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均恒强磁场在材料科学中的应用

发布时间:2016-12-31 14:31

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第 1 9卷 第 2期 
V0 1 . 19 No .2       













程 

总 第7 4期 Jn   u e200 1   

Ma r l S in e& E  ̄n e n   e a  ti s ce c n ef g i

文 章 编 号 :0 4 7 3 2 0 }2 0 1 -5 1 0 - 9 X[0 1 0 - 1 9 0  

均 恒 强 磁 场 在 材 料 科 学 中 的 应 用 
王 晖 , 忠 鸣 , 国 昌  任 蒋
20 7  002 上 海 大 学材 料 科 学与 工程 学 院 . 海 上

【 摘

要 】 均 恒 强 磁场 在 材料 科 学 中应 用 的研 究 正 处 于起 步 阶 段 , 经 进行 了广 泛 的探 索 性  已

实 验 研 究 和 理 论 研 究 , 现 了 大 量 有 重 大 理 论 价 值 和 应 用 前 景 的 强 磁 现 象 。 本 文 主 要 综 述 强 磁 场  发 在 材 料 科 学 中 取 向 和 控 制 流 体 流 动 的 研 究 现 状 , 且 探 讨 了存 在 的 问 题  及 今 后 的 发 展 方 向 。 并  

【 键词 】 均 恒强 磁场 ; 美 材料 科学 ; 向 ; 流  取 对
中 围 分 类 号 :G 1   T 11  4 文献 标识 码 :  A

R e e r h a   v l pm e t o   m o e o s h g   a n tc s a c   nd de e o n   fho g ne u   i h m g e i  

i l   p i d n M t ra   c e c s fed a ple i   a e i lS i n e  
W AN G  u ,REN  H i Zho g m i n - ng,J AN G  u - han   I G oc g
( e a t m  fMae i sS i c   n   n i er g S a g a  i ri S a g a  2 0 7 , hn ) Dpr me o  tr l c n e a d E gn e i   h n h i a  e n Unv s y, h n h i 0 0 2 C i a  e t

【 btat T ea pi t no o oe eu  i   ant  edi Ma r lSi csi a i al g   o o A src】 h p l ao f m gn oshg m g ecfl n ti  ce e s I t er   e A lt f ci h h i i   ea n    s y   
e plrn   r si  a o a o a  】e   h d b e   o e a   ny i o t n  x rm e t   e me a w】 hg e tt e r tc   x o ig w0 k  n lb r t ̄, nd t 0 】 a   e n d n   nd ma   mp ra te pe i n a ph no n   |  r a h o e ia l l v l e an   pp id p o p cth d  ee   [ I Pr e tsudesc n e ig h   a nei  re t t n a   l 8  h   g tc e - a u   d a le   r s e   a b n f1 l u d. es n  t i   o c m n t e m g tc o n a o   5 wel . t e ma ne   f  i i  5 i fc so   o v c in i he pmc  ̄ ig o  tras we e s mm a ie   e t  N c n e to  n t   e n   fma e l  r   u i rz d

I e  o d 】 h m gno s i   ant  d ;Ma r  cecs lgmet ovco  K yw rs o oeeu  g m gei f d hh ci t a S i e ;a n n:cnetn el i n i i
15 9 5年 , ee  大 胆 地 预 言 磁 场 的 应 用 将 对 冶  Z nr 金 领 域 产 生 广 泛 而 深 刻 的 影 响 。 经 过 近 五 十 年 的 发  展 , 磁 搅 拌 、 磁 感 应 加 热 已 经 应 用 到 实 际 生 产  电 电 中 , 磁 铸 造 已 接 近 工 业 化 生 产 , 动 磁 场 j 电 脉  脉 冲  磁 场   、 波 磁 蚜   和 磁 流 铸 造  等 在 冶 金 中 的 应  行 用 研 究 方 必 未 艾 , 映 出 磁 场 的 应 用 不 断 扩 大 和 深  反 化 的 趋 势 。 几 十 年 代 . 着 低 温 超 导 技 术 的 日趋 成   随 熟 . 导直 流强 磁 场 的广 泛 应用 成 为可 能 ; 十 年代  超 九 初 . 铁 磁 性 材 料 在 强 磁 场 中 表 现 出 一 系 列 显 著 的  非 强磁 现象 , 均 恒 强 磁 场 使 具 有 磁 各 向 异 性 的非 铁  如 磁 性 材 料 取 向  、 度 强 磁 场 控 制 顺 磁 性 流 体 的 流   梯
段 稿 日期 :o o  ̄ Ol 订 日期 :o 0 146 2o4 ] 修 2 0 .2 )  基 盒 珥 目 : 家 自  辩 学 基 蛊 资 助 项 日 【9  衄 6 上 海 市 曙 光 计 划 资 助 项 目( 8 E 7) 国 58 l 1 9s.   3 作 者 筒 - 王 晖 (9 2 ) 男 ( 族 ) 山 西 变 城 ^ . 海 大 学 博 士 生 主 要 从 事 强 醴 场 材 料 制 备 的 研 究  J r: I7 , 汉 . 上

动  和 梯 度 强 磁 场 使 水 、 材 、 料 、 磁 性 金 属 悬   术 塑 抗

浮  等等  这 些 强 磁现 象 具有 重大 的 理论 研究 价 值 
和 实 际 应 用 价 值 . 昧 着 磁 场 应 用 的 范 围 有 可 能 从  意 传 统 的以铁磁 性 材 料 为 主 扩 大 到 整 个 材 料 领 域 , 是  磁 场 应 用 的 一 个 重 大 突 破 , 而 引 起 材 料 工 作 者 的  因 极 大 关 注 和 重 视  九 十 年 代  后 , 关 强 磁 场 在 材  有 料 科 学 中应 用 的 理 论 和 实 验 研 究 迅 速 增 多 , 前 已  目 在 结 晶凝 固 、 末 冶 金 、 析 、 结 、 合 、 处 理 、 粉 电 烧 络 热 塑  性 加 工 、 流 传 热 、 体 悬 浮 和 分 离 等方 面 进 行 了 广  对 液 泛 的探 索性 研 究 , 及 超 导 陶 瓷 材料 、 性 材 料 、 涉 磁 高  分 子 材 料 、 属 材 料 等 , 成 一 个 全 新 的 、 涵 丰 富  金 形 内

l1   9

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的研 究 方 向 ;  


而且 受到 液 体 的粘 度 、 体 之 间 以及 晶体 与 器 壁 之  晶 间 的 机 械 作 用 、 体 中 的 无 规 则 对 流 运 动 和 温 度 梯  液 度 的 影 响  J 因 此 , 立 在 体 系 磁 化 能 最 小 基 础 上  。 建 的 旋 转 取 向 理 论 只 能 定 性 地 解 释 强 磁 场 中 晶 体 取 向  的 现 象 , 法 定 量 地 分 析 晶 体 取 向 的 过 程 和 取 向 的  无
程度 。   1 2 有 相 变 过 程 中 强 磁 场 取 向  . 、  

般 地 , 磁 场 的 磁 感 应 强 度 为 1T 数 量 级 。 强 0  

与普通 电磁 场作 用 于 宏 观 的物 体 不 同 , 恒 强 磁 场  均 ( 下 简称 强 磁场 ) 够 将 高强 度 的能 量无 接 触 地传  以 能 递到 物 质 的原子 尺 度 , 变 原子 的排 列 、 配 和 迁移  改 匹 等 行 为 , 而 对 材 料 的 组 织 和 性 能 产 生 巨 大 而 探 刻  从 的影 响  强 磁 场 在 材 料 制 备 中 主 要 有 两 大 作 用 :   一 是 强 磁 场 取 向 , 是 强 磁 场 控 制 流 体 流 动 。 这 意 味  二 着 利 用 强 磁 场 有 可 能 控 制 材 料 在 结 晶 凝 固 过 程 中 晶  体 生长 的形 态 、 小 、 布 和取 向等 等 , 而 控 制 材  大 分 从 料 的组 织 , 终 获 得 具 有 优 良 力 学 性 能 和 物 理 性 能  最 的新 材 料 。  

在 材 料 的 结 晶 凝 固 、 态 相 变 等 过 程 中 施 加 强  固 磁 场 可 获 得 有 取 向 的 组 织 。 R B —uO 系 超 导 材 料  - aC - 烧 结 过 程 中 施 加 强 磁 场  , 材 料 内 部 形 成 大 量 有  在 明 显 取 向 的 颗 粒 , 且 发 现 在 磁 场 方 向 上 有 晶 粒 长  并 大 的 现 象  Y aC 3   超 导 陶 瓷 在 强 磁 场 中 凝  B2 u 0 固  , 冷 , 得 大 体 积 织 掏 化 材 料 , 且 有 晶 粒 长   慢 获 并 大 现 象 。 B.Mn A.1 i F i 4 、 I S一 e台 金 在 5 磁 场 中 凝  1 2 T
固  , 1 5 u C .0 n A -0 i B- a 金 分 别 在  _ . C 、 d6 Z 、 I N 和 i 台 ^3 1 C

1 强 磁 场 在 材 料 科 学 中 取 向 作   
用 研 究 
材 料组 织定 向排 列能 够有 效 地提 高 材料 的 多种  性 能  常 用 的 方 法 是 外 加 一 个 定 向 的 外 力 场 , 超   如 重力 场 、 力 场 、 场 和 磁 场 等  强 磁 场 具 有 大 能   压 电
量 、 接 触 、 定 的 特点 , 理 想 的定 向 场 。 无 稳 是   1 1 无 相 变 过 程 中 强 磁 场 取 向  . 18 9 7年 , m e F x l等  将 具 有 顺 磁 磁 各 向 异 性 的 

05 .T一15 的 磁 场 中 缓 慢 凝 固  T   , 获 得 了 有 取 向  都
的 组 织 

Z .i 是具 有 明显 磁各 向异 性 的抗磁 性 金属 。 nB 都   在 Z-i 相 沉 积 过 程 驯 和 z nB 气 n电 折 过 程 中  施 加  5 T强 磁 场 , 体 中 磁 化 率 绝 对 值 大 的 轴 向 垂 直 磁 场  晶 方 向 取 向 。 高 分 子 化 台 物 P h( ty n一 ,, - h  n e l e2 6 阻p - he ta ) ( 写 为 P N 在 熔 点 (6  ̄ 附 近 热 处 理 , hl   略  ̄ E ) 25C)   生 成 的 晶 体 沿 c轴 取 向 。 苯 酮 ( ezpe oe  在  一 B noh nn ) 8 T强 磁 场 中结 晶 生 长 , 察 副 晶 体 的 c轴 垂 直 磁 场  观 方 向排 列 , 且 有 晶 体 长 大 现 象 。 并   在 结 晶 凝 固 等 存 在 相 变 的 过 程 中 , 磁 场 使 组  强 织 取 向 的机 理 存 在 争 论 。 一 种 观 点 认 为 在 这 种 条 件 

Y B uO 高 温 超 导 颗 粒 在 室 温 下 与 环 氧 树 脂 混      C 3  

合 ,置 于
Y  B  Cu   3


94 强 磁 场 中 固 化 ,结 果 发 现  .T
 

晶 体 中 磁 化 率 最 大 的 c轴 平 行 磁 场 方  

向取 向 。此后 , 种 具有 顺 磁 磁 各 向 异 性 的高 温 超  多 导 材料 在 室 温 下 分 散 于 有 机 物 ( 环 氧 树 脂 、   如 庚 烷   、 仿  和 异 丙 醇   0 基 体 中 , 于 强 磁 场 中  氯 ) 置 固 化 . 得 到 类 似 的 结 果 。 石 墨 和 纤 维 素 晶 体 具 有  均
明显 的抗 磁 磁 各 向 异 性 。 石 墨 粉 末 与 环 氧 树 脂 混 

下 , 转 取 向 仍 然 是 主 要 的 机 制 。文 献 : ] 算 了  旋 6估
Y  C    在 强 磁 场 中 凝 固 的 磁 各 向 异 性 能 , 体  B uO 在 积为 1   , 度 10 K, 场 强 度 5 温 50 磁 T条 件 下 , 公 式  按

台 , 温 下置 于 5 室 T强 磁 场 中 固 化 , 衍 射 分 析 表 明 , x   石 墨 晶 体 中 磁 化 率 绝 对 值 最 大 的 c 垂 直 磁 场 方 向  轴 取 向 ” ; 古有 纤 维 素 晶 须 的 悬 浮 液 在 7 强 磁 场   将 T
中 脱 水 , 到 类 似 结 果   !  得 。

△  =÷  △ 。 

计算(  = △  

—z 代室温时 一,  

数 值 ) 得 出 △ ≈50 k   Fr i ,   00T er r e s等  通 过 理 论 模  型 计 算 和 实 验 分 析 了 高 温 超 导 材 料 在 强 磁 场 中 凝 固  取 向 的 形 成 及 程 度 , 为 强 磁 场 对 形 桉 过 程 基 本 无  认 影 响 , 向 主 要 发 生 在 晶 体 生 长 的 初 始 阶 段 , 过 晶  取 通 粒 旋 转 形 成 ; 着 晶 体 长 大 , 体 间 的 机 械 作 用 阻 碍  随 晶 磁 取 向进 一 步发 展 。   但 是 许 多 实 验 现 象 表 明 , 相 变 过 程 中 旋 转 取  有 向 很 可 能 不 是 唯 一 的 强 磁 场 取 向 机 制 。 90C左 右  5 ̄ Co a  c   一在 06     T磁 场 中 实 现 原 位 织 构  化 刮 ;0 ' 90 E下  d C 薄 膜 在 1 磁 场 中 台 成 , 发  CB O T 也 现 织 构  。 这 两 个 实 验 的 温 度 均 低 于 材 料 的 熔 化  温 度 , 在 晶 体 旋 转 的 条 件 完 全 不 存 在 时 也 获 得 了  即

无 相变 过程 中 强磁 场 取 向的 机 制 为 旋 转 取 向 :   对 于 具 有 磁 各 向 异 性 的 晶 体 , 同 轴 向 在 磁 场 中 受  不 到 的磁 化 能 不 同 。 晶 体 在 不 同 轴 向 上 受 到 的 磁 化 能   差值 足 够太 时 . 促使 晶 体旋 转 . 到 晶体 所 受磁 化  就 直 能最小 的 位 置 ( 平 衡 位 置 ) 止 , 而 形 成 取 向。 即 为 从   此 时体 系所 受磁 化 能亦 最小  晶 体在 磁场 中 旋转 取  向至 少 需 要 两 个 条 件 : 是 具 有 较 大 的 磁 各 向 异 性   一 磁 化率 ; 是 存 在 固液 共 存 区 , 晶 粒 的尺 寸 足 够  二 且 大 , 各 向异 性 能 大 于 体 系 的 热 扰 动 (   ) 实 际   磁 一 。 上, 晶体 在 磁 场 中 旋 转 取 向 不 仅 受 到 热 运 动 的 阻 碍 .  


1 20 -  

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有 磁 取 向 的 组 织   Col   在 06 l s等 o   T磁 场 中 原 位  合 成 R B - u0 超 导 材 料 时 . 现 所 得 材 料 除 具 有   —aC 一 发 织 构 外 , 出 现 了 大 量 台 阶 形 亚 结 构 , 同 于 外 延 生  还 不 长 实 验 ‘ptx x ei ns 中 所 见 的 螺 旋 型 生 长 类     i yep r a met ) 型  。这 种 台 阶 形 亚 结 构 是 复 合 形 核 过 程 的 显 著   特 征   】 表 明 磁 场 对 晶 体 形 核 过 程 产 生 影 响 。 因  . 此 , 磁 场 作 用 下 材 料 取 向 很 可 能 存 在 另 一 种 取 向  强

的 

和 G A 需 要 的 磁 场 强 度 约 为 1T. 导 电 率 较   as 0 对

小 的 C T 则 更高 。Mahee de t i n等 圳在 定 向凝 固制 备  t s 渗c a的  单 晶过 程 中加 3 T轴 向 磁场  发现 凝 固开  始阶段  的轴 向宏 观 偏 析 符 合 扩 散 控制 的 平 面 前 
沿凝 固 理论 。  

O ee 等  指 出 , 场 可  抑 制 流 体 中 自 然 对  rpr 磁

流 . 制 的程度 与 外磁 场 强度 、 系几 何形 状及 大 小  抑 体
有 关 , 完 全 抑 制 自然 对 流 非 常 困 难 。 19 但 94年 , a g K n  等  提 出 , 弱 的 对 流 在 磁 场 中 产 生 的 L rn 力 也   微 oet z 很 小 , 磁 场 抑 制 对 流 的 作 用 有 一 定 的 限 度 , 该 用  强 应

机 制 : 磁场 强 制 形成 优 先生 长 方 向取 向 , 强 即磁 场在  生 长前 沿强 制地 形 成 一 个 优 先 生 长 方 向 . 而 使 材  从
料 在形 核 长 大过 程 中就 按 照 某 一 个 方 向 优先 生 长 ,  

形 成取 向 . 有旋 转取 向过程 。 没  

低对 流 模 型 “描 述 强 磁 场 中 焙体 的 对 流 状 况 。他  们在 渗 T e的 tS n b定 向凝 固过 程 中施 加 8 T轴 向磁 
场, 果 T 结 e的 轴 向 分 布 变 均 匀 , 用 低 对 流 模 型 分  应 析 得 出 , e的 有 效 分 配 系 数 不 大 于 0 9 , 在 这 个   T  5 即

2 强磁 场 控 制 流 体 流 动 的 研 究   
液体 中的 流动 是 与 体 系 传 热 、 质 和 晶体 生 长  传
有 关 的重 要 问 题 , 用 强 磁 场 控 制 液 体 的 流 动 . 可  利 有 能 控 制 材 料 中 溶 质 分 布 、 固 组 织 形 态 、 学 反 应 速  凝 化 率 等 , 有 重 大 的理论 意 义 和应 用 价值 。 具   2 1 强 磁 场 抑 榭 流 体 流 动 作 用  . 液体 中通 常存 在 温 度 梯 度 或 浓 度 梯 度 , 成 体  造 系 中不 同 区域 的 液体 密 度 有 差 异 , 重 力场 作 用下  在 液体 中就产 生对 流 运 动 。当一 个 导 电熔 体 中存 在 由   于重 力 场 引 起 的 对 流 运 动 , 加 磁 场 感 应 产 生  外

实验条 件 下 不 能 获 得 成 分 完 全 均 匀 的 晶 体 材 料 。   Bda等  采 用 B d m n法 制 备 H n e晶 体 , 加  e i rga   T 旌
3 T轴 向 磁 场 抑 制 熔 体 中 对 流 , 果 减 小 径 向 上 M   结 n

的宏 观偏 析 . 消除 材料 中的小 幅 成分 波动 , 但对 轴 向  上 M n的分布 无 明显 影 响 。作者 指 出 实 验 现象 符 合 
存 在 残 余 对 流 的 晶 体 生 长 模 型  然 而 , 热 材 料   电

( S )T   在 轴 向 磁场 中 定向 凝 固 , 向上 B 的  m、b , e 轴 i
宏 观 偏 析 随 磁 场 强 度 的 增 加 ( T一8"反 而 增 大 了  0 1 ) 最 近 . 富 裕 光 等  利 用 数 值 模 拟 方 法 预 测 强 磁 场  稻 作用 下 半 导体 材 料 中 固 相 溶 质 浓 度 分 布 和 生 长 速  度 , 得 了一 定 的成果 。 取   理 论 分 析 和 实 验 结 果 看 一 方 面 强 磁 场 对 原   子 迁 移 扩 散 行 为 有 影 响 , 用 强 磁 场 有 可 能 制 备 出  利 结 构 完 整 、 分 均 匀 的 晶 体 材 料 ; 一 方 面 , 系 不  成 另 体 同 . 加 磁 场 的 方 式 不 同 , 磁 场 抑 制 对 流 作 用 对 溶  施 强 质 分 布 的 影 响 不 尽 相 同  这 说 明 强 磁 场 抑 制 对 流 对  

L rn 力 . o t ez 这个 力 总趋 向于使 对 流运 动 的强 度 减 小 
Lrnz 与 外 磁 场 强 度 的 平 方 成 正 比 . 以 磁 场 能  o t力 e 所 罄 非 常 有 鼓 地 抑 制 导 电 焙 体 中 由 重 力 场 引 起 的 对 流 
运 动 

21   1 强 磁 场 抑 制 导 电 流 体 流 动 对 溶 质 分 别 分 布 
的 影 响 

16 9 6年 , t h和 Fe i s ” 功 地 剃 用 磁 场 抑  Ue c lmn   成 g 制 热 对 流 的 作 用 消 除 了 半 导 体 单 晶 中 溶 质 带 。 此  后 , 多 个 半 导 体 焙 体 拉 单 晶 过 程 中 施 加 0 1一O 5   在 . .T

溶 质分 布 的影 响规 律 复 杂 , 何 有 效 剃 用 强 磁 场 的  如 这 一作 用还 需 要 大量 的研 究 工作  2 12 强 磁场 控 制熔 体 流动 对凝 固组 织 的影响  ..
在 材 料 凝 固过 程 中 施 加 强 磁 场 , 于 强 磁 场 抑   由

磁场 , 都有 效 地抑 制 了熔 体 中 的热 对 流和 温度 波 动 ,  
显 著 消 除 由 此 引 起 的 生 长 条 纹 、 质 带 等 宏 观 偏 析  溶 现 象  ] 进 人 九 十 年 代 后 , 着 所 用 磁 场 强 度 的  。 随 不 断 提 高 , 们 开 始 研 究 磁 场 抑 制 凝 固 过 程 中 对 流  人

制导 电 流体 中重 力 场 引 起 的流 动 , 以对 材 料 的凝  可 固组织 产生 显 著 的影 响 。在 B. n共 晶台 金 定 向凝  iM
固过 程 中 施加 O3 .T横 向 磁 场  , 生 长 速 度 大 于  当

运 动对 溶 质微 观 分 布 的影 响 , 且 力 图 建 立 相 应 的  并
理 论模 型 。   其 实 早 在 15 9 3年 , Re 等 蚓 就 提 出 , 足 够 强  T ir 在 的 磁 场 中 结 晶 凝 固 有 可 能 消 除 对 流 对 凝 固 界 面 处 溶  质 分 离 ( wf et l ou   ati ig 的 干 扰 , 得 成  p e ni  lt p rt nn ) r as e io 获 分 均 匀 的 材 料  19 90年 , oae 给 出 了 一 个 预 跫  Mt   k I

3m h时 。 场使 棒 状 共 晶组 织 Mnl 的平 均 直 径 和  e/ 磁 I i
棒 间 距 减 小 , 且 随 生 长 速 度 的 增 大 , 场 作 用 的 效  而 磁 果 越 显 著 ; 生 长 速 度 小 于 3 m h时 , 场 的 作 用 不  当 e/ 磁 明 显  理 论 分 析   表 明 , 场 抑 制 熔 体 中 流 动 会 引  磁 起 共 晶 组 织 捧 间 距 减 小  体 系 生 长 速 度 快 则 熔 体 中  温 度 梯 度 和 浓 度 梯 度 大 在 重 力 场 中 产 生 的 流 动 剧  

掺 杂半 导 体定 向凝 固过 程 中实 现扩 散 控制 的生 长所 
需 的 磁 场 强 度 的 普 遍 性 关 系 式 , 直 径 2 5 n 左 右  对 .ca

烈. 磁场 的抑 制 作用 就 显著 , 反之 磁 场 的作用 就不 明 
? 

1   ? 21  

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豆 。 另 外 . bB 包 晶 台 金 定 向 凝 固 易 形 成 周 期 性 组  F- i 织 , 加 1T 强 磁 场 可 以 减 轻 周 期 性 组 织 的 出  施 0

流 体 ( y rcro—aefr f i) 4   K l 均 恒 、 hdo abnb s e o ud 在 0 8 M i rl t   竖 直 磁 场 中 流 动 现 象 , 得 结 果 与 Fna,n 的 理 论  所 il, ,o  ̄ 预 测 相 符  顺 磁 性 流 体 的 磁 化 率 也 是 温 度 的 函 数 .  

现  ; tP Cl b偏 晶台金 在 1T强磁 场 中凝 固 . u上 浮  - 0 c
偏 析 受 到 抑 制  。 这 些 现 象 与 磁 场 抑 制 熔 体 中 由  于 密度 差 引起 的对 流 有美 。   2 13 强 磁 场 控 制 流 体 流 动 对 传 热 的 影 响  .   刺 用 磁 场 控 铷 流 体 中 对 流 的 作 用 . 以 控 制 体  可 系 的 传 热 速 率 和 方 向 , 用 的 效 果 与 磁 场 施 加 的 方  作 法 、 向 和 强 度 等 有 很 大 的 关 系 。 O  和 O a丑对  方 肿 kd 磁 场 作 用 下 立 方 体 容 器 内导 电 性 流 体 的 自 然 对 流 和 

梯度 磁场 能 抑 制或 促 进 顺 磷 性 流体 中对 流 运 动  。  
当 均 恒 强 磁 场 的 强 度 足 够 太 时 , 有 可 能 在 铁 磁 性  也 或顺 磁性 流 体 中日 起磁 对 抗 。 l   金 属 与 电 解 液 接 触 时 . 金 属 表 面 产 生 局 部 电  在 池 电 流 , 加 强 磁 场 与 电 池 电 流 相 互 作 用 , 腐 蚀 反  外 对 应 有 显 著 影 响 。 青 柿 良 一  研 究 了 强 磁 场 对 铜 片  在硝 酸 中腐 蚀 速度 的影 响 . 大 磁场 强 度 ( 增 0— 1T . 0 )  c u片 的 腐 蚀 速 度 下 降 。   此 外 , 基 台 金 的 强 磁 场 热 处 理 也 是 研 究 的 热  铁

传热进 行 了数 值 计 算  和 实 验 研 究  。在 一 个 立 
方体 容器 中装^ G 丑渡 , 个 面 均 恒 加 热 , 对 的 面  一 相 均 恒 冷 却 , 别 在 x Y z 个 方 向 上 施 加 磁 场 ( 图  分 、 、三 如

点 之 一  , 在 其 它 文 章 中详 述 ; 磁 场材 料 制 备  将 强
的 理 论 研 究 已 经 受 到 重 视  : 磁 场 与 其 它 物 理 场  强

】 所示 ) 计 算表 明 z 方 向加 磁场 的 L rn . 、 oe 口力远 大 
于 Y方 向 . 验 结 果 显 示 在 x z方 向 上 磁 场 抑 制 传  实 、 热 速 率 的 效 果 大 约 是 T方 向 上 的 l O倍 。  

相 结 台 的研究 也 正 在 兴起 . 强 磁 场 与 电 场 相 结 台  如
控 制 电 化 学 反 应 和 电 解 析 出 产 物 的 形 态  , 磁  强 场 与 高 张 引 应 力 、 温 相 结 合 改 变 马 氏 体 层 片 的 生  低 长 行 为  . 磁 场 与 交 流 电 相 互 作 用 产 生 新 的 波  强 动  或 振 动 源  等 等 

3 面 临 的 问 题 和 发 展 的 方 向   

:  
目前 . 磁 场 已经 广 泛 地 应 用 刊 材 料 科 学 的 诸   强
图 1 磁 场 中导电 熔体 对流 传热 示意 图 . 别在  分 x Y z 千 方 向 上 施 加 遗 场  、 、三

多 研 究 领 域 中 , 现 了 大 量 有 重 大 理 论 竹 值 和 应 用  发 价 值 的 强 磁 现 象 , 示 出 强 磁 场 在 这 个 领 域 中 广 阔  显

的应 用前 景 。同 时也 应 看 出 , 强磁 场 在 材 料 科 学 中 
2 2 强 磁 场 引 起 液 体 流 动 的 作 用  . 2 2 1 强 磁 场 对 温 差 电 流 引 起 流 动 的促 进 作 用     当 台 金 定 向凝 固 过 程 中 界 面 为 树 枝 晶 生 长 时 ,   由于 西 贝 克 效 应 (ebc  f e) 在 固 液 界 面 上 存 在  Se eke et, l


的应 用研 究处 于 起 步 阶段 , 多物 理 现 象有 待 发 现 ; 很   已 有 的 研 究 结 果 中 . 多 探 层 次 的 物 理 、 学 机 制 有  许 化

待 研 究 。另外 , 弱磁 性 材 料 的磁性 能 数 据不 完整 , 尤 
其 是 壹 属 间 化 合 物 的 磷 各 向异 性 磁 化 率 数 据 十 分 缺  乏 . 大 地 制 约 了 强 磁 场 的 应 用 研 究  极 强 磁 场 在 材 料 科 学 中 应 用 研 究 的 发 展 趋 势 如 
下 :  

个 温 差 电 流 , 致 佩 尔 蒂 埃 效 应 ( etree t . 导 Ple f c) 即  l

使 树枝 晶端 部 温度 下降 . 部 温 度 上 升 。理 论 分 析  根
表 明 西 贝 克 效 应 和 佩 尔 蒂 埃 效 应 可 以 导 致 固 液 界   面 不 稳 定   由 于 温 差 电 流 的 存 在 , 加 一 个 磁 场 将  外 在 糊 状 区 内 l 流 体 流 动 . 热 电 磁 流 体 力 学 效 果 。 起 即   M r u等   在 B.0 n台 盒 定 向 凝 固 过 程 中 施 加  oe a i S 6 0 5T轴 向 磁 场 . 得 试 样 中 枝 晶 组 织 租 化 、 隙 变    5 所 孔 大 . 明糊状 区 内存 在 明显 的流 体 流 动  这 种 微 观  表

() 一 步 探 索 强 磁 场 中 材 料 制 备 的 现 象 和 规  1进

律. 建立 强磁 场作 用 下 材 料 制 备 的 一 系 列 新理 论 和 
新技术。   () 同 类 型强 磁 场 ( 均 恒 磁 场 与 梯 度 磁 场 . 2不 如   高 频 磁 场 等 ) 结 合 或 强 磁 场 与 一 个 或 多 个 其 它 物  相 理 场相 结 合 ( 电 场 、 力 场 . 重 力 场 等 ) 产 生新  如 压 微 , 的 作 用 和 现 象 . 成 相 应 的理 论 和 应 用 技 术  形

区域 内的流动 只有 用热 电 磁 流体 理论 解 释 。  
2 22 强 磁 场 引 起 磁 对 流 的 作 用  . 

铁磁 性流 体 的磁 化 率 是 温 度 的 函数 , 流 体 中  当
存 在温 度 梯度 时 外 加 磁 场 能 在 流 体 中引 起 磁 对 流 。   Fnas 驯 从 理 论 上 分 析 了 铁 磁 性 流 体 在 均 恒 、 ii   y 竖 
展 

( ) 磁 场 发 生 设 备 向 高 强 度 化 、 日 径 化 发  3强 太
() 材 料的 磁 性能 进 行 系统 的 测定 . 立一 个  4对 建

直磁场 中对 流 问题 .c a s  b等  研 究 碳 氢 基 铁 磁 性 
?

完 整 的有 关 晶 体 、 台物 各种 磁 性 能 的数据 库 。 化  

l 22 一  

维普资讯

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结  论 

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浅 井 滋 生 , 佐 健 舟 [  C NPlU,9 9 1 2 佐 J A —s 】9 ,2:3~2  6

1 强 磁 场 使 弱 磁 性 材 料 表 现 出 明 显 的 磁 现 象 , 大  极
地拓 展 了磁 场 的应 用 范 围 。  

A E Mie o ,         k l n Y K K盯k n 【 J   丌 Gr t , 9 】  ̄ l J J J c   o h 】8 . w  
2  

5 5 4~ 5 9 2: 2 2 

2 强 磁 场 在 材 料 制 备 过 程 中 有 显 著 的 取 向 作 用 和  . 控 制 熔 体 流 动 作 用 , 且 对 材 料 相 变 、 结 晶 等 过 程  并 再 有 确 定 的 影 响 。 强 磁 场 在 材 料 科 学 中 应 用 研 究 正 处  于 起 步 阶 段 , 经 进 行 了 大 量 探 索 性 试 验 和 理 论 研  已 究 , 成一 十 全新 的 、 涵 丰 富的 研 究方 向 。 形 内   3 强 磁 场 在 材 料 科 学 中 应 用 研 究 仍 在 广 度 和 深 度 

森 J. , 启 介 , 佐 健 舟 等 I拓 东 佐
1 :2  11 3

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菩 口贵又 , 佐 健 舟 , 井 滋 生 等 佐 拽
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木 村 恒 久 , 藤 荣 于 :] 高 分 子 ,9 6 4 :5  伊 J 】9 ,5 8 3 A K u1 I Tk  ̄    ̄ k./ ou
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上 不 断扩 展 , 望 形 成 一 系列 重 大 的 材 料 制 备 新 理  有
论 和 新 技 术 , 应 用 前 景 十 分 广 阔  其

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:2] 葛 丰 德 . 洪 亮 . 树 海 . J 机 械 工 程 学 报 , 9 9  何 霍 :] 】8 ,
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[3] 许 伯 钧 , 南 驹 . 殿 然 等 [  金 属 学 报 ,99, 5 答 周 J 】8 2 
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佐 佐 健 舟 . 森 拓 . 井 滋 生 [] 日奉 金 属 学 会 志 . 川 拽 J  
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( 特 第 1 6页 ) 下 3  
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1 23 ?  

维普资讯

周相 平均 成 分低 于 初 生相 最 大溶 解 度 以 下 时 . 构  结 就 会 突 然转 变 为 单 相  , 而 很 难 得 到 全 部 的共 晶  从
组织 。  







献 

王 军 , 彪 . 致  . i 严 徐 刀 上 卑有 色 金 属 ,9 9 2 : 8   19 ,o 19~
12 9  

4 发 展 趋 势 
经 许 多 年 的 研 究 与 开 发 , 属 基 原 位 复 音 材 料  金 虽 然 在种 类 和工 艺上 有 所 发 展 , 远 未 选 到 大 规模  但 应 用 的 要 求 。 主 要 在 理 论 上 还 有 待 于 突 破 。 由 于 金  属 基 原 位 复 舍 材 料 的 凝 固过 程 因 增 强 体 的 存 在 而 使  

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19 .5:4 5— 3 8   90 2 37 4 3

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1 8 3 2 2 ~ 2 42 9 7. 5: 4 7 4  

基 体 凝 固过程 变 得 更 加 复 杂 , 中温 度 场 、 度 场 、 其 浓   晶体生 长 的热 力 学 和 动 力 学 都 会 发 生 变 化 因此 现 
有 的 金 属 凝 固理 论 显 然 不 十 分 适 用 。 另 外 界 面 结 构  及 界 面 结 合 力 耐 金 属 基 原 位 复 音 材 料 的 性 能 影 响 也  极 大。V Lu t   a ̄a 等  着 重 研 究 丁 7 (—9   内 A 11 ∞ )  

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P.     , cn tl ,9 8 3 :7 9 D K A tMea 18 ,6 10   l

S i 界 面润 湿 状 况 , Warnl 研 究 结 果 相 差 甚  C的 与 r t a l  
大  目前 在 理 论 上 也 无 法 解 释 。 B  
1  2   3 4 5    6 

1 5 71  

一   的 界 面 
7  B 9 

结 构 理 论 也 有 待 于 完 善  尽 管 金 属 基 原 位 复 合 材 料  

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" 弱 

有着 无 可 比拟 的 优越 性 , 理 论 上 的缺 陷和 工 艺上  但
的不 足 , 规模 的应 用 还 有 待 于 科 研 人 员 的继 续 努  大 力 , 信 不 久 的将 来会 在 材 料 家 族 中 占有 举 足 轻 重  相
的 一席 之地 。  

tJ . Mae s l, 9 7 2 : 4 【 J J l c 1 8 . 2 2 4—2 (    ̄ 5I  

[ 3  R wⅡm J c 1]   m:]  
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t.94,5 1 1 1  e 18 l :0 —1 1
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, ̄ ̄ a l L吐d e , a  c 日 

( 接 第 13页 ) 上 2  
4 ] P B dB J 2   e . c. H帆 .   s
1 9 1 1: 9 — 3 8 9 2. 2 3 4 9 

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[3 安 田 秀 幸 , 中 遣 雄 , 久 保 洋 二 等  ¨ . 本 金 属  4] 大 古 日
学 会 志 .9 7 6 ( 2 :2 B 2 5 19 ,1 1) 1 B 一19  

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[ ] 稻富 格光 , 藤 缓 子 , 内 健 后 等 [ 】 C “ 加 棍 J . - I,  ̄ I J  S
2 0 1 1   0 0. 3: 49

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2 5 — 2 6l 15 l  

大 坶 秀 幸 , 亚 [ . 之  许 力 土

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山 口盏 弘 , 山奉 助 [ 】 C I-S ,OO,3 16 J . ̄ PII 2 O 1 :4   J e,  N tR   [】Jc J . . q  Ⅲ h. 9 1  18 . 茂 木 严 , 河 光 博 [ 】 C PII,OO,3 13 本 J .  ̄i -S 2 O 1 :4   J 田 中 弹 一 ,日 下 英 史 , 中 康 博 荨 [  c^ _ J  梧 J MP聊 .
2 0 1 1   0 0. 3: 42

[6] JM. 1 4   Ql ㈣

5 :6 —4 4 4 4 5 7  

[7 安 田 秀 幸 . 中 逸 雄 , 枝 健 太 郎 等 [ 】  ̄ MPI玎, 4] 大 时 J -5  
2 0 .3:4   0 0 1 18

太 螺 秀 幸 , 叫 衄 GI自 , 井 寿 等 [ 】 日 本 盒 属 学  G l b长 o J. 会 志 ,9 7,l 1 ) 13 19 6 (2 :3 7—14   30 王 强 , 合 悟 , 井 一 彦 , 井 滋 生 [ 】 c^ _ J  川 岩 浅 J . MP聊 .
2 0 1 10 0 9, 3: 5  

[ 8 安 田 秀 幸 . 中逸 雄 [] C 4] 大 J .. -Sl2 0 .3 17 AMPIl,0 0 1 :4   [ 9  H. =eK. h血 .J . 帕 J HetM聃sT fr1 8 , 4] 0o, 0 [] h . a     ̄ e .9 9 
3 (o :99~l5   2 1 ) 13 94

[ 】 K 0 B ,   ∞e [ 】 A M ,or    e   a 5   . kd H O 0 a J s E Ju  ̄l fba 0 t r ,    
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小 鸠 真 也 , 井 一 彦 , 井 滋 生 [ ] c^ _ J 20 , 岩 浅 J MP聊 .09 
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16 3 



  本文关键词:均恒强磁场在材料科学中的应用,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:229547

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