Faceting and morphological regularity of eutectic structures: The AuSn4-Sn system

The AuSn4-Sn eutectic formed with a faceted AuSn4 intermetallic phase and a non-faceted phase can present a perfect lamellar structure over regions several square millimeters in area and 1 cm long. In this case, directional solidification must be carried out under a marked thermal gradient (450 K cm′-1): a Bridgman furnace with a heat pipe was needed to obtain this gradient. The stability region of the growth coupling of the lamellar structure is given as a function of the ratio gradient over growth rate and of the gold content. No equation was found correlating the interlamellar spacing and the growth rate. Due to the very privileged crystallographic nature of the solid/solid interfaces new lamellae must be germinated to enable the interlamellar spacing to adapt to the growth rate. This is a very slow mechanism and a steady growth cannot be obtained during solidification of a specimen several centimeters long. The interpretation of the growth modes observed throws doubt on the traditional analysis of eutectic growth. The role of the solid/solid and solid/liquid interfaces during growth and that of the anisotropy of the interface properties are emphasized. L'eutectique AuSn4-Sn. avec une phase intermétallique AuSn4 à facettes et une phase sans facettes, peut présenter une structure lamellaire parfaite sur des régions de plusieurs millimètres carrés de surface et d'un centimètre de long. La solidification orientée doit être effectuée dans ce cas sous un fort gradient thermique (450 Kcm′-1); pour obtenir un tel gradient, nous avons dû utiliser un four de Bridgman avec calodne. Nous donnons la région de stabilité de la croissance couplée de la structure lamellaire en fonction du rapport du gradient à la vitesse de croissance et de la teneur en or. Nous n'avons pas trouvé d'équation reliant l'espacement interlamellaire à la vitesse de croissance. Du fait de la nature cristallographique très privilégiée des interfaces solide/solide, de nouvelles lamelles doivent germer afin de permettre à l'espacement interlamellaire de s'adapter à la vitesse de croissance. C'est un mécanisme très lent, et l'on ne peut obtenir une croissance stationnaire au cours de la solidification d'un échantillon de plusieurs centimètres de long. L'interprétation des modes de croissance observés jette un doute sur l'analyse traditionnelle de la croissance eutectique. Nous insistons particulièrement sur le rôle des interfaces solide/solide et solide liquide au cours de la croissance ainsi que sur celui de l'anisotropie des propriétés des interfaces. Das Eutektikum AuSn4-Sn, welches aus einer facettierten intermetallischen Phase AuSn4 und einer nichtfacettierten Phase besteht, kann eine perfekte lamellare Struktur über Flächen von einigen Quadratmillimetern und eine Länge von 1 cm aufweisen. In diesem Fall muβ die gerichtete Erstarrung unter einem deutlichen Temperaturgradienten (450 K cm′-1) ablaufen; dieser Gradient wurde in einem Bridgman-Ofen mit einem Wärmepfad erhalten. Der Stabilitätsbereich für das Wachsen der lamellaren Struktur ist gegeben als Funktion des Verhältnisses von Gradient zu Wachstumsgeschwindigkeit und des Goldgehaltes. Es konnte keine Gleichung für den Zusammenhang zwischen interlamellarem Abstand und der Wachstumsgeschwindigkeit aufgestellt werden. Wegen der ausgeprägten kristallografischen Natur der festfesten Grenzflächen müssen neue Lamellen entstehen, um den interlamellaren Abstand an die Wachstumsgeschwindigkeit anzupassen. Das stellt einen sehr langsamen Prozess dar; stationäres Wachsen kann in einer mehrere Zentimeter langen Probe während der Erstarrung nicht erhalten werden. Die Deutung der beobachteten Wachstumsmoden führt zu Zweifeln an der herkömmlichen Analyse des eutektischen Wachsens. Die Bedeutung von fest-festen und fest-flüssigen Grenzflächen für das Wachstum, und die Bedeutung der Anisotropie der Grenzflächeneigenschaften werden unterstrichen.