在生產高溫合金材料時候，對給定成分的高溫合金，從熔體中定向凝固時，在固液界面前沿一定要有溫度梯度存在。溫度梯度GL的大小直接影響晶體生長速度和晶體的組織與性能，是控制定向凝固的關鍵參數(shù)。定向凝固工藝方法的發(fā)展就是溫度梯度GL不斷提高的過程。最初的功率降低法(PD法)的溫度梯度只有10℃/cm左右，后來發(fā)展到國內外廣泛采用的高速凝固法(HRS法)，溫度梯度提高到30℃/cm左右。當前國外采用先進的液態(tài)金屬冷卻法，溫度梯度可達200℃/cm以上。而目前工業(yè)生產中的溫度梯度也已達到30℃～80℃/cm。
以坩堝下降定向凝固法推導的溫度梯度GL的表達式[1]為：式中s和L分別為晶體和熔體的導熱系數(shù)，m為熔點附近熔體的密度，L為生長單位質量晶體所放出的結晶潛熱，GL和Gs分別為液相和固相的溫度梯度，R為凝固速率。假設s和L為常數(shù)，則在凝固速率一定時，GL和Gs成正比。通過增大固相晶體的溫度梯度Gs以增加固相的散熱強度，從而增加液相溫度梯度GL，這就是前面提到的定向凝固方法不斷增大GL的關鍵技術。當然，固相散熱強度的增大，也會使凝固速率R增大。通常也采用提高固液界面前沿熔體的溫度來提高GL，定向凝固裝置在凝固界面附近加輻射板正是為了此目的。
生產高溫合金材料GL增大有利于抑制成分過冷，提高晶體質量。在一定條件下，GL愈大，合金的凝固區(qū)間愈窄，鑄件的補縮愈好，疏松愈少，偏析愈小，組織愈致密，力學性能愈好。另一方面，GL增大又可以加快凝固速率R。但也并非GL越大越好，超過某一臨界值，特別是在制備單晶時，熔體溫度過高，會導致熔體劇烈揮發(fā)、分解和受到污染，從而影響晶體質量。固相溫度梯度Gs過大，還會使生長著的晶體產生過大的內應力，以致使晶體產生裂紋。
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