定向凝固技术与理论的进展

1、1定向凝固技术与理论的进展定向凝固技术与理论的进展 主要内容定向凝固技术的应用定向凝固技术的研究历程定向凝固技术的新进展定向凝固技术的比较和分析定向凝固理论研究的进展2定向凝固技术的应用定向凝固技术的应用 消除横向晶界消除横向晶界 控制晶体生长方向控制晶体生长方向 控制第二相的形状、大小和分布控制第二相的形状、大小和分布 凝固理论研究的有力工具凝固理论研究的有力工具3（一）发热剂法（一）发热剂法定向凝固技术研究历程定向凝固技术研究历程发热剂发热剂金属熔体金属熔体固液界面固液界面结晶器结晶器铸锭铸锭水冷铜盘水冷铜盘冷却水冷却水4（二）功率降低法（二）功率降低法加热器受热体陶瓷模金属液水冷铜底冷却

2、水5（三）快速凝固法（三）快速凝固法678（五）流态床冷却法（五）流态床冷却法定向凝固技术发展展望温度梯度进一步提高温度梯度进一步提高适合于不同材料的定向凝固技术适合于不同材料的定向凝固技术与其他技术结合形成复合技术与其他技术结合形成复合技术9液态金属冷却法液态金属冷却法（一）区域重熔（一）区域重熔高梯度和超高梯度定向凝固方面高梯度和超高梯度定向凝固方面试样熔区加热体隔热板陶瓷管冷却剂水浴器抽拉杆10（二）激光超高温度梯度快速定向凝固11（三）气冷快速定向凝固1213不同定向凝固技术的不同定向凝固技术的G/R/TG/R/T比较比较1415LSTLMTSM生长方向生长方向温度温度L/S提高温度梯

3、度途径分析161718特殊材料的定向凝固技术特殊材料的定向凝固技术（一）电磁约束成形定向凝固（二）软接触电磁约束成形定向凝固（二）软接触电磁约束成形定向凝固1 固态料棒固态料棒 2 磁模磁模3 绝热层绝热层 4 上加热线圈上加热线圈 5 保温层保温层 6 约束成形熔体约束成形熔体 7 下加热成形线圈下加热成形线圈8 磁化套磁化套 9 凝固的金属凝固的金属 10 水冷铜盘水冷铜盘 19光加热悬浮区熔定向凝固20三、冷坩埚软接触定向凝固三、冷坩埚软接触定向凝固212223143278956不同工艺参数下形成的30mm钛合金圆棒的表面质量24不同工艺下钛合金圆棒的内部质量和宏观组织25Al2O3单晶

4、定向凝固技术示意图26Al2O3单晶27Al2O3单晶2829（五）晶向控制定向凝固技术（五）晶向控制定向凝固技术自自 自自自自L双温度梯度技术双温度梯度技术籽晶技术籽晶技术TTTTTurn 90 30定向凝固技术与其他技术复合定向凝固技术与其他技术复合 （一）金属型离心定向凝固技术（一）金属型离心定向凝固技术313233（二）单晶连铸定向凝固（二）单晶连铸定向凝固3435（三）深过冷定向凝固石英管感应圈净化剂熔体激发源3637 Conventional DS SDS G0 G0定向凝固理论研究的发展趋势定向凝固理论研究的发展趋势从单相合金和共晶合金向偏晶合金和包晶合金转移从二元向多元合金发展

5、对流对凝固过程影响的定量描述从低温度梯度向高温度梯度发展相与组织的选择定向凝固过程中晶体择优取向与生长方向的关系定向凝固的模型化与数值模拟38平面状胞状胞状枝晶树枝状细化胞状平面状 IRF（V） max(Tp(V),Tc/d(V) 39 胞晶或树枝状共生共晶40TiAl包晶合金相选择图胞晶/枝晶平界面平界面胞晶/枝晶带状生长区ABDCFGIHLMOPQ4142 定向凝固TiAl合金宏观(a)及微观组织(b)(c) 4329/102/msKRG29/104/msKRG210/1056. 1/msKRGAl-InCu-Pb44包晶合金中包晶合金中 流动对组织的影响流动对组织的影响 (a)带状组织带状组织(b)岛状组织岛状组织(c)单一初生相单一初生相(d)共生组织共生组织(e)分散组织分散组织(f)树状组织树状组织4546V=15 mm/hV=5 mm/hFig. 3 The phase field sequences at four different pulling rates of 5mm/h, 15mm/h, 25mm/h, 95mm/h after a solidification time o