晶体生长实时观测技术研究进展

综述了近些年来晶体生长过程中实时观测技术的方法和内容,主要包括显微镜观测和光学干涉法观测;展望了实时观测方法的未来发展方向.     

真空-堆载联合预压条件下复合地基固结解析解

针对复合地基固结问题,建立了考虑真空-堆载联合预压和初始孔压均布的复合地基计算模型,推导出真空-堆载联合预压复合地基固结一般解,讨论了复合地基孔压和固结度的变化规律。研究表明:桩径比n、扰动区大小s、加压方式和时间因子T_h对复合地基孔压和固结度有重要影响。n值和s值越大,孔压越大,固结越慢;荷载越大,孔压越大;深度增加,孔压增大,在地基浅部孔压随深度增大明显,而在深部孔压随深度增加较为缓慢;真空荷载和堆载荷载引起的孔压和固结效果是可以叠加的;T_h值变化对地基中孔压分布规律有重要影响,在地基浅部,孔压呈线性分布,当深度超过一定值时孔压呈非线性分布,T_h值越大孔压非线性分布越明显。研究结果对于真空-堆载联合预压理论和复合地基研究有一定促进意义。     

相场模拟对流影响凝固组织形成的研究进展

相场法是模拟对流影响凝固组织形成的有效方法,本文介绍了在纯扩散相场模型中引入对流的两种方法:“粘度函数”引入法和“变化界面应力”引入法以及所建立的耦合对流的相场模型,概述了相场法在模拟凝固组织形成中的对流效应的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

对流作用下胞晶侧向生长实时观察

对透明模型合金的晶体生长过程进行实时观测, 是研究晶体凝固过程的有效手段, 对认识晶体组成结构形成机理及控制金属组织结构具有重要的意义. 采用自行设计的定向晶体生长室和观察测量装置, 在不同的晶体生长速度下, 对丁二腈-5wt%乙醇透明模型合金定向凝固的界面生长形态进行了实时观测研究. 实验发现, 由于重力对流和微对流机制对晶体生长过程的影响, 使得胞晶在生长过程中有明显顺流偏转现象.     

温度和溶质分布对枝晶竞争生长的影响

实时观测了丁二腈-5%乙醇模型合金在定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了温度和溶质分布对枝晶生长形貌的影响.结果表明,两相互竞争生长的枝晶所夹击的枝晶界面上的溶质浓度由于两边枝晶生长时溶质的排泄而不断增大,溶质偏析越来越严重,最终在所夹击的枝晶上形成缩颈;多个枝晶竞争生长时,被夹在中间的枝晶,由于其他枝晶生长过程中凝固潜热的释放,夹击区域温度较高而形成一个成分过冷,使得被夹击的枝晶生长速度较小而出现缩颈.理论分析认为,提高固液界面的液体流动速度,加大温度和溶质浓度分布的不均匀,导致颈缩加剧,这与试验结果吻合.     

试样盒厚度和超声振动对共晶生长的影响

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-Cam(Succinonitrile-wt%Camphor,wt%为质量分数)模拟合金的共晶生长过程。实验结果表明,SCN-23.6%Cam共晶模拟合金所形成的棒状共晶的相间距λ随着界面推移速度V的增大而减小,与J-H模型吻合得较好;随着试样盒厚度的增加,SCN-23.6%Cam模拟合金的棒状共晶相间距增大;施加超声振动时,SCN-Cam模拟合金相图的共晶成分点向SCN方向移动,α单相区和(L+α)两相区减小,共晶线温度升高。     

超声作用下模型合金的定向凝固行为

以模型合金丁二腈-5%乙醇为试验对象,研究了定向凝固过程中施加超声振动对固/液界面形貌动态演化过程的影响.结果表明,超声场可抑制定向凝固的速度,使界面形态钝化;超声施加与去除,致使界面凸起增多,晶粒细化;超声作用使熔体中产生气泡,气泡的增大、合并和崩溃引起形核增多,从而细化晶粒.     

SCN-Cam共晶合金的定向凝固研究

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-Cam(Succinonitrile-wt%Camphor,wt%为质量分数)模型合金的凝固过程.实验结果表明,SCN-23.6%Cam共晶合金在常规条件下形成规则的共晶组织,共晶间距随界面推移速度的增大而减小;加入超声振动时,共晶合金生长出初生相;SCN-21%Cam亚共晶...     

真空—堆载联合预压复合地基径向固结理论研究

针对真空―堆载联合预压复合地基径向固结问题,建立空间轴对称变形计算模型,采用位移法求出土体的变形和体积应变,给出真空―堆载联合预压复合地基径向固结解。通过退化分析和与已有解的比较研究,验证了此解的正确性和合理性。基于此解,通过算例计算,绘制出各参数对复合地基固结速率影响的曲线图。研究表明:桩径比n和扰动区影响因子s越小,复合地基固结速率越快;扰动区土体径向渗透系数越大,复合地基固结速率越快;桩土弹性模量比越大,复合地基固结速率越快;长细比越小,复合地基固结速率越快;径向时间因子越大,复合地基径向固结度越高。     

快速凝固中枝晶形态原位观察

提出了一种适于原位观察的晶体生长试验装置，主要包括“三明治”型晶体生长室和恒温水循环控制系统，及一种基于流动显示技术的新型光路。通过对高纯丁二腈（SCN）模拟合金在不同温度梯度下快速凝固的原位观察，展示了枝晶形态的转变过程，发现枝晶通过尖端开裂使侧枝消失并伴随一次间距大幅减小；对尖端开裂的演化机制进行了理论分析。