TMR重磅学者｜北航吴煜烨副教授：电子束快速定向凝固实现高速单晶生长

本文围绕电子束快速定向凝固（RDS）技术展开，背景是传统单晶生长方法如Bridgman法存在生长速率低、冷却速率有限、难以获得非平衡组织等问题，严重制约新型高性能单晶材料发展。研究目的在于突破这些瓶颈，通过建立电子束热源模型与有限体积法热传输模型，提出“模拟—实验协同验证”的单晶工艺参数寻优新范式，以实现高速单晶生长。结论表明，研究成功实现Tb掺杂Fe-Ga磁致伸缩单晶的快速生长，拉速较传统方法提升1~2个数量级，并获得约40%的磁致伸缩性能提升（从282 ppm增至394 ppm）。此外，该范式还成功拓展至Nb、Mo、W等难熔金属单晶制备，突破了传统单晶方法受限于热源温度上限的瓶颈。研究证明RDS不仅能高效制备单晶，还能构筑非平衡组织，为高性能功能晶体和高温结构材料的单晶化开辟了新路径。