第33卷第3期Volume33Number32023年3月March2023中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals静电悬浮深过冷熔融锆形核凝固测量陆潇晓1,2，张明辉3，刘晓珂1,2，王艳秋1,2，郑福1，孙志斌1,2(1.中国科学院国家空间科学中心，北京100190；2.中国科学院大学计算机科学与技术学院，北京100049；3.中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050)摘要：采用静电悬浮无容器实验技术，对纯度99.6%Zr样品的深过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。结果表明：样品的临界过冷度为363.9K(0.17Tm)，熔点时的液态比热容为42.42J/(mol·K)，凝固前降温速率与过冷度的变化规律为ΔT=−1.792Rc+664.15。通过超高速摄像方法，测得样品的枝晶生长速度与过冷度呈幂函数关系，在过冷度300K处，枝晶生长速度达到34.6m/s。通过对上述实验数据进行基于经典成核理论的统计分析，计算得到样品在最大概率过冷度300K处(0.14Tm)的成核活化能为52.19kBT，吉布斯自由能差为1.503×108J/m3，固液界面能为0.121J/m2。对比发现：随着锆含量的降低，样品的最大概率过冷度、成核活化能、吉布斯自由能差和固液界面能都明显减小。关键词：液态锆；静电悬浮；深过冷；枝晶生长；形核文章编号：1004-0609(2023)-03-0804-13中图分类号：TG146.4文献标志码：A引文格式：陆潇晓,张明辉,刘晓珂,等.静电悬浮深过冷熔融锆形核凝固测量[J].中国有色金属学报,2023,33(3):804−816.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2021-42724LUXiao-xiao,ZHANGMing-hui,LIUXiao-ke,etal.Nucleationandsolidificationmeasurementofdeep-undercoolingmoltenzirconiumunderelectrostaticlevitation[J].TheChineseJournalofNonferrousMetals,2023,33(3):804−816.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2021-42724枝晶阵列的生长形态由生长速度决定，金属与金属合金材料的枝晶生长特性对材料的微观组织结构具有重要研究价值[1−3]。晶体形核是凝固过程的基本阶段，对于材料的相组成和结构形态起着重要作用[4−5]。过冷度是晶体形核和枝晶生长的驱动力，在不同过冷度下，形核和枝晶生长动力学会表现出不同的物理规律[6−7]。因此，研究金属与金属合金在过冷条件下枝晶的生长机制，对寻找性能优异的新材料和研究材料的凝固过程具有重要意义[8]。由于成核和枝晶生长都发生在固液界面，因此，固液界面能也是揭示晶体成核和生长的重要物理参数，对于计算材料学有重要价值[9−10]。由于无容器材料加工装置消除了容器器壁产生的异...
