[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)單晶管材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011031712.1
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112160029B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王經(jīng)濤;諸葉斌;李政;劉瑛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C30B29/66
• 分類號: C30B29/66;C30B1/02;C30B1/12;C30B28/02
• 代理公司: 南京勤行知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32397
• 代理人: 陳燁

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種準(zhǔn)單晶管材及其制備方法；所述準(zhǔn)單晶管材的晶體學(xué)織構(gòu)圍繞管材的軸線呈連續(xù)旋轉(zhuǎn)對稱，所述管材中晶界取向差大于15°的大角度晶界比例≤10％；所述準(zhǔn)單晶管材中晶體的某一晶向uvw擇優(yōu)取向平行于管材的周向；所述準(zhǔn)單晶管材中晶體的某一晶面{hkl}擇優(yōu)取向平行于管壁的切平面或者該晶面的法向擇優(yōu)取向平行于管材的徑向；本發(fā)明的準(zhǔn)單晶是由多晶體通過變形和退火過程中各晶粒取向逐漸轉(zhuǎn)動到宏觀擇優(yōu)方向上而形成，制備過程中不存在“新相”和母相之間的物理界面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種準(zhǔn)單晶管材及其制備方法。

背景技術(shù)

單晶體(mono-crystal,single crystal)，其晶體內(nèi)部的微觀粒子(原子、離子、分子等)在三維空間呈有規(guī)律的周期性地排列，晶體整體在三維方向上由同一空間格子——晶格構(gòu)成，排列方式為長程有序。晶格在三維空間呈現(xiàn)嚴(yán)格的平移對稱和n重旋轉(zhuǎn)對稱(n＝2，3，4，6)。這里，n重旋轉(zhuǎn)對稱是指晶格轉(zhuǎn)動2π/n角時，與未轉(zhuǎn)動時的晶格完全重合。像單晶體晶格這種旋轉(zhuǎn)一個特定角度2π/n后與自身重合的特征叫離散旋轉(zhuǎn)對稱(Discreterotational symmetry)。與離散旋轉(zhuǎn)對稱對應(yīng)的是連續(xù)旋轉(zhuǎn)對稱(Continuous rotationalsymmetry)，即物體圍繞某一軸旋轉(zhuǎn)任意角度都與未轉(zhuǎn)動前的物體完全重合。如，一個均勻的圓柱形幾何體，圍繞其中心幾何軸線呈連續(xù)旋轉(zhuǎn)對稱。

與單晶體相對的是多晶體(polycrystals)，由眾多大小和取向不同的單晶體(晶粒)組成，晶粒之間的接觸區(qū)域稱為晶界。根據(jù)相鄰晶粒取向的不同，晶界可分為取向差≤15°的小角度晶界和取向差大于15°的大角度晶界兩類。

多晶體中的晶粒取向可以均勻地隨機(jī)分布，也可能表現(xiàn)出多數(shù)晶粒都朝某一特定取向，而形成特定的擇優(yōu)取向——織構(gòu)。多晶體在進(jìn)行塑性變形時，晶體的滑移面和滑移方向都要向主形變相關(guān)的方向轉(zhuǎn)動，造成原來隨機(jī)取向的各個晶粒向空間特定取向擇優(yōu)排列，形成形變織構(gòu)。通常根據(jù)變形方式將形變織構(gòu)分為絲織構(gòu)(拉拔絲材或擠壓棒材時產(chǎn)生)、板織構(gòu)(軋制板材時產(chǎn)生)和剪切織構(gòu)(多晶體發(fā)生剪切變時產(chǎn)生)。絲織構(gòu)：各晶粒某一晶向趨于擇優(yōu)排列成平行于絲軸(拉拔絲材或擠壓棒材的軸線)，也叫做纖維織構(gòu)；板織構(gòu)：各晶粒的某一晶面趨于擇優(yōu)排列成平行于軋制面、某一晶向也趨于擇優(yōu)排列成平行于軋制方向。同一多晶體中，可能有一部分晶粒形成一種擇優(yōu)取向，而另一部分晶粒形成另一種擇優(yōu)取向，這樣不同擇優(yōu)取向的晶粒集合分別構(gòu)成不同的織構(gòu)組分。例如，面心立方金屬軋制板織構(gòu)就可由高斯織構(gòu)、S-織構(gòu)、銅織構(gòu)、黃銅織構(gòu)等不同的織構(gòu)組分組成；面心立方金屬的剪切織構(gòu)更復(fù)雜，包括屬于A-fiber的織構(gòu)組分A₁*，A₂*，A和屬于B-fiber的B和以及C等多種組分[Li Saiyi等.Texture formation during equal channel angularextrusion of fcc and bcc materials:comparison with simple shear.MaterialsScienceEngineering A,2005,394:66-77]。

為了準(zhǔn)確地表達(dá)織構(gòu)，需要確定微觀上晶粒的晶體學(xué)取向與宏觀的材料特征方向之間的關(guān)系，即晶體坐標(biāo)系中晶向和晶面與宏觀材料坐標(biāo)系之間的關(guān)系。在晶體坐標(biāo)系中，晶向和晶面通常使用密勒指數(shù)表示。材料的宏觀坐標(biāo)系，通常取材料的宏觀特征方向及其加工過程中的特征方向作為坐標(biāo)軸來表示。如板材軋制過程，其宏觀坐標(biāo)系由軋向(Rolling Direction，RD)、橫向(Transverse Direction，TD)和法向(Normal Direction，ND)構(gòu)成。由此，板織構(gòu)以分別平行于軋面和軋向的晶面和晶向表示，即：{hkl}uvw；類似地，絲織構(gòu)用平行于擠壓或拉拔方向、或絲材、棒材的軸線方向的晶向uvw來表示。