Bridgman 결정성장시 장입 주괴와 도가니 사이의 틈이 용액이 초기농도에 미치는 영향

The effect of gap between ingot and crucible on the distribution of initial melt concentration in Bridgman crystal growth

결정성장된 시편의 농도분포를 제어하기 위해서는 초기융액의 농도를 균일하게 하여야 한다. 용질농도가 초기융액에 있어서 균일하지 않다면, 성장된 시편에 예측한 것과 다른 거시편석이 발생할 수 있다. 위 쪽의 온도가 높은 온도 구배를 갖고 아래로부터 응고를 진행시키는 Bridgman 방법으로 Al-Cu 합금을 성장시키는 경우, 성장된 시편의 어용질 농도분포가 초기응고 부분이 높고 을고가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 갖는 것으로 관찰되었다. 이런 현사은 주괴가 녹으면서 도가니와 주괴의 틈으로 스며나온 Cu의 농도가 높은 융액이 주괴가 완전히 녹은 후의 대류에 의해 아래부분에 축적됨으로 발생했다. Al-Mg 합금의 경우 도가니와 주괴의 틈으로 스며나온 Mg의 농도가 높은 융액이 주괴가 완전히 녹은 후의 대류에 의해 떠오르면서 용질 농도분포가 성장중에 최소값을 가지는 것으로 나타났다. 이러한 거시편석을 억제하기 위하여, 균질화 처리 또는 도가니와 주괴의 틈을 없게 함으로 균일한 농도의 초기유액을 얻었다.

Dilute Al-Cu and Al-Mg alloys were solidified unidirectionally upward by Bridgman method. It is necessary that solute concentration of initial melt is uniform to be able to control the concentration of crystal. When solute concentration is not uniform, it can cause unusual macro-segregation in grown solid. A non-steady state solidification was observed where the solute concentration in the grown solid decreased with the progress of solidification, when a dilute Al-Cu melt with positive axial temeprature gradient was solidified. This was caused by leaking out of Cu-rich melt into the gap between ingot and crucible during melt-down and its sedimentation after complete melting. In the case of Al-Mg alloy, the solute concentration has a minimum in the middle of grown specimen because Mg-rich melt flowed down the gap between ingot and crucible and floated after complete melting. Uniform initial melt concentration can be achieved by the homogenization of the ingot or by the absence of the gap between ingot and crucible.