先進凝固技術1(西工大)課件

1、先進定向理論與技術第1章 凝固的分類及其組織尺度 自然界中存在許多與凝固和熔化有關的現(xiàn)象； 金屬材料成為所用材料之前一般要經(jīng)歷一次或一次以上的凝固過程。 1953年B.Chalmers等人提出成分過冷判據(jù)建立定量的凝固科學；凝固科學與技術日益深入和豐富的內(nèi)涵成為物理學科、化學學科、信 息學科等眾多學科交叉的研究點；利用凝固理論開發(fā)的凝固技術制備出的單晶渦輪葉片、半導體晶體、非晶、微晶等各種組織和性能的結(jié)構和功能材料正廣泛應用航空、信息、通訊、汽車、能源等社會的各個方面；各種凝固新技術和工藝也正經(jīng)成為制備新材料和發(fā)展高新技術的重要 生長點。1 前言1、宇宙的起源2、空氣中煙的形成，大氣變化；3、

2、火山熔巖的凝結(jié)4、冰棒的制備單晶高溫合金CMSX-2定向凝固界面形態(tài)鑄件凝固中的組織示意圖凝固是指液相冷卻變化到固相的過程，是一 個從各向同性變?yōu)楦飨虍愋缘倪^程，涉及到一個液固界面自由邊界的遷移，熱量導出，溶質(zhì)傳遞的過程。從相變的觀點來看，其屬于一級相變，有凝固潛熱的發(fā)生。 凝固研究涉及到“三傳”、電勢方程、應力和應變方程，界面演化的擾動方程等。凝固的尺度變化（原子尺度、微觀尺度、介觀尺度和宏觀尺度）凝固的特征1.1 凝固模式 圖1-1 凝固結(jié)晶過程中涉及和需要考慮的各種物理過程 凝固是自由界面遷移中的熱和溶質(zhì)傳輸?shù)倪^程，也是一個耦合擴散、熱力學非平衡、結(jié)晶各向異性和對流多物理場作用的科學問題

3、。 凝固中晶體的生長過冷度T為整個系統(tǒng)的過冷度；TC為界面前沿溶質(zhì)分凝造成的成分過冷；TE為彎曲界面和非平衡缺陷所造成的過冷；TK為動力學過冷；TT是熱過冷。 Constrained growth (directional solidification)Planar (b) Cellular (c) DendriticTypical regular (normal) interface pattern observed in DSTypical irregular interface pattern observed in DSTilted dendritc (b) Degnerate (c)

4、 Seaweed動力學粘度與溫度的變化關系 凝固組織尺度 我國制備的一些非常重要的單晶體Bridgeman method提拉法直拉法(丘克拉斯基法)，Czochralshi method(process) 簡稱CZ）Czochralshi crystal pulling technique問題：1 凝固過程這會涉及到哪些物理過程？2 金屬合金凝固可分為幾種方式，它們分別與什么樣的凝固 工藝相對應，并標明各過冷度成分之間的關系？ 參考文獻1W.A.Tiller. The Science of Crystallization: Microscopic Interfacial Phenomena, Cambridge University Press，1991，p1332W.A.Tiller. The Science of Crystallization: Macroscopic Phenomena and Defect Generation, Cambridge University Press，1991，p1143W.Kurz and D.J. Fisher. 毛協(xié)民，包冠乾等譯. 凝固原理，西北工業(yè)大學