真空感应熔炼和熔体纺丝作为一个同步的两阶段系统，用于制造锆基非晶合金带材。第一阶段利用真空环境熔化合金而不发生化学降解，第二阶段采用高速纺丝工艺在金属原子结构结晶之前将其“冻结”。
核心要点 生产非晶带材需要化学纯度和极端热管理之间的精妙平衡。真空熔炼可保护反应性锆合金，而熔体纺丝则实现了绕过自然结晶所需的超过 10^5 K/s 的临界冷却速率。
真空感应熔炼的作用
保持化学完整性
该过程首先重新熔化锆合金锭。此步骤严格在真空感应熔炼炉中进行。
防止氧化
锆及其合金元素在高温下极易氧化。通过在真空中熔化锭，该过程可防止氧气与熔融金属发生反应，确保最终带材保留预期的确切化学成分，无杂质。
熔体纺丝的机理
快速传输和喷射
一旦合金熔化且化学纯净，它就会直接喷射到旋转的冷却表面上。目标是高导热铜辊，旨在几乎瞬间吸热。
极高的转速
铜辊以极高的速度旋转，通常约为每秒 75 转。此速度对于将液滴 spread 成薄带材并最大化表面接触以进行热传递至关重要。
实现临界冷却速率
铜材料和高速旋转的结合产生了超过10^5 K/s 的超高冷却速率。这种快速的温度下降是该过程成功的决定性因素。
非晶化的物理学
绕过结晶
在正常冷却条件下，原子会自然排列成有序的晶格。然而，熔体纺丝提供的冷却速率会导致合金液滴在结晶发生之前快速凝固。
锁定无序状态
由于原子没有时间组织起来，固体材料保留了长程无序的原子排列。这形成了赋予带材独特物理特性的“非晶”结构。
关键工艺限制
依赖导热性
该过程完全依赖于散热效率。如果辊筒材料的导热性不够高，冷却速率将低于 10^5 K/s 的阈值，从而导致产品结晶失败。
对速度的敏感性
转速并非随意设定；它控制着带材的厚度和冷却曲线。如果速度下降到每秒 75 转以下，可能会有足够的时间开始晶核形成。
为您的目标做出正确选择
要获得高质量的锆基非晶带材，您必须根据具体要求优化生产的两个阶段。
- 如果您的主要关注点是材料纯度：在感应熔炼阶段优先考虑真空质量，以完全消除氧化风险。
- 如果您的主要关注点是非晶结构：专注于最大化辊筒的导热性，并将转速保持在至少 75 rps，以确保冷却速率超过 10^5 K/s。
该过程的成功取决于从受保护的真空环境到激进的快速冷却区域的无缝过渡。
摘要表：
| 工艺阶段 | 主要功能 | 关键要求 |
|---|---|---|
| 真空感应熔炼 | 防止氧化并保持化学纯度 | 高真空环境 |
| 熔体纺丝 | 熔融合金的快速凝固 | 高速铜辊（75 rps） |
| 冷却速率 | 绕过结晶形成非晶态 | 临界速率 > 10^5 K/s |
| 热传递 | 瞬时热量提取 | 高导热铜材料 |
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参考文献
- Xin Xia, Yunlong Zi. Metallic glass-based triboelectric nanogenerators. DOI: 10.1038/s41467-023-36675-x
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
