液态金属深过冷与快速晶体生长研究

由西北工业大学魏炳波等完成

    该项目属于金属凝固科学领域的前沿课题,同时也是空间材料科学领域和液态物理领域的重要研究方向。经过13年(1989~2002)的系统研究,该项目在以下五个方面取得了显著的理论研究成果。

    1.声悬浮理论与实验研究。建立了单轴式声悬浮过程的参数化理论模型和优化设计方法;揭示出声悬浮性能与反射端几何参数的本征关系;发现了声悬浮条件下深过冷与快速凝固的动力学规律。

    2.深过冷热力学研究。对50种液态金属的过冷度进行系统研究;阐明了熔体过冷能力与形核机制和实验条件的相关规律;测定出多种深过冷熔体的热力学性质,指明了广为采用的Turnbull公式仅在小过冷范围适用。

    3.深过冷条件下晶体形核规律研究。揭示出“即使过冷度超过0.2Tm,液态金属仍然优先发生异质形核”的新规律;阐明了深过冷条件下共晶、偏晶和包晶合金的形核机制;发现声悬浮过程中液滴表面波动和超声空化效应均诱发异质形核。

    4.深过冷条件下快速晶体生长理论研究。阐明了快速枝晶生长的动力学规律;提出了快速共晶生长的理论机制;发现了快速偏晶凝固的相分离特征;揭示了快速凝固的相选择和组织演变规律;实现了金属间化合物的快速生长。

    5.微重力条件下快速凝固理论研究。发现了微重力效应和深过冷条件对快速凝固过程的耦合作用机制;揭示出微重力条件下由于自然对流和Stokes运动被抑制,而Marangoni对流发挥显著作用,从而使凝固组织形态和宏观偏析呈现新特征。

该项目在金属凝固科学领域开拓出一个“超常条件下材料凝固理论研究”的新学科方向,推动了金属凝固科学的发展。取得的理论成果达到当前国际先进水平,并且部分内容处于领先地位,已被国内外同行学者广泛引用。1999年以来,Nature杂志、Science杂志(网络版)、NASA Technical Memorandum、《中国COSPAR国家报告》以及美国、德国、荷兰和意大利等国的六个著名科技网站纷纷发表专题评论,该项目受到国际学术界的重视和肯定。

 


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