场下制备的共晶组织纤维尺寸变大,纤维间距变宽;而且在纵截面上观察到大量双生条纹状共晶组织,横截面上出现很多粗大中空的六边形MnBi相;随着凝固速度增大,MnBi相尺寸减少,MnBi相纤维间距也减少.在凝固速度较大时,与不加磁场相比发现在纵截面上出现大量双生条纹,还有一些封口的双生条纹;在横截面上有较多的平行四边形、梯形、条形,还有部分中空六边形;凝固速度在3 μ m/s以下时,中空六边形大大增多,而且有不断聚积长大的趋势.这种六边形不甚规则,但测量表明,其三组对边相互平行,且相邻边之间的夹角为120°.最后利用检测手段初步分析了以上现象的产生,探讨了强磁场下MnBi相生长机理.似乎强磁场促进了Mn的聚集扩散行为,从而导致粗大组织的形成.