第二十七章 金属学引起晶粒取向 江一帆找到攻关路线

“这样看起来，试制高能磁铁的方向，基本上已经有了，就是寻找达到晶粒各向异性的方法。我们在《金属学》这门课程里面学过铸锭的结构，这里面能够给我们启发。”江一帆说。

“我没有学过《金属学》，你给我们说说铸锭结构是怎么一回事儿？”芮芬莲说。

“好。铸锭一般指的是炼钢炉炼成的高温钢水，要让它成为钢材，第一步是要把钢水倒到金属做的钢锭模中，让钢水冷却成为固体的钢锭，以便后续把钢锭送入轧钢机轧成各种钢材。整个冷却过程中，形成的钢锭的内部的组织结构，就是铸锭的结构。

“如果我们把一个钢锭按照纵截面剖开，抛光之后，用腐蚀剂腐蚀，我们用肉眼都可以看到钢锭内部大概有三种晶粒。一种是靠近钢锭模，也就是靠近钢锭表面的地方，那里是细小的等轴晶，也就是细小的多边形。形成的原因，是因为炽热的钢水倒进钢锭模以后，它们碰到很冷的钢锭模表面，立即形成很多的细小晶核，晶核在钢液不断冷却的过程中，形成细小的晶粒。”

“第二种晶粒是柱状晶。这是因为随着炽热的钢水不断地倒入，已经形成的细小晶粒有的被后来倒进来的钢水再熔化，再冷却的时候，因为靠近钢锭模内表面的那边温度低，靠近中心的部分温度高，钢的晶体从冷的位置向热的位置生长，就形成了柱状晶。

“第三部分是铸锭中心的尺寸大的等轴晶。这是因为从周边向中心长的柱状晶，没有多久就碰到了一起，中心部分和靠近中心部分的温度差别已经不大，晶粒成长各个方向温度对冷却过程没有了显著的差别，晶粒不会只向一个方向成长了。”

陆芳静说：“小江，你说的我大概明白一点。可是这个铸锭机构和寻找提高磁性能的方法，有什么关系吗？”

“有，关系可大了，小芮，你说说，这个关系在哪里？”

芮芬莲没有说话，想了一会儿，说道：“江老师又在进行启发式教学，看看我这个笨学生能不能达到老师的要求吧。我看这个标准的铸锭的三种晶粒中，只有柱状晶是晶体可向异性的，不仅仅是外形是柱形，各个方向的尺寸不一致。我猜，用这种柱状晶做成的磁铁可能磁性能就比各个方向一同结晶的等轴晶磁性能好。”

“不是猜，确实是这样，”江一帆很高兴地说道，“铝镍钴磁铁的晶格，是属于立方晶系。就是说他们的原子是按照一个立方体，（好像一个打麻将里的骰子）排在八个，就是定性分析都不要紧。有分析的数据做基础，按照上午他们三个人商量的路线，试制高能磁铁的工作，就能进行下去了。

下午上班，在万书记的办公室开会。江一帆汇报说：

“通过对高能磁铁样品的磁性测量，发现这颗磁铁，确实是磁性能很高，我们现在国内还没有单位做得出来。把对它的测量结果和我们现在有的最好打的铝镍钴磁铁做一个对比，它们的退磁曲线的形状非常相似，说不定就是一种有特别改进的铝镍钴磁铁。当然，没有做化学分析之前，我们还不能绝对肯定这一点。”

“有道理，”武木连说，“我去例行试验室看过了，高能磁铁的磁能积大概比我们现在最好的铝镍钴磁铁高百分之三、四十。”

江一帆说：“做化验是个难题，因为这颗磁铁还要留着给电声器材厂装喇叭，不能破坏了。我已经让陆芳静带着样品找市工业试验所，请教他们有什么解决的办法没有。”

“除了铝镍钴材料的磁铁，现在还有没有也能达到这个性能的磁铁？”万远明问道。

“一般说来没有，”武木连总还是翻过作为教科书的讲永磁材料的书，一般的知识还知道一点，说道，“有一种永磁材料的性能比铝镍钴好，可是一则它的退磁曲线的形状和高能磁铁样品的退磁曲线形状差得太多。再说，那是以金属鈷和稀土金属钐为主要原料的磁铁，一般的民用产品根本就用不起。”

“那我看就把试制我们的高能磁铁的基础就放在铝镍钴上，不拘泥于一定要化验出准确的化学成分了。在这个基础上，怎么样才能提高它的性能呢？”万远明抓到了关键之点。

“就是这话，”江一帆说，“提高磁性能可能有两种方法，都是利用磁铁材料的可向异性。我们对一些成分范围的铝镍钴，可以通过磁场热处理的方式，造成磁性的各向异性来提高性能。现在我们是已经这样做了。全世界的永磁材料生产商都知道这个方法。我在想，可能还有一个思路，就是利用造成晶体学的各向异性的办法，但是大家都没有做过，不知道行不行。”