溶质表面张力对流模型及其对空间实验的解析

无机材料学报

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溶质表面张力对流模型及其对空间实验的解析

金蔚青; 潘志雷; 蔡丽霞; 刘照华; 梁歆按

中国科学院上海硅酸盐研究所; 上海 200050

收稿日期:1999-06-08 修回日期:1999-07-08 出版日期:2000-06-20 网络出版日期:2000-06-20

Model of Solute Surface Tension Convection and Its Analysis for Space Experiment

JIN Wei-Qing; PAN Zhi-Lei; CAI Li-Xia; LIU Zhao-Hua; LIANG Xin-An

Shanghai Institute of Ceramics; Chinese Academy of Sciences; Shanghai 200050; China

Received:1999-06-08 Revised:1999-07-08 Published:2000-06-20 Online:2000-06-20

摘要/Abstract

摘要： 空间高温实时观察装置（SHITISOI）被用于观察和记录在Li₂B₄O₇溶体中KNbO₃胞状结晶的整个生长过程，并对胞状结晶生长过程中浮力对流和表面张力对流的影响进行了研究．首次观察到空间条件下，Li₂B₄O₇溶体中稳态表面张力对流图像，它呈镜面对称的抛物线状．由于表面张力对流的作用，KNbO₃胞晶生长且充满了整个的溶体．而在地面上，由于浮力抑制表面张力，降低了胞晶在流体中的生长速度，使溶质KNbO₃胞晶在Li₂B₄O₇溶体中分布不均匀，本文还提出了胞状结晶生长理论的模型．这个模型的主要特点是表面张力对流起始于KNbO₃胞晶的界面上；这是由于KNbO₃溶质扩散速率减少而引起的KNbO₃溶质表面张力梯度．本模型的预言和实验所观察的现象吻合得比较好，这说明该理论模型是合理、可靠的．

关键词: KNbO₃胞状结晶的生长, 高温溶液, 表面张力对流, 实时观察, 微重力材料科学, 电子探针分析

Abstract: Space High Temperature In Situ Observation Instrument “SHITISOI” was dedicated to visualize and record the
whole KNbO₃ cellular growth process in Li₂B₄O₇ flux. The dependence of buoyancy and surface tension convections on the cellular
growth was studied. In space, the streamlines of the steady surface tension convections in the Li₂B₄O₇ flux were observed. The steady
convections occur in the form of a mirror symmetric pattern. Due to the surface tension convection, the KNbO_3 grains grow and fill the whole
solution homogeneously. On the ground, the buoyancy drive flow in direction opposite to that of surface tension flow can reduce the cellular growth
and the distribution of KNbO₃ solute grains is inhomogeneous in the Li₂B₄O₇ flux. A theoretical model of cellular growth was also
accounted. A pivotal feature in this model is the initiation of the surface tension convection on the interface of KNbO₃ grain. This is initiated
by KNbO₃ solute surface tension gradient which is caused by less rapid diffusion of KNbO₃ solutes. Direct comparison of the model predictions
and experimental observed phenomena demonstrates the predictive capability of this model.

Key words: KNbO₃ cellular growth, high temperature solution, surface tension convection, in situ observation, microgravity material science, electron-microprobe analyses

中图分类号:

金蔚青,潘志雷,蔡丽霞,刘照华,梁歆按. 溶质表面张力对流模型及其对空间实验的解析[J]. 无机材料学报.

JIN Wei-Qing,PAN Zhi-Lei,CAI Li-Xia,LIU Zhao-Hua,LIANG Xin-An. Model of Solute Surface Tension Convection and Its Analysis for Space Experiment[J]. Journal of Inorganic Materials.

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Model of Solute Surface Tension Convection and Its Analysis for Space Experiment

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