先进凝固技术1(西工大)

先进定向理论与技术第1章凝固的分类及其组织尺度

自然界中存在许多与凝固和熔化有关的现象；金属材料成为所用材料之前一般要经历一次或一次以上的凝固过程。

1953年B.Chalmers等人提出成分过冷判据建立定量的凝固科学；凝固科学与技术日益深入和丰富的内涵成为物理学科、化学学科、信息学科等众多学科交叉的研究点；利用凝固理论开发的凝固技术制备出的单晶涡轮叶片、半导体晶体、非晶、微晶等各种组织和性能的结构和功能材料正广泛应用航空、信息、通讯、汽车、能源等社会的各个方面；各种凝固新技术和工艺也正经成为制备新材料和发展高新技术的重要生长点。1前言1、宇宙的起源2、空气中烟的形成，大气变化；3、火山熔岩的凝结4、冰棒的制备单晶高温合金CMSX-2定向凝固界面形态共晶合金中的凝固组织铸件凝固中的组织示意图凝固是指液相冷却变化到固相的过程，是一个从各向同性变为各向异性的过程，涉及到一个液固界面自由边界的迁移，热量导出，溶质传递的过程。从相变的观点来看，其属于一级相变，有凝固潜热的发生。凝固研究涉及到“三传”、电势方程、应力和应变方程，界面演化的扰动方程等。凝固的尺度变化（原子尺度、微观尺度、介观尺度和宏观尺度）凝固的特征§1.1凝固模式

图1-1凝固结晶过程中涉及和需要考虑的各种物理过程凝固是自由界面迁移中的热和溶质传输的过程，也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的科学问题。

凝固的两种生长模式限制性生长非限制性生长凝固中晶体的生长过冷度

T

为整个系统的过冷度；

TC为界面前沿溶质分凝造成的成分过冷；

TE为弯曲界面和非平衡缺陷所造成的过冷；

TK为动力学过冷；

TT是热过冷。

(a)限制性生长(b)非限制性生长两种凝固生长模式中系统过冷度、温度与成分之间的关系

Constrainedgrowth(directionalsolidification)Planar(b)Cellular(c)DendriticTypicalregular(normal)interfacepatternobservedinDSTypicalirregularinterfacepatternobservedinDSTilteddendritc(b)Degnerate(c)Seaweed§1.2凝固中金属物性的变化及其组织尺度

图电阻率与温度相关曲线

图金属体积随温度变化曲线

动力学粘度与温度的变化关系

凝固组织尺度

1、我国制备的一些重要的晶体2、制备晶体的设备3、晶体加工的设备简介我国制备的一些非常重要的单晶体Bridgemanmethod提拉法直拉法(丘克拉斯基法)，Czochralshimethod(process)简称CZ）Czochralshicrystalpullingtechnique问题：1凝固过程这会涉及到哪些物理过程？2金属合金凝固可分为几种方式，它们分别与什么样的凝固工艺相对应，并标明各过冷度－成分之间的关系？参考文献[1]W.A.Tiller.TheScienceofCrystallization:MicroscopicInterfacialPhenomena,CambridgeUniversityPress，1991，p1~33[2]W.A.Tiller.TheScienceofCrystallization:MacroscopicPhenomenaandDefectGeneration,CambridgeUniversityPress，1991，p1~14[3]W.KurzandD.J.Fisher.毛协民，包冠乾等译.凝固原理，西北工业大学出版