Numéro
J. Phys. France
Volume 47, Numéro 12, décembre 1986
Page(s) 2095 - 2103
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:0198600470120209500
J. Phys. France 47, 2095-2103 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:0198600470120209500

Cellular instabilities in directional solidification

S. de Cheveigné, C. Guthmann et M.M. Lebrun

Groupe de Physique des Solides de l'Ecole Normale Supérieure, Université Paris V, Tour 23, 2 Pl. Jussieu, 75251 Paris, France


Abstract
We have studied the morphology of the solid-liquid interface during the directional solidification of thin (5-150 μm) samples of a dilute binary mixture (CBr4/˜ 0.1 % Br2) . Above a critical pulling speed, for a given temperature gradient and solute concentration, the interface, initially planar, breaks down into a periodic cellular pattern. The bifurcation from a planar to a cellular solidification front is sub-critical. The critical pulling speed is strongly dependent on the thickness of the sample : the problem cannot be considered two-dimensional. We have also measured wavelengths at, and above the threshold and examined response times. These results are compared to existing theoretical predictions.


Résumé
Nous avons étudié la morphologie de l'interface solide-liquide lors de la solidification directionnelle d'échantillons minces (5-150 μm) d'un alliage binaire dilué (CBr4/˜ 0,1 % Br2). Au-dessus d'une vitesse de tirage critique, à concentration de soluté et gradient de températures données, l'interface qui était plane au départ, présente une déformation cellulaire périodique. La bifurcation d'un front plan à un front cellulaire est sous-critique. La vitesse de tirage critique est fortement dépendante de l'épaisseur de l'échantillon : on ne peut pas considérer le problème comme bi-dimensionnel. Nous avons également mesuré les longueurs d'onde au seuil et au-dessus ainsi que les temps de réponse. Nous comparons ces résultats aux prédictions théoriques existantes.

PACS
6470D - Solid-liquid transitions.
6475 - Solubility, segregation, and mixing; phase separation.

Key words
bromine -- directional solidification -- mixtures -- organic compounds