Al-4.5Cu合金柱状晶的穗状晶生长形态及机理

利用自行研制的电磁泵驱动液流定向凝固装置,首次成功地发现了AI－4.5Cu合金柱状晶的穗状晶生长区域并观察到其形态。研究发现：穗状晶生长区域位于液流速度v/4.5cm/s,柱状晶的生长速度R为20－80μm/s的局部范围内。在该区域中,近胞状生长区域晶体呈典型穗状迎流生长;近枝晶生长区域晶体近垂直生长,穗状晶呈束状结构。     

定向凝固Ti-46at.%Al合金晶粒组织形成CAFE模拟

为了深入理解TiAl合金定向凝固过程中晶粒组织演化特点,采用CAFE模型(元胞自动机CA-有限元FE)模拟研究Ti-46at.%Al合金定向凝固过程中晶粒组织形成。借助文献中微重力定向凝固实验结果验证模型。考察了形核过冷度和自然对流强度对柱状晶向等轴晶转变(CET)、晶粒尺寸、晶粒延长因子以及偏析分布的影响。模拟结果表明:降低形核过冷度可以获得完全等轴晶组织。对于完全等轴晶组织,增大流动强度会加重铸件晶间偏析,而对凝固组织形貌以及晶粒尺寸、延长因子分布无影响。增加形核过冷度,发生CET。流动强度增加导致CET延迟,促进长形晶和等轴晶混合生长,增大晶粒尺寸和延长因子以及加重偏析。CAFE模型可以被用于预测TiAl合金晶粒组织形成以及分析控制机理。     

颗粒被凝固前沿排斥的临界速度模型

通过对颗粒增强金属基复合材料凝固过程中温度场，、质量分数场变化以及凝固前沿形状改变的数值模拟，建立了颗粒被凝固前沿排斥或捕获的临界速度模型，当凝固前沿的推进速度小于颗粒被凝固前沿所排斥／捕获的临界速度时，颗粒被凝固前沿所捕获的现象不会发生，并且在临界速度模型中保持其它参数为旧，而只考虑合金质量分数的影响时，发现随着合金质量分数的逐渐增加，颗粒被凝固前所排斥／捕获的临界速度逐渐减小。     

Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金定向凝固枝晶分裂与取向偏转

为了研究Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金定向凝固组织的形成规律,文中通过对比分析试样上端最终过渡区与稳态生长区成分分布,准确界定Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金中的溶质与溶剂,并计算出平衡溶质分配系数与偏析度,采用液相淬火方法分析不同抽拉速度下Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金固液界面形貌。对比分析铸态组织与不同抽拉速度高熵合金定向凝固组织,研究树枝晶尖端分裂与晶体生长的取向关系。研究结果表明:在2～200μm·s~(-1)的抽拉速度范围内均存在树枝晶尖端分裂情况,随着抽拉速度的增大枝晶主干变短,枝晶分枝变长,枝晶两分枝的夹角变大。树枝晶尖端两分枝的竞争生长,导致枝晶主干发生偏转,逐渐与热流方向平行。     

强迫对流下各相场参数对枝晶生长的影响

利用耦合流场的相场模型,以Ni—Cu二元合金为例研究各相场参数对金属凝固过程中枝晶生长的影响。结果表明：对流对枝晶形貌影响很大,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,整个枝晶呈现非对称形貌;对流速度越大,上游枝晶生长越快;各向异性系数越大,主枝枝晶臂越瘦长;扰动的引入可以促进枝晶二次枝晶臂的生长,但基本上不影响枝晶尖端稳态行为。     

过冷熔体中的强制枝晶生长

过冷熔体中的强制枝晶生长＊谢发勤①张军②傅恒志③细（或超细）柱晶组织及其叶片类产品，都是在液／固界面前沿熔体处于过热状态下形成的，如传统的快速凝固（ＨＲＳ）、液态金属冷却（ＬＭＣ）等定向凝固工艺。在过冷熔体中，由于形核的不可预测性和晶体生长的随机性，...     

过冷对纯镍熔体凝固过程中树枝晶侧向分枝的影响

在相场模拟中，通过捕获液态界面，系统研究了过冷对纯金属熔体凝固过程中树枝晶侧向分枝形貌的影响．结果表明，随着熔体过冷度的增大，晶体中二次枝晶越来越发达，其百分含量线性增加；当过冷度足够大时，一次枝晶可能发生缩颈，并在对流作用下于缩颈处熔断，导致晶粒的自身细化．     

过冷对纯镍熔体凝固过程中树枝晶侧向分枝的影响

在相场模拟中，通过捕获液态界面，系统研究了过冷对纯金属熔体凝固过程中树枝晶侧向分枝形貌的影响.结果表明，随着熔体过冷度的增大，晶体中二次枝晶越来越发达，其百分含量线性增加；当过冷度足够大时，一次枝晶可能发生缩颈，并在对流作用下于缩颈处熔断，导致晶粒的自身细化.     

对流效应与重新层流化

对流是影响晶体生长的主要因素.恰当地控制对流可以有效地控制晶体中偏析、夹杂的产生,得到无偏析的均匀结构.因此,研究对流效应对制备具有优异性能的功能材料具有重要意义.近十年来,Muller G.等人系统地研究了对流效应在晶体生长中的作用.他们在垂直 Bridgman法的晶体生长中作的试验结果表明,随着瑞利数 R_a 的增大,流体的流动经历着由静止→单胞→双胞→单胞流动的变化;流体中的温度扰动也由平缓发展到较大,然后又趋于平缓.他们把此现象归结为流体流动中出现的重新层流化而引起的.但是,直到如今,从未见到有关流体重新层流化的实质性的分析报导.     

ZA27合金在直流电流作用下的凝固行为

研究了直流电流作用下ZA27合金凝固组织的变化．实验结果表明，随着电流密度的增加枝晶间距逐渐变小，粗大的富Al树枝状枝晶在电场作用下逐渐向球状晶转化，且共晶相逐渐增多．初步认为电场作用造成上述结果的机理是由于电场的施加作用降低了枝晶生长的条件，且焦耳热是导致上述结果的重要因素．     

热液型水晶晶体形貌标型特征研究

利用微分干涉显微镜等测试手段，对不同类型的水晶晶体各族晶面的形貌特征进行观察和描述，采用编码统计方式定量表达晶体形态与生长环境条件的关系．测试了水晶晶体中包裹体的均一温度、盐度等参数，水晶晶体各族晶面c：R：r的生长速率比例主要与环境温度、过饱和度有关：低温、低过饱和度时，晶体以柱状晶习占优势；温度及过饱和度升高，晶体生长速度加快。晶面之间生长速率差异相对减少，则以菱面体状晶习占优势。     

Al-Mn合金快速定向凝固组织中的带状结构

实验发现Al-Mn合金在接近M-S绝对稳定性临界速度的定向凝固生长时，有从稳态胞晶突变为细胞晶列与粗胞晶列组成的带状结构现象。本文讨论了高速定向凝固生长时出现不同形态的带状结构及振荡现象的机制，并从非平衡和非线性效应导致的振荡结构的角度进行了分析。     

单向凝固铝合金层状晶的生成条件及形成机理

在单向凝固试验装置上研究了铝合金层状晶的生成条件,并对非小平面生长材料的孪生机理进行了分析。实验结果表明,层状晶的生成条件范围较宽,温度梯度、冷却速度和G/R~(1/2)比值是决定层状晶出现几率的主要参数。层状晶的形成是由晶体生长表面的原子堆垛层错引起的,溶质元素与铝的原子半径差和在铝中的偏析系数越大,越容易引起原子错排。层状晶枝晶主轴和与主轴成锐角的二次分枝均比柱状晶的生长速度快。层片增殖的机理与层状晶的起源相似,区别仅在于增殖的层片起源于层状晶枝晶二次分枝的端部。层状晶的形成既有一定的规律性,又有偶然性。     

PMN-PT弛豫型铁电材料的凝固组织与相结构

采用熔融法制备了PMN－32PT弛豫型铁电晶粒，研究了自由凝固条件下PMN－32PT晶体的生长形貌、组织形态、相结构和择优生长方向。结果表明，自由凝固条件下，从熔体中生长出的PMN－32PT晶体一般呈现三棱柱和八面体两种形态；PMN－32PT晶体的择优生长方向为＜211＞晶向；凝固过程中熔剂不足会引起组分中MgO的优先树枝状结晶；生长速度对PMN－32PT晶体的完整性有较大影响，生长速度过快会导致熔剂夹杂。     

Mg含量对Al-Cu-Mg合金定向凝固组织的影响

建立模拟多元合金树枝晶生长的三维元胞自动机模型,耦合合金热力学和生长动力学计算,模拟预测Al-Cu-Mg合金定向凝固组织形成过程,考察Mg含量对定向凝固一次枝晶间距的影响。结果表明,在相同凝固条件下,定向凝固一次枝晶间距随着Mg含量的增加而增大,定向凝固二次枝晶间距随着Mg含量的增加而减小。     

柱晶侧向分枝及侧枝消失历程的研究

侧向分权是枝晶、胞晶生长过程中形态演化的主要特征。本文利用特殊的超高梯度定向凝固技术对Al-Cu合金界面形态的转化及其对生长条件的依赖关系进行了考察。结果表明：存在着两种胞枝间形态的转化，且与生长条件有不同的关系；而在足够高的温度梯度下，可在整个凝固速率区间内不出现树枝状生长。本文还根据侧向分枝发生发展所需的时空条件，提出了树枝状生长向胞状生长转变的临界判据σ，并指出现有的枝晶生长模型尚不能准确估算该判据值，需进一步探讨。     

S形复合管道周期流动的数值研究

采用贴体坐标系下的SIMPLE方法研究了S形复合管道中三维周期性充分发展的层流流动.对流项采用一阶迎风格式和QUICK格式相结合的方法，保证了解的收敛性和高精度特性.数值实验表明，在一个流动周期内，S形复合管道中前后两个半圆弧段中的流动结构一致，但二次流旋转方向和轴向速度的偏移方向相反.曲率对流动有很大的影响，曲率越大轴向速度的最大值越小，二次流的最大值越大.在前后半个周期开始阶段，二次流都有一个突然变小和改变旋转方向的过程.流动阻力随着曲率的增大而增大.     

光学质量大尺寸蓝宝石单晶工艺研究

分析了泡生法生长大尺寸、光学质量蓝宝石单晶工艺,探讨了影响蓝宝石晶体生长的9大因素:1温场的轴向和径向温度梯度大小对晶体生长的影响;2氧化锆层对晶体质量的影响;3原料对晶体生长的影响;4籽晶的质量和晶向对晶体生长的影响;5引晶对晶体中残余应力、位错和晶界的影响;6放肩角度对晶体的影响;7等径生长速度对晶体的影响;8收尾拉脱与否对晶体质量的影响;9退火时间长短对晶体的影响.通过分析各影响因素,改进生长工艺,成功生长出70 kg蓝宝石单晶.对其进行表征发现,在晶体气泡、晶体方向和应力等方面均达到发光二极管芯片衬底要求.     

基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟

基于元胞自动机(CA)和有限元(FE)耦合法对单晶铜杆热型连铸过程中晶粒生长及演化过程进行了模拟,获得了稳定状态下铸棒内温度分布及液固相界面的位置和形态,模拟了连铸初期沿热流方向细小等轴晶快速合并形成柱状晶的过程,采用截面形态和极图法分析了定向凝固条件下各个生长时刻的晶粒形貌和晶粒生长取向以及晶粒竞争生长过程中的快速淘汰和慢速淘汰阶段,为热型连铸工艺优化提供了依据。     

强磁场对定向凝固丁二腈枝晶生长速度的影响

在不同磁场强度和不同温度梯度条件下,对纯度为99.927%的丁二腈定向凝固时的生长过程进行实时观察。测算不同实验条件下丁二腈的枝晶生长速度,同时对固液界面的温度变化进行测量。在磁场强度和温度梯度不变时,随着时间的推移,枝晶生长速度逐渐减慢;在磁场强度不变的条件下,随着温度梯度的增大,丁二腈枝晶生长速度加快;温度梯度不变时,随着磁场强度的增大,丁二腈枝晶生长速度减慢。枝晶生长速度发生变化的原因是磁场环境影响了丁二腈枝晶生长的凝固过冷度和吉布斯自由能,枝晶生长的驱动力受到影响,因此枝晶生长速度发生变化。