Dendritisches Wachstum
(a) Technik mit Kapazitäts-Annäherungs-Sensor capacitance proximity sensor technique (CPS)
Die Tropfen werden mit Hilfe elektromagnetischer Levitation behälterfrei prozessiert. Nach externer Auslösung der Erstarrung bei gewünschter Unterkühlung DT wachsen Dendriten vom Triggerpunkt mit konstanter Geschwindigkeit radial in die Schmelze hinein. An ihren Spitzen wird latente Wärme frei (Schmelzwärme).
Abb. 1: Beginn und Ende des dendritischen Wachstums werden von dem 'empfindlichen' Trigger bzw. einer Photodiode registriert. Aus der Geometrie des Aufbaus und aus den gemessenen Zeitintervallen kann die Wachstumsgeschwindigkeit v ermittelt werden.
TL: Liquidustemperatur (Schmelzpunkt), TN: Nukleationstemperatur.
(b) Messungen dendritischen Wachstums mittels Hochgeschwindigkeitskamera High-speed camera technique
Auch hierbei wird die elektromagnetischer Levitation zum behälterfreien Prozessieren genutzt, wobei der Erstarrungsverlauf der in der Levitationsspule frei schwebenden Probe bei der Unterkühlung DT mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera mit einer maximalen Rate von 120.000 Bildern pro Sekunde erfasst wird. Die Projektion der durch das Probenvolumen durchlaufenden fest-flüssig-Phasengrenze lässt sich auf der Probenoberfläche verfolgen und aus der Orts- und Zeitbestimmung die dendritische Wachstumsgeschwindigkeit berechnen.
Hier findet sich exemplarisch das mit der Hochgeschwindigkeits-Kamera aufgezeichnete Video (3MB) einer aus dem Zustand der unterkühlten Schmelze heraus erstarrenden Ti-Al-Nb-Probe. Zu erkennen ist die fortschreitende fest-flüssig-Phasengrenze, welche die Einhüllende der in die Schmelze propagierenden Dendriten darstellt.
Literatur: