凝固成形技术.ppt

材料加工新技术与新工艺材料加工新技术与新工艺材料加工新技术与新工艺材料加工新技术与新工艺材料加工工程专业硕士研究生课程材料加工工程专业硕士研究生课程主讲教师：主讲教师：卢德宏卢德宏 教授教授昆明理工大学材料学院昆明理工大学材料学院昆明理工大学材料学院昆明理工大学材料学院Kunming University of Science and Technology2 2 凝固成形技术凝固成形技术2.1 2.1 快速凝固技术快速凝固技术2.2 2.2 定向凝固技术定向凝固技术Kunming University of Science and Technology2.1 2.1 快速凝固技术快速凝固技术2.1.1 概述概述2.1.2 实现快速凝固的条件实现快速凝固的条件2.1.3 线材快速凝固成形线材快速凝固成形2.1.4 带材快速凝固成形带材快速凝固成形2.1.5 体材料快速凝固成形体材料快速凝固成形Kunming University of Science and Technology（（（（1 1））））快速凝固技术的历史快速凝固技术的历史 1960年年，，杜杜韦韦兹兹（（Duwez））首首先先创创立立了了一一种种新新型型合合金金的的冶冶金金技技术术  “枪枪”式式急急冷冷凝凝固固技技术术。

该该技技术术特特点点：：设设法法将将金金属属熔熔体体分分割割成成尺尺寸寸很很小小的的熔熔滴滴，，减减小小熔熔滴滴体体积积和和熔熔滴滴散散热热面面积积之之比比，，从从而而使使熔熔滴滴被被冷冷却却介介质质迅迅速速冷冷却却而而凝凝固固如如杜杜韦韦兹兹制制取取Au-Si非非晶晶态态合合金金时时，，凝凝固固的的冷冷却却速速度度高高达达106 109K/s，，过过冷冷度度高高达达102K数数量量级级，，相相应应的的凝凝固固速速度度可可达达10 102cm/s，，这这种种冷冷却却速速度度、、过冷度和凝固速度是常规凝固技术所无法达到的过冷度和凝固速度是常规凝固技术所无法达到的  自自从从杜杜韦韦兹兹1960年年创创立立快快速速凝凝固固技技术术以以来来，，这这一一技技术术已已经经不不断断完完善善和和系系统统化，并逐步由实验室研究转向商业生产化，并逐步由实验室研究转向商业生产 快快速速凝凝固固技技术术研研究究已已经经经经历历了了三三个个发发展展阶阶段段：：1960年年代代的的非非晶晶态态急急冷冷合合金金研研究究、、1970年年代代的的快快速速凝凝固固晶晶态态合合金金研研究究和和1980年年代代以以后后的的准准晶晶态态/非非晶晶合合金金研究。

研究 自自1973年年以以后后，，全全世世界界每每年年与与快快速速凝凝固固技技术术或或合合金金有有关关的的论论文文数数量量呈呈指指数数上升；到上升；到1985年，每年发表的有关论文已达年，每年发表的有关论文已达1000余篇 已已经经召召开开了了6次次急急冷冷金金属属国国际际会会议议和和3次次快快速速凝凝固固国国际际会会议议；；1985年年，，快快速速凝凝固学术期刊固学术期刊“Int. J Rapid Solidification”创刊创刊2.1.1 概述概述Kunming University of Science and Technology 定定定定义义义义：：：：快快快快速速速速凝凝凝凝固固固固是是是是通通通通过过过过合合合合金金金金熔熔熔熔体体体体的的的的快快快快速速速速冷冷冷冷却却却却或或或或遏遏遏遏制制制制其其其其非非非非均均均均匀匀匀匀形形形形核核核核，，，，使使使使合合合合金金金金在在在在很很很很大大大大的的的的过过过过冷冷冷冷度度度度下下下下发发发发生生生生高高高高生生生生长长长长速速速速率率率率的的的的凝凝凝凝固固固固，，，，由由由由液液液液相相相相到到到到固固固固相相相相的的的的相相相相变变变变过过过过程程程程进进进进行行行行得得得得非非非非常常常常快快快快，，，，从从从从而而而而获获获获得得得得普普普普通通通通铸铸铸铸件件件件和和和和铸铸铸铸锭锭锭锭无无无无法法法法获获获获得得得得的的的的成成成成分分分分、、、、相相相相结结结结构构构构和和和和显显显显微微微微结结结结构构构构的的的的过过过过程程程程。

可可可可制制制制备备备备非非非非晶、准晶、微晶和纳米晶合金晶、准晶、微晶和纳米晶合金晶、准晶、微晶和纳米晶合金晶、准晶、微晶和纳米晶合金特点：特点：特点：特点：u 冷却速率冷却速率冷却速率冷却速率>10>103 3~10~104 4 k/sk/s，最高可达，最高可达，最高可达，最高可达10106 6~10~109 9 k/sk/s u 高生长速率高生长速率高生长速率高生长速率>1>1～～～～100cm/s100cm/s2 2 2 2）快速凝固的定义及特点）快速凝固的定义及特点）快速凝固的定义及特点）快速凝固的定义及特点Kunming University of Science and Technology普通铸造与快速凝固的普通铸造与快速凝固的冷却速率冷却速率冷却速率冷却速率与试样尺寸与试样尺寸枝晶间距枝晶间距枝晶间距枝晶间距、、生长速率之间的对比生长速率之间的对比普通铸造快速凝固快速凝固所获得的试样尺寸d/mm冷却速率 k/sk/s103 102 101 10-1 10-2 10-310-4 10-2 1 102104 106 108 1010枝晶间距 μm103 230 50 102.3 0.5 0.1 0.02端面生长速率mm/s110 102 103 104Kunming University of Science and Technology（（（（3 3 3 3）快速凝固）快速凝固）快速凝固）快速凝固组织组织组织组织的特征的特征的特征的特征 1 1））））偏偏偏偏析析析析形形形形成成成成倾倾倾倾向向向向减减减减小小小小。

随随随随着着着着凝凝凝凝固固固固速速速速度度度度的的的的增增增增大大大大，，，，溶溶溶溶质质质质的的的的分分分分配配配配系系系系数数数数将将将将偏偏偏偏离离离离平平平平衡衡衡衡，，，，实实实实际际际际溶溶溶溶质质质质分分分分配配配配系系系系数数数数总总总总是是是是随随随随着着着着凝凝凝凝固固固固速速速速度度度度的的的的增增增增大大大大趋趋趋趋势势势势近近近近于于于于1 1，，，，偏偏偏偏析析析析倾向减小倾向减小倾向减小倾向减小2 2））））形形形形成成成成非非非非平平平平衡衡衡衡相相相相在在在在快快快快速速速速凝凝凝凝固固固固条条条条件件件件下下下下，，，，平平平平衡衡衡衡相相相相的的的的析析析析出出出出被被被被抑抑抑抑制制制制，，，，常常常常析析析析出出出出非平衡的亚稳定相非平衡的亚稳定相非平衡的亚稳定相非平衡的亚稳定相4 4））））细细细细化化化化凝凝凝凝固固固固组组组组织织织织大大大大的的的的冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度不不不不仅仅仅仅可可可可细细细细化化化化枝枝枝枝晶晶晶晶，，，，而而而而且且且且由由由由于于于于形形形形核核核核速速速速度度度度的的的的增增增增大大大大而而而而使使使使晶晶晶晶粒粒粒粒细细细细化化化化。

随随随随着着着着冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度的的的的增增增增大大大大，，，，晶晶晶晶粒粒粒粒尺尺尺尺寸寸寸寸减减减减小小小小，，，，可可可可获得获得获得获得微晶乃至纳米晶微晶乃至纳米晶微晶乃至纳米晶微晶乃至纳米晶3 3））））析析析析出出出出相相相相的的的的结结结结构构构构发发发发生生生生变变变变化化化化大大大大的的的的冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度可可可可使使使使析析析析出出出出相相相相的的的的结结结结构构构构发发发发生生生生变变变变化化化化，，，，某些相同成分的合金在不同冷却速度下可获得完全不同的组织某些相同成分的合金在不同冷却速度下可获得完全不同的组织某些相同成分的合金在不同冷却速度下可获得完全不同的组织某些相同成分的合金在不同冷却速度下可获得完全不同的组织5 5））））形形形形成成成成非非非非晶晶晶晶态态态态当当当当过过过过冷冷冷冷度度度度极极极极大大大大时时时时，，，，结结结结晶晶晶晶过过过过程程程程将将将将被被被被完完完完全全全全抑抑抑抑制制制制，，，，从从从从而而而而获获获获得得得得非晶态固体非晶态固体非晶态固体非晶态固体Kunming University of Science and Technology（（（（4 4）快速凝固组织的用途）快速凝固组织的用途）快速凝固组织的用途）快速凝固组织的用途1 1）获得新的凝固组织，开发新材料。

获得新的凝固组织，开发新材料获得新的凝固组织，开发新材料获得新的凝固组织，开发新材料2 2）制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料3 3）简化制备程序，实现近终形成形简化制备程序，实现近终形成形简化制备程序，实现近终形成形简化制备程序，实现近终形成形扩大亚稳固溶度扩大亚稳固溶度发现新的亚稳相发现新的亚稳相生成微晶、纳米晶、生成微晶、纳米晶、 准晶、非晶准晶、非晶无偏析材料无偏析材料 提高强度提高强度 提高塑性提高塑性提高耐磨性提高耐磨性提高耐蚀性提高耐蚀性提高磁性能提高磁性能提高触媒效率提高触媒效率Kunming University of Science and Technologyu铁基非晶合金如铁硅合金，具有高饱和磁通密度 、低铁损、低密度和价廉等优点，是制造航空变压器较理想的铁芯材料 Kunming University of Science and Technology2.1.2 实现快速凝固的条件实现快速凝固的条件 两种典型凝固方式：两种典型凝固方式：两种典型凝固方式：两种典型凝固方式： 定定定定向向向向凝凝凝凝固固固固：：：：通通通通过过过过维维维维持持持持一一一一维维维维传传传传导导导导使使使使凝凝凝凝固固固固界面界面界面界面沿逆热流方向推进，完成凝固。

沿逆热流方向推进，完成凝固沿逆热流方向推进，完成凝固沿逆热流方向推进，完成凝固 体体体体积积积积凝凝凝凝固固固固：：：：通通通通过过过过对对对对凝凝凝凝固固固固系系系系统统统统缓缓缓缓慢慢慢慢冷冷冷冷却却却却，，，，使使使使液液液液相相相相和和和和固固固固相相相相降降降降温温温温释释释释放放放放的的的的物物物物理理理理热热热热和和和和结结结结晶晶晶晶潜潜潜潜热热热热向向向向四四四四周周周周散散散散失失失失，，，，凝凝凝凝固固固固在在在在整整整整个个个个液液液液相相相相中中中中进进进进行行行行，，，，并并并并随随随随着着着着固固固固相相相相分分分分数数数数的的的的持持持持续续续续增增增增大大大大完完完完成成成成凝凝凝凝固过程凝固过程的传热凝固过程的传热凝固过程的传热凝固过程的传热Kunming University of Science and Technology2.1.2 实现快速凝固的条件实现快速凝固的条件 动动动动力力力力学学学学急急急急冷冷冷冷法法法法提提提提高高高高熔熔熔熔体体体体凝凝凝凝固固固固时时时时的的的的传传传传热热热热速速速速率率率率，，，，从从从从而而而而提提提提高高高高凝凝凝凝固固固固时时时时的的的的冷冷冷冷速速速速，，，，使使使使熔熔熔熔体体体体形形形形核核核核时时时时间间间间极极极极短短短短，，，，来来来来不不不不及及及及在在在在平平平平衡衡衡衡熔熔熔熔点点点点附附附附近近近近凝凝凝凝固固固固而而而而只只只只能能能能在在在在远远远远离离离离平平平平衡衡衡衡熔熔熔熔点点点点的的的的较较较较低低低低温温温温度度度度凝凝凝凝固固固固，，，，因而具有很大的因而具有很大的因而具有很大的因而具有很大的凝固过冷度和凝固速率凝固过冷度和凝固速率凝固过冷度和凝固速率凝固过冷度和凝固速率。

快快快快速速速速凝凝凝凝固固固固技技技技术术术术的的的的核核核核心心心心是是是是要要要要提提提提高高高高凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程中中中中熔熔熔熔体体体体的的的的冷冷冷冷速速速速，，，，使使使使金金金金属属属属或或或或合合合合金金金金在在在在冷冷冷冷却却却却过过过过程程程程中中中中来来来来不不不不及及及及形形形形核核核核和和和和长长长长大大大大，，，，即从即从即从即从动力学动力学动力学动力学方面抑制晶体的形成方面抑制晶体的形成方面抑制晶体的形成方面抑制晶体的形成1 1 1 1）快速冷却（动力学急冷法））快速冷却（动力学急冷法））快速冷却（动力学急冷法））快速冷却（动力学急冷法）Kunming University of Science and Technology 单向凝固速度的计算公式：单向凝固速度的计算公式：单向凝固速度的计算公式：单向凝固速度的计算公式： 单向凝固速度与导热条件的关系单向凝固速度与导热条件的关系单向凝固速度与导热条件的关系单向凝固速度与导热条件的关系vs 凝固速度凝固速度  s固相热导率固相热导率Tk 凝固界面温度凝固界面温度 Ti铸件与铸型界面温度铸件与铸型界面温度  凝固层厚度凝固层厚度  s固相密度固相密度 h结晶潜热结晶潜热一方面，选用热导率大的铸型材料或对铸型强制冷却，可以降低铸型与一方面，选用热导率大的铸型材料或对铸型强制冷却，可以降低铸型与铸件界面温度铸件界面温度Ti , 从而提高凝固速度；从而提高凝固速度；另一方面，凝固层内部热阻随凝固层厚度的增大而迅速提高，导致凝固另一方面，凝固层内部热阻随凝固层厚度的增大而迅速提高，导致凝固速度下降。

速度下降 ））Kunming University of Science and Technology● ●减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热; ;● ●提提提提高高高高凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程中中中中的的的的传传传传热热热热速速速速率率率率（（（（使使使使用用用用激激激激冷冷冷冷铸铸铸铸型型型型，，，，减减减减小小小小凝凝凝凝固层热阻）固层热阻）固层热阻）固层热阻） 实现快速冷却的途径实现快速冷却的途径实现快速冷却的途径实现快速冷却的途径Kunming University of Science and Technology动力学急冷快速凝固技术分类动力学急冷快速凝固技术分类动力学急冷快速凝固技术分类动力学急冷快速凝固技术分类根据熔体分离和冷却方式不同：根据熔体分离和冷却方式不同：雾雾化化技技术术：：是是指指采采用用某某种种措措施施将将熔熔体体分分离离雾雾化化，，同同时时通通过过对流的方式冷凝对流的方式冷凝模模冷冷技技术术：：首首先先将将熔熔体体分分离离成成连连续续或或不不连连续续的的、、界界面面尺尺寸寸很很小小的的熔熔体体流流，，然然后后使使熔熔体体流流与与旋旋转转或或固固定定的的、、导导热热好好的冷模或基底迅速接触而冷却凝固。

的冷模或基底迅速接触而冷却凝固表表面面熔熔化化与与沉沉积积技技术术：：用用高高密密度度能能束束扫扫描描工工件件表表面面使使其其表表面面熔熔化化或或把把熔熔滴滴喷喷射射到到工工件件的的表表面面，，然然后后通通过过熔熔体体或或熔熔滴向工件或基底内部迅速传热而冷却凝固滴向工件或基底内部迅速传热而冷却凝固Kunming University of Science and Technology 在在在在雾雾雾雾化化化化法法法法、、、、单单单单辊辊辊辊法法法法、、、、双双双双辊辊辊辊法法法法、、、、旋旋旋旋转转转转圆圆圆圆盘盘盘盘法法法法及及及及纺纺纺纺线线线线法法法法等等等等制制制制备备备备非非非非晶晶晶晶、、、、微微微微晶晶晶晶材材材材料料料料制制制制备备备备过过过过程程程程中中中中，，，，试试试试件件件件的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸都都都都很很很很小小小小，，，，故故故故凝凝凝凝固固固固层层层层内内内内部部部部热热热热阻阻阻阻可可可可以以以以忽忽忽忽略略略略（（（（即即即即温温温温度度度度均均均均匀匀匀匀）））），，，，界界界界面面面面散散散散热热热热成成成成为为为为主主主主要要要要控控控控制制制制环环环环节节节节。

通通通通过过过过增增增增大大大大散散散散热热热热强强强强度度度度，，，，使液态金属以极快的速度降温，可实现快速凝固使液态金属以极快的速度降温，可实现快速凝固使液态金属以极快的速度降温，可实现快速凝固使液态金属以极快的速度降温，可实现快速凝固 受试样受试样受试样受试样内部热阻内部热阻内部热阻内部热阻的限制，快冷法只能在薄膜、的限制，快冷法只能在薄膜、的限制，快冷法只能在薄膜、的限制，快冷法只能在薄膜、细线及小尺寸颗粒中实现细线及小尺寸颗粒中实现细线及小尺寸颗粒中实现细线及小尺寸颗粒中实现思思思思考考考考题题题题：：：：了了了了解解解解雾雾雾雾化化化化法法法法、、、、单单单单辊辊辊辊法法法法、、、、双双双双辊辊辊辊法法法法、、、、旋旋旋旋转转转转圆圆圆圆盘盘盘盘法法法法及纺线法等快速凝固技术的原理、特点及用途及纺线法等快速凝固技术的原理、特点及用途及纺线法等快速凝固技术的原理、特点及用途及纺线法等快速凝固技术的原理、特点及用途Kunming University of Science and Technology（（（（2 2 2 2）热力学深过冷（大过冷技术））热力学深过冷（大过冷技术））热力学深过冷（大过冷技术））热力学深过冷（大过冷技术） 针针针针对对对对通通通通常常常常铸铸铸铸造造造造合合合合金金金金都都都都是是是是在在在在非非非非均均均均匀匀匀匀形形形形核核核核条条条条件件件件下下下下凝凝凝凝固固固固，，，，因因因因而而而而使使使使合合合合金金金金凝凝凝凝固固固固的的的的过过过过冷冷冷冷度度度度极极极极小小小小的的的的问问问问题题题题，，，，设设设设法法法法提提提提供供供供近近近近似似似似均均均均匀匀匀匀形形形形核核核核的的的的条条条条件件件件。

即即即即通通通通过过过过各各各各种种种种有有有有效效效效的的的的净净净净化化化化手手手手段段段段避避避避免免免免或或或或消消消消除除除除熔熔熔熔体体体体的的的的异异异异质质质质晶晶晶晶核核核核的的的的形形形形核核核核作作作作用用用用，，，，增增增增加加加加临临临临界界界界形形形形核核核核功功功功抑抑抑抑制制制制均均均均质质质质形形形形核核核核作作作作用用用用，，，，使使使使熔熔熔熔体体体体获获获获得得得得常常常常规规规规凝凝凝凝固固固固条条条条件件件件下下下下难难难难以以以以达达达达到到到到的的的的过过过过冷冷冷冷度度度度在在在在这这这这种种种种条条条条件件件件下下下下凝凝凝凝固固固固时时时时，，，，尽尽尽尽管管管管冷冷冷冷速速速速不不不不高高高高但但但但同同同同样样样样也也也也能能能能达达达达到到到到很很很很大大大大的的的的凝凝凝凝固固固固过过过过冷冷冷冷度度度度，，，，从从从从而而而而提提提提高高高高凝凝凝凝固固固固速速速速率率率率热热热热力力力力学学学学深深深深过过过过冷冷冷冷技技技技术术术术不不不不受受受受散散散散热热热热条条条条件件件件制制制制约约约约，，，，获获获获得得得得亚亚亚亚稳稳稳稳组组组组织织织织，，，，不不不不受受受受熔熔熔熔体体体体体体体体积积积积限限限限制制制制，，，，实实实实现现现现三三三三维大体积快速凝固。

维大体积快速凝固维大体积快速凝固维大体积快速凝固Kunming University of Science and Technology 消除金属熔体内部形核媒质消除金属熔体内部形核媒质  分离熔体为熔滴分离熔体为熔滴；；；；通通通通过过过过各各各各种种种种有有有有效效效效的的的的净净净净化化化化手手手手段段段段避避避避免免免免或或或或消消消消除除除除金金金金属属属属或或或或合合合合金金金金液液液液中中中中的的的的异异异异质质质质晶晶晶晶核核核核的的的的形形形形核核核核作作作作用用用用，，，，增增增增加加加加临临临临界界界界形形形形核核核核功功功功、、、、抑抑抑抑制制制制均均均均质质质质形形形形核核核核作作作作用用用用，，，，使使使使得得得得液液液液态态态态金金金金属属属属或或或或合合合合金金金金获获获获得得得得在在在在常常常常规规规规凝凝凝凝固固固固条条条条件件件件下难以达到的过冷度下难以达到的过冷度下难以达到的过冷度下难以达到的过冷度实现大过冷技术的途径实现大过冷技术的途径实现大过冷技术的途径实现大过冷技术的途径 消除容器壁的形核媒质消除容器壁的形核媒质  金属熔体与容器壁分离金属熔体与容器壁分离。

热力学深过冷的原理热力学深过冷的原理热力学深过冷的原理热力学深过冷的原理Kunming University of Science and Technology 深深深深过过过过冷冷冷冷技技技技术术术术不不不不受受受受外外外外界界界界散散散散热热热热条条条条件件件件的的的的制制制制约约约约，，，，可可可可以以以以在在在在慢慢慢慢速速速速冷冷冷冷却却却却条条条条件件件件下下下下获获获获得得得得各各各各种种种种稳稳稳稳定定定定或或或或亚亚亚亚稳稳稳稳组组组组织织织织，，，，而而而而不不不不受受受受熔熔熔熔体体体体体体体体积积积积的的的的限限限限制制制制，，，，是是是是实实实实现现现现三三三三维维维维大大大大体体体体积积积积液态金属或合金快速凝固的液态金属或合金快速凝固的液态金属或合金快速凝固的液态金属或合金快速凝固的唯一唯一唯一唯一有效手段有效手段有效手段有效手段Kunming University of Science and Technology2.1.3 2.1.3 线材快速凝固成形线材快速凝固成形 目前，比较成熟的金属线材快速凝固技术包括：目前，比较成熟的金属线材快速凝固技术包括：目前，比较成熟的金属线材快速凝固技术包括：目前，比较成熟的金属线材快速凝固技术包括： 玻璃包覆熔融纺线法玻璃包覆熔融纺线法玻璃包覆熔融纺线法玻璃包覆熔融纺线法 合金熔液注入快冷法合金熔液注入快冷法合金熔液注入快冷法合金熔液注入快冷法 旋转水纺线法旋转水纺线法旋转水纺线法旋转水纺线法 传送带法传送带法传送带法传送带法 快快快快速速速速凝凝凝凝固固固固方方方方法法法法制制制制备备备备非非非非晶晶晶晶合合合合金金金金线线线线材材材材的的的的关关关关键键键键在在在在于于于于：：：：首首首首先先先先是是是是获获获获得得得得细细细细而而而而稳稳稳稳定定定定的的的的溶溶溶溶液液液液流流流流柱柱柱柱，，，，其其其其次次次次是是是是采采采采用用用用一一一一定定定定的的的的冷冷冷冷却却却却介介介介质质质质对对对对该该该该熔熔熔熔液液液液流流流流柱柱柱柱进进进进行行行行激激激激冷，对于连续生产，还要实现线材的连续卷取。

冷，对于连续生产，还要实现线材的连续卷取冷，对于连续生产，还要实现线材的连续卷取冷，对于连续生产，还要实现线材的连续卷取 注注注注意意意意了了了了解解解解各各各各种种种种方方方方法法法法的的的的原原原原理理理理、、、、制制制制造造造造材材材材料料料料的的的的形形形形态态态态、、、、尺尺尺尺寸寸寸寸、、、、铸铸铸铸造造造造速速速速度度度度、、、、材料种类等材料种类等材料种类等材料种类等Kunming University of Science and Technology合金棒或小块合金棒或小块（（（（1 1）玻璃包覆熔融纺线法）玻璃包覆熔融纺线法）玻璃包覆熔融纺线法）玻璃包覆熔融纺线法玻璃管玻璃管毛细玻璃管毛细玻璃管抽真空抽真空充入惰性气体充入惰性气体感应加热感应加热熔化合金熔化合金玻璃包覆线材玻璃包覆线材玻璃包覆纺线法快速凝固原理图玻璃包覆纺线法快速凝固原理图玻璃包覆纺线法快速凝固原理图玻璃包覆纺线法快速凝固原理图Kunming University of Science and Technology 该该该该方方方方法法法法由由由由TaylorTaylor提提提提出出出出，，，，又又又又称称称称TaylorTaylor法法法法，，，，通通通通过过过过控控控控制制制制抽抽抽抽拉拉拉拉速速速速度度度度可可可可以以以以获获获获得得得得2 2～～～～20μm20μm的的的的细细细细线线线线，，，，其其其其冷冷冷冷却却却却速速速速度可达度可达度可达度可达10105 5~10~106 6 K/s K/s。

该该该该方方方方法法法法主主主主要要要要用用用用于于于于非非非非晶晶晶晶态态态态纯纯纯纯金金金金属属属属（（（（CuCu、、、、AuAu、、、、AgAg、、、、FeFe等）线材和等）线材和等）线材和等）线材和NiNi基高温合金线材的制备基高温合金线材的制备基高温合金线材的制备基高温合金线材的制备Kunming University of Science and Technology采用玻璃包覆熔融纺线法制备非晶合金丝材的技术关键采用玻璃包覆熔融纺线法制备非晶合金丝材的技术关键采用玻璃包覆熔融纺线法制备非晶合金丝材的技术关键采用玻璃包覆熔融纺线法制备非晶合金丝材的技术关键1 1））））玻玻玻玻璃璃璃璃选选选选材材材材玻玻玻玻璃璃璃璃软软软软化化化化温温温温度度度度应应应应高高高高出出出出被被被被包包包包覆覆覆覆材材材材料料料料熔熔熔熔点点点点100100～～～～200K200K；；；；玻玻玻玻璃璃璃璃管管管管的的的的外外外外径径径径和和和和壁壁壁壁厚厚厚厚分分分分别别别别为为为为9 9～～～～12mm12mm和和和和1.0 1.0 ～～～～ 1.2mm1.2mm较适宜。

较适宜2 2））））保护气氛保护气氛保护气氛保护气氛充入充入充入充入ArAr气，气压－气，气压－气，气压－气，气压－0.10.1～～～～0.05 0.05 MPaMPa3 3））））加热加热温度最好高出合金熔点加热温度最好高出合金熔点加热温度最好高出合金熔点加热温度最好高出合金熔点300300～～～～400K400K4 4））））冷冷冷冷却却却却一一一一般般般般要要要要求求求求冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度大大大大于于于于10104 4 K/s K/s ，，，，最最最最好好好好为为为为10105 5~10~106 6 K/sK/sKunming University of Science and Technology合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液（（（（2 2 2 2）合金熔液注入快冷法）合金熔液注入快冷法）合金熔液注入快冷法）合金熔液注入快冷法喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴冷却液冷却液冷却液冷却液导流管导流管导流管导流管快速凝固线材快速凝固线材快速凝固线材快速凝固线材KaveshKavesh法线材快速凝固原理图法线材快速凝固原理图法线材快速凝固原理图法线材快速凝固原理图3 32 21,71,7Kunming University of Science and Technology采用合金熔液注入快冷法的主要控制环节采用合金熔液注入快冷法的主要控制环节采用合金熔液注入快冷法的主要控制环节采用合金熔液注入快冷法的主要控制环节1 1）合金熔液的流动速度必须与冷却液的流动速度相匹配。

合金熔液的流动速度必须与冷却液的流动速度相匹配合金熔液的流动速度必须与冷却液的流动速度相匹配合金熔液的流动速度必须与冷却液的流动速度相匹配2 2）保证导流管中的液流平稳，不发生紊流保证导流管中的液流平稳，不发生紊流保证导流管中的液流平稳，不发生紊流保证导流管中的液流平稳，不发生紊流3 3））））精精精精确确确确控控控控制制制制合合合合金金金金熔熔熔熔液液液液的的的的温温温温度度度度，，，，通通通通常常常常应应应应使使使使合合合合金金金金熔熔熔熔液液液液的的的的过过过过热热热热度度度度维持在维持在维持在维持在5050～～～～100K100K4 4））））精精精精确确确确控控控控制制制制合合合合金金金金熔熔熔熔液液液液从从从从喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴的的的的喷喷喷喷射射射射口口口口导导导导冷冷冷冷却却却却液液液液面面面面之之之之间间间间的的的的自自自自由飞行距离，其典型值为由飞行距离，其典型值为由飞行距离，其典型值为由飞行距离，其典型值为2.62.6～～～～5mm5mmKunming University of Science and Technology 由由由由于于于于导导导导流流流流管管管管中中中中液液液液流流流流稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的控控控控制制制制困困困困难难难难，，，，冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度相相相相对对对对较较较较低低低低，，，，生生生生产产产产率率率率也也也也较较较较低低低低，，，，很很很很难难难难形形形形成成成成大大大大规规规规模模模模生生生生产产产产能力。

能力合金熔液注入快冷法已经应用于多种合金细线的合金熔液注入快冷法已经应用于多种合金细线的合金熔液注入快冷法已经应用于多种合金细线的合金熔液注入快冷法已经应用于多种合金细线的制备，包括制备，包括制备，包括制备，包括FeFe－－－－C C－－－－SiSi合金、纯锌和纯银，以及合金、纯锌和纯银，以及合金、纯锌和纯银，以及合金、纯锌和纯银，以及非晶态非晶态非晶态非晶态FeFe－－－－NiNi－－－－CrCr－－－－P P－－－－B B和和和和FeFe－－－－NiNi－－－－P P－－－－C C－－－－AlAl合金Kunming University of Science and Technology（（（（3 3）旋转水纺线法）旋转水纺线法）旋转水纺线法）旋转水纺线法旋转水纺线法线材快速凝固原理图旋转水纺线法线材快速凝固原理图旋转水纺线法线材快速凝固原理图旋转水纺线法线材快速凝固原理图冷却水冷却水冷却水冷却水旋转鼓旋转鼓旋转鼓旋转鼓环形水池环形水池环形水池环形水池合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液快速凝固线材快速凝固线材快速凝固线材快速凝固线材2 21 1Kunming University of Science and Technology可以实现连续生产。

可以实现连续生产可以实现连续生产可以实现连续生产Kunming University of Science and Technology（（（（4 4）传送带法）传送带法）传送带法）传送带法冷却水冷却水冷却水冷却水传送带传送带传送带传送带传送带上传送带上传送带上传送带上冷却水冷却水冷却水冷却水合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液快速凝固线材快速凝固线材快速凝固线材快速凝固线材1 12 2传送带法线材快速凝固原理图传送带法线材快速凝固原理图传送带法线材快速凝固原理图传送带法线材快速凝固原理图卷取机构卷取机构卷取机构卷取机构Kunming University of Science and Technology（（（（1 1 1 1）单辊法）单辊法）单辊法）单辊法 熔体甩出法熔体甩出法熔体甩出法熔体甩出法2.1.4 2.1.4 带材快速凝固成形带材快速凝固成形自由喷射自由喷射甩出法甩出法喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴喷枪喷射喷枪喷射喷枪喷射喷枪喷射合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材激冷辊激冷辊激冷辊激冷辊平流平流铸造法铸造法喷嘴离单喷嘴离单喷嘴离单喷嘴离单辊辊辊辊 距距距距 离离离离 较较较较远远远远喷嘴离单喷嘴离单喷嘴离单喷嘴离单辊辊辊辊 距距距距 离离离离 很很很很近近近近Kunming University of Science and Technology单单单单辊辊辊辊法法法法线线线线速速速速度度度度为为为为1010～～～～60 60 m/sm/s（（（（其其其其中中中中以以以以2020～～～～30 30 m/sm/s居居居居多多多多）））），，，，冷冷冷冷却却却却速速速速度度度度为为为为10104 4～～～～10107 7 K/sK/s，，，，制制制制得得得得薄带的厚度为薄带的厚度为薄带的厚度为薄带的厚度为1010～～～～100μm100μm。

单单单单辊辊辊辊法法法法线线线线中中中中当当当当薄薄薄薄带带带带宽宽宽宽度度度度小小小小于于于于5 5 mmmm时时时时采采采采用用用用圆圆圆圆形形形形喷喷喷喷嘴，更宽时采用狭缝喷嘴嘴，更宽时采用狭缝喷嘴嘴，更宽时采用狭缝喷嘴嘴，更宽时采用狭缝喷嘴Kunming University of Science and Technology制备宽制备宽制备宽制备宽300mm300mm左右的左右的左右的左右的薄带制备制备复合复合带材带材Kunming University of Science and Technology非晶合金带材生产线示意图非晶合金带材生产线示意图非晶合金带材生产线示意图非晶合金带材生产线示意图Kunming University of Science and Technology（（（（2 2 2 2）双辊法）双辊法）双辊法）双辊法双辊法快速凝固原理图双辊法快速凝固原理图双辊法快速凝固原理图双辊法快速凝固原理图喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴喷枪喷射喷枪喷射喷枪喷射喷枪喷射合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材轧辊轧辊轧辊轧辊轧辊轧辊轧辊轧辊反向高速旋转反向高速旋转反向高速旋转反向高速旋转Kunming University of Science and Technology薄带坯铸轧原理图薄带坯铸轧原理图薄带坯铸轧原理图薄带坯铸轧原理图Kunming University of Science and Technology 以以以以双双双双辊辊辊辊法法法法为为为为基基基基础础础础的的的的复复复复合合合合带带带带材材材材快快快快速速速速凝凝凝凝固固固固制制制制备备备备技术技术技术技术预制带材预制带材预制带材预制带材复合带材复合带材复合带材复合带材一个冷却辊一个冷却辊一个冷却辊一个冷却辊双辊双辊双辊双辊合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液Kunming University of Science and Technology（（（（3 3 3 3）溢流法）溢流法）溢流法）溢流法溢流法快速凝固原理图溢流法快速凝固原理图溢流法快速凝固原理图溢流法快速凝固原理图特制坩锅特制坩锅特制坩锅特制坩锅边沿溢出边沿溢出边沿溢出边沿溢出合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材薄膜薄膜薄膜薄膜高速旋转单辊高速旋转单辊高速旋转单辊高速旋转单辊钛合金薄带钛合金薄带钛合金薄带钛合金薄带Kunming University of Science and Technology具具具具有有有有更更更更好好好好的的的的防防防防氧氧氧氧化化化化和和和和挡挡挡挡渣作用。

渣作用Kunming University of Science and Technology复合带材复合带材复合带材复合带材Kunming University of Science and Technology（（（（4 4 4 4）甩出法）甩出法）甩出法）甩出法合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液高速旋转高速旋转高速旋转高速旋转的飞轮的飞轮的飞轮的飞轮高速抛出高速抛出高速抛出高速抛出快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材快速凝固带材Kunming University of Science and Technology（（（（1 1 1 1）喷射沉积法）喷射沉积法）喷射沉积法）喷射沉积法2.1.5 2.1.5 体材料快速凝固成形体材料快速凝固成形喷射雾化喷射雾化喷射雾化喷射雾化合金熔液合金熔液合金熔液合金熔液快速凝固制件快速凝固制件快速凝固制件快速凝固制件激冷基板激冷基板激冷基板激冷基板高速飞行液滴高速飞行液滴高速飞行液滴高速飞行液滴Kunming University of Science and Technology将熔体雾化为微滴再喷射成形将熔体雾化为微滴再喷射成形----材料材料成形的成形的前沿技术前沿技术离心或超声雾化使微滴离心或超声雾化使微滴冷速达冷速达10105 5k/sk/s；；减小偏析减小偏析、、细化晶粒细化晶粒、、提高性能提高性能。

雾化快凝沉积雾化快凝沉积喷射沉积过程中雾化（喷射沉积过程中雾化（喷射沉积过程中雾化（喷射沉积过程中雾化（a a）和沉积（）和沉积（）和沉积（）和沉积（b b）的物理与热状态示意图）的物理与热状态示意图）的物理与热状态示意图）的物理与热状态示意图Cp=比热比热 FR=凝固区间凝固区间H=焓焓 %L=液体百分数液体百分数Q=散失的热量散失的热量 rem=剩余剩余T=温度温度  Ts=过热过热熔化熔化雾化雾化喷射喷射沉积沉积Kunming University of Science and Technology喷喷喷喷射射射射沉沉沉沉积积积积法法法法可可可可根根根根据据据据制制制制件件件件的的的的需需需需要要要要设设设设计计计计基基基基板板板板的的的的形形形形状状状状和和和和尺尺尺尺寸寸寸寸，，，，从从从从而而而而获获获获得得得得最最最最终终终终制制制制件件件件或或或或近近近近终终终终形形形形制制制制件件件件，，，，因因因因此此此此更更更更容容容容易易易易实实实实现现现现工工工工业业业业化化化化生产制备坯材制备坯材制备坯材制备坯材Kunming University of Science and Technology在在在在回回回回转转转转体体体体表表表表面面面面进进进进行行行行喷喷喷喷射沉积射沉积射沉积射沉积Kunming University of Science and Technology喷射沉积圆柱锭坯制备装置喷射沉积圆柱锭坯制备装置喷射沉积圆柱锭坯制备装置喷射沉积圆柱锭坯制备装置Kunming University of Science and Technology综综综综合合合合单单单单辊辊辊辊快快快快速速速速凝凝凝凝固固固固技技技技术术术术、、、、喷喷喷喷射射射射沉沉沉沉积积积积技技技技术术术术和和和和轧轧轧轧制制制制技术技术技术技术制备带材制备带材制备带材制备带材Kunming University of Science and TechnologyKunming University of Science and Technology（（（（2 2 2 2））））大块非晶合金大块非晶合金大块非晶合金大块非晶合金1 1）概述）概述前面所介绍的快速凝固方法可用于粉末、薄带及线材等前面所介绍的快速凝固方法可用于粉末、薄带及线材等前面所介绍的快速凝固方法可用于粉末、薄带及线材等前面所介绍的快速凝固方法可用于粉末、薄带及线材等低维非晶态合金材料的制备，但不适合于制备大块非晶低维非晶态合金材料的制备，但不适合于制备大块非晶低维非晶态合金材料的制备，但不适合于制备大块非晶低维非晶态合金材料的制备，但不适合于制备大块非晶合金。

合金采取一定的措施，抑制合金液中固相的形核，从而达到很大采取一定的措施，抑制合金液中固相的形核，从而达到很大采取一定的措施，抑制合金液中固相的形核，从而达到很大采取一定的措施，抑制合金液中固相的形核，从而达到很大的过冷度，使合金液中的大量热量在凝固之前就被排出，凝的过冷度，使合金液中的大量热量在凝固之前就被排出，凝的过冷度，使合金液中的大量热量在凝固之前就被排出，凝的过冷度，使合金液中的大量热量在凝固之前就被排出，凝固过程中需要导出的热流大为减小固过程中需要导出的热流大为减小固过程中需要导出的热流大为减小固过程中需要导出的热流大为减小获得大块非晶合金的原理：获得大块非晶合金的原理：获得大块非晶合金的原理：获得大块非晶合金的原理：Kunming University of Science and Technology（（（（2 2 2 2））））大块非晶合金大块非晶合金大块非晶合金大块非晶合金（（（（1 1）三个以上组元构成的多元系；）三个以上组元构成的多元系；）三个以上组元构成的多元系；）三个以上组元构成的多元系；（（（（2 2）主要组元之间的原子尺寸比相差）主要组元之间的原子尺寸比相差）主要组元之间的原子尺寸比相差）主要组元之间的原子尺寸比相差1212％以上；％以上；％以上；％以上；（（（（3 3）具有负的混合热。

具有负的混合热具有负的混合热具有负的混合热根据实验结果，根据实验结果，根据实验结果，根据实验结果，InoueInoue提出了获得大块非晶合金的三个提出了获得大块非晶合金的三个提出了获得大块非晶合金的三个提出了获得大块非晶合金的三个经验准则：经验准则：经验准则：经验准则：Kunming University of Science and Technology2 2 2 2）大块非晶合金的制备方法）大块非晶合金的制备方法）大块非晶合金的制备方法）大块非晶合金的制备方法A A 高压压铸法高压压铸法高压压铸法高压压铸法B B 水淬法水淬法水淬法水淬法C C 铜模铸造法铜模铸造法铜模铸造法铜模铸造法D D 电弧熔炼法电弧熔炼法电弧熔炼法电弧熔炼法E E 定向区熔法定向区熔法定向区熔法定向区熔法F F 吸铸法吸铸法吸铸法吸铸法Kunming University of Science and Technology3 3 3 3）大块非晶的性能与应用）大块非晶的性能与应用）大块非晶的性能与应用）大块非晶的性能与应用高强度高强度高强度高强度高硬度高硬度高硬度高硬度高冲击破坏能高冲击破坏能高冲击破坏能高冲击破坏能高耐蚀性高耐蚀性高耐蚀性高耐蚀性高耐摩擦性高耐摩擦性高耐摩擦性高耐摩擦性高黏性流动性高黏性流动性高黏性流动性高黏性流动性良好的软磁性良好的软磁性良好的软磁性良好的软磁性高磁致伸缩高磁致伸缩高磁致伸缩高磁致伸缩超微超微超微超微机械结构材料机械结构材料机械结构材料机械结构材料精密关学部件材料精密关学部件材料精密关学部件材料精密关学部件材料切削、工具材料切削、工具材料切削、工具材料切削、工具材料模具材料模具材料模具材料模具材料电极材料电极材料电极材料电极材料高耐蚀材料高耐蚀材料高耐蚀材料高耐蚀材料装饰用品材料装饰用品材料装饰用品材料装饰用品材料复合强化材料复合强化材料复合强化材料复合强化材料笔记用具材料笔记用具材料笔记用具材料笔记用具材料运动用具材料运动用具材料运动用具材料运动用具材料结合材料结合材料结合材料结合材料软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料高磁致伸缩材料高磁致伸缩材料高磁致伸缩材料高磁致伸缩材料应用领域应用领域应用领域应用领域基本特性基本特性基本特性基本特性Kunming University of Science and Technology2.2 2.2 定向凝固技术定向凝固技术2.2.1 概述概述2.2.2 定向凝固的理论基础定向凝固的理论基础2.2.3 定向凝固工艺定向凝固工艺2.2.4 特种定向凝固技术特种定向凝固技术2.2.5 人工晶体生长人工晶体生长Kunming University of Science and Technology2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 概述概述概述概述 定定定定向向向向凝凝凝凝固固固固就就就就是是是是指指指指在在在在凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程中中中中采采采采用用用用强强强强制制制制手手手手段段段段，，，，在在在在凝凝凝凝固固固固金金金金属属属属与与与与未未未未凝凝凝凝固固固固熔熔熔熔体体体体中中中中建建建建立立立立起起起起沿沿沿沿特特特特定定定定方方方方向向向向的的的的温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度，，，，从从从从而而而而使使使使熔熔熔熔体体体体在在在在型型型型壁壁壁壁上上上上形形形形核核核核后后后后沿沿沿沿着着着着与与与与热热热热流流流流相相相相反反反反的的的的方方方方向向向向，，，，按按按按要要要要求求求求的结晶取向进行凝固，形成的结晶取向进行凝固，形成的结晶取向进行凝固，形成的结晶取向进行凝固，形成平行的柱状晶平行的柱状晶平行的柱状晶平行的柱状晶。

这这这这种种种种组组组组织织织织的的的的铸铸铸铸件件件件具具具具有有有有方方方方向向向向性性性性，，，，在在在在沿沿沿沿柱柱柱柱状状状状晶晶晶晶方方方方向向向向上上上上的的的的机机机机械械械械性能特别优异性能特别优异性能特别优异性能特别优异 定定定定向向向向凝凝凝凝固固固固技技技技术术术术由由由由于于于于能能能能得得得得到到到到一一一一些些些些具具具具有有有有特特特特殊殊殊殊取取取取向向向向的的的的组组组组织织织织和和和和优优优优异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速发展；异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速发展；异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速发展；异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速发展； 同同同同时时时时，，，，定定定定向向向向凝凝凝凝固固固固也也也也是是是是研研研研究究究究凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程理理理理论论论论和和和和金金金金属属属属凝凝凝凝固固固固规规规规律律律律的重要手段的重要手段的重要手段的重要手段Kunming University of Science and Technology 定定定定向向向向凝凝凝凝固固固固广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于高高高高温温温温合合合合金金金金、、、、磁磁磁磁性性性性材材材材料料料料、、、、单单单单晶晶晶晶生生生生长长长长、、、、自自自自生生生生复复复复合合合合材材材材料料料料的的的的制制制制备备备备等等等等方方方方面面面面，，，，并并并并且且且且在在在在类类类类单单单单晶晶晶晶金金金金属属属属间间间间化化化化合合合合物物物物，，，，形状记忆合金领域具有极广阔的应用前景形状记忆合金领域具有极广阔的应用前景形状记忆合金领域具有极广阔的应用前景形状记忆合金领域具有极广阔的应用前景。

Kunming University of Science and Technology 奠定现代凝固理论基础：奠定现代凝固理论基础： 成成 分分 过过 冷冷 M M - - S S 理理 论论（（绝绝对稳定性理论）对稳定性理论） 结构与功能材料定向凝固：结构与功能材料定向凝固： 高高 梯梯 度度 定定 向向 凝凝 固固————定向及单晶叶片定向及单晶叶片 晶向择优控制定向凝固晶向择优控制定向凝固————金属间化合物定向金属间化合物定向 熔熔 体体 织织 构构 定定 向向 凝凝 固固————高温氧化物超导材料高温氧化物超导材料 超精超精 细细 控控 制制 定向凝固定向凝固————高温结构陶瓷定向高温结构陶瓷定向 晶体连续生长定向凝固晶体连续生长定向凝固 ————单单 晶晶 连连 铸铸 定定 向向 凝凝 固固Kunming University of Science and Technology2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 定向凝固的理论基础定向凝固的理论基础定向凝固的理论基础定向凝固的理论基础固液界面的形态固液界面的形态固液界面的形态固液界面的形态凝凝凝凝固固固固速速速速度度度度低速生长的平面晶低速生长的平面晶低速生长的平面晶低速生长的平面晶胞胞胞胞 晶晶晶晶枝枝枝枝 晶晶晶晶高速生长的平面晶高速生长的平面晶高速生长的平面晶高速生长的平面晶细细细细 胞胞胞胞 晶晶晶晶成分过冷理论成分过冷理论成分过冷理论成分过冷理论固液界面稳定性固液界面稳定性固液界面稳定性固液界面稳定性绝对稳定性理论绝对稳定性理论绝对稳定性理论绝对稳定性理论尚无相应的判定理论体系尚无相应的判定理论体系尚无相应的判定理论体系尚无相应的判定理论体系Kunming University of Science and Technology（（（（1 1 1 1）成分过冷理论及其局限性）成分过冷理论及其局限性）成分过冷理论及其局限性）成分过冷理论及其局限性 19531953年哈佛大学教授年哈佛大学教授ChalmersChalmers、、TillerTiller等通过对金属等通过对金属凝固中液固界面形态的仔细考察，提出了单相二元合金成分过凝固中液固界面形态的仔细考察，提出了单相二元合金成分过冷理论并导出了著名的成分过冷判据冷理论并导出了著名的成分过冷判据首次从首次从界面稳定性界面稳定性界面稳定性界面稳定性角度揭示单相凝固结构出现复杂形态的内在角度揭示单相凝固结构出现复杂形态的内在原因。

原因 在在在在合合合合金金金金凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程中中中中，，，，由由由由于于于于固固固固液液液液相相相相的的的的溶溶溶溶质质质质分分分分配配配配系系系系数数数数不不不不同同同同，，，，固固固固液液液液界界界界面面面面前前前前沿沿沿沿发发发发生生生生溶溶溶溶质质质质的的的的富富富富集集集集或或或或贫贫贫贫化化化化，，，，导导导导致致致致合合合合金金金金实实实实际际际际凝凝凝凝固温度的降低固温度的降低固温度的降低固温度的降低Kunming University of Science and Technology合金凝固时的成分过冷a)二元平衡相图 b)界面前沿液相溶质富集带c)稳定界面 d)非稳定界面Kunming University of Science and Technology铝合金随成分过冷度的增加，凝固界面形态的演变过程铝合金随成分过冷度的增加，凝固界面形态的演变过程a)a)平界面平界面b)b)痘点状界面痘点状界面c)c)狭长胞状界面狭长胞状界面d)d)不规则胞状界不规则胞状界面面e)e)六角形胞晶六角形胞晶f)f)树枝晶树枝晶Kunming University of Science and TechnologyCoatesCoates等等等等在在在在忽忽忽忽略略略略溶溶溶溶质质质质元元元元素素素素相相相相互互互互作作作作用用用用对对对对各各各各自自自自扩扩扩扩散散散散系系系系数数数数影影影影响响响响的的的的条条条条件件件件下下下下推推推推导导导导出出出出了了了了单单单单相相相相多多多多元元元元合合合合金金金金界界界界面面面面稳稳稳稳定定定定性判据性判据性判据性判据通用式为通用式为通用式为通用式为Kunming University of Science and Technology成分过冷理论存在一定局限性：成分过冷理论存在一定局限性：成分过冷理论存在一定局限性：成分过冷理论存在一定局限性： （（（（1 1））））成成成成分分分分过过过过冷冷冷冷理理理理论论论论是是是是以以以以热热热热力力力力学学学学平平平平衡衡衡衡态态态态为为为为基基基基点点点点的的的的理理理理论论论论，，，，不不不不能作为描述动态界面的理论依据；能作为描述动态界面的理论依据；能作为描述动态界面的理论依据；能作为描述动态界面的理论依据； （（（（2 2）忽略了在固液界面上局部的曲率变化；）忽略了在固液界面上局部的曲率变化；）忽略了在固液界面上局部的曲率变化；）忽略了在固液界面上局部的曲率变化； （（（（3 3）没有说明界面形态改变的机制；）没有说明界面形态改变的机制；）没有说明界面形态改变的机制；）没有说明界面形态改变的机制； （（（（4 4）忽略了凝固时产生的潜热以及固相中的温度梯度；）忽略了凝固时产生的潜热以及固相中的温度梯度；）忽略了凝固时产生的潜热以及固相中的温度梯度；）忽略了凝固时产生的潜热以及固相中的温度梯度； （（（（5 5）不适用于快速凝固。

不适用于快速凝固不适用于快速凝固不适用于快速凝固 成成成成分分分分过过过过冷冷冷冷理理理理论论论论能能能能成成成成功功功功地地地地判判判判定定定定低低低低速速速速生生生生长长长长条条条条件件件件下下下下无无无无偏偏偏偏析析析析特特特特征征征征的平面凝固，避免胞晶或枝晶的生长的平面凝固，避免胞晶或枝晶的生长的平面凝固，避免胞晶或枝晶的生长的平面凝固，避免胞晶或枝晶的生长Kunming University of Science and Technology（（（（2 2 2 2）绝对稳定性理论及其局限性）绝对稳定性理论及其局限性）绝对稳定性理论及其局限性）绝对稳定性理论及其局限性 19641964年年年年MullinsMullins和和和和SekerkaSekerka考虑了溶质浓度场和温考虑了溶质浓度场和温考虑了溶质浓度场和温考虑了溶质浓度场和温度场、固液界面能以及界面动力学，提出了绝对稳定性度场、固液界面能以及界面动力学，提出了绝对稳定性度场、固液界面能以及界面动力学，提出了绝对稳定性度场、固液界面能以及界面动力学，提出了绝对稳定性理论TL＝Ts＝Tm＋ΔT＝Tm－TmΓκ在运算时，假定固液在运算时，假定固液在运算时，假定固液在运算时，假定固液界面处于平衡，表面界面处于平衡，表面界面处于平衡，表面界面处于平衡，表面能为各向同性、无对能为各向同性、无对能为各向同性、无对能为各向同性、无对流，流，流，流，在平的界面上有在平的界面上有在平的界面上有在平的界面上有干扰干扰干扰干扰。

固液界面温度为固液界面温度为固液界面温度为固液界面温度为Kunming University of Science and Technology 绝绝绝绝对对对对稳稳稳稳定定定定性性性性理理理理论论论论虽虽虽虽然然然然解解解解释释释释了了了了绝绝绝绝对对对对稳稳稳稳定定定定现现现现象象象象，，，，但但但但也也也也有有有有局局局局限限限限性性性性，，，，如如如如该该该该理理理理论论论论只只只只适适适适合合合合稀稀稀稀溶溶溶溶液液液液，，，，溶溶溶溶质质质质分分分分配配配配系系系系数数数数和和和和成成成成分分分分无无无无关关关关对对对对溶溶溶溶质质质质质质质质量量量量分分分分数数数数高高高高的的的的合合合合金金金金和和和和接接接接近近近近金金金金属属属属间间间间化化化化合合合合物物物物成成成成分分分分的的的的合合合合金金金金，，，，这这这这种种种种处处处处理不够严格，应进行必要的修正理不够严格，应进行必要的修正理不够严格，应进行必要的修正理不够严格，应进行必要的修正 绝对稳定性理论推导出界面稳定条件为：绝对稳定性理论推导出界面稳定条件为：绝对稳定性理论推导出界面稳定条件为：绝对稳定性理论推导出界面稳定条件为： 如果有两种溶质原子同时存在，则绝对稳定条件为：如果有两种溶质原子同时存在，则绝对稳定条件为：如果有两种溶质原子同时存在，则绝对稳定条件为：如果有两种溶质原子同时存在，则绝对稳定条件为：GcGc : : 溶质浓度梯度溶质浓度梯度；；TmTm：：固液界面为平面固液界面为平面时熔点时熔点；； ：：界面能常数界面能常数Kunming University of Science and Technology（（（（1 1 1 1）发热剂法）发热剂法）发热剂法）发热剂法2.2.3 2.2.3 定向凝固工艺定向凝固工艺定向凝固工艺定向凝固工艺零件模壳零件模壳零件模壳零件模壳发热剂发热剂发热剂发热剂水冷铜底座水冷铜底座水冷铜底座水冷铜底座温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度Kunming University of Science and Technology 发发发发热热热热剂剂剂剂法法法法生生生生产产产产工工工工艺艺艺艺简简简简单单单单，，，，成成成成本本本本低低低低，，，，但但但但金金金金属属属属熔熔熔熔体体体体内内内内的的的的温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度较较较较小小小小，，，，单单单单向向向向传传传传热热热热条条条条件件件件不不不不易易易易保保保保证证证证，，，，凝凝凝凝固固固固一一一一旦旦旦旦开开开开始始始始便便便便无无无无法法法法对对对对凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程进进进进行行行行控控控控制制制制。

而而而而且且且且这这这这种种种种方方方方法法法法无无无无法法法法保保保保证证证证重重重重复复复复性性性性，，，，难难难难以以以以生生生生产高质量要求的部件产高质量要求的部件产高质量要求的部件产高质量要求的部件 发热剂法只适用于小型的定向凝固件生产发热剂法只适用于小型的定向凝固件生产发热剂法只适用于小型的定向凝固件生产发热剂法只适用于小型的定向凝固件生产  Kunming University of Science and Technology（（（（2 2 2 2）功率降低法）功率降低法）功率降低法）功率降低法零件模壳零件模壳零件模壳零件模壳上部感应圈上部感应圈上部感应圈上部感应圈水冷铜底座水冷铜底座水冷铜底座水冷铜底座温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度下部感应圈下部感应圈下部感应圈下部感应圈调节功率调节功率调节功率调节功率Kunming University of Science and Technology 功功功功率率率率降降降降低低低低法法法法可可可可达达达达到到到到的的的的温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度较较较较小小小小，，，，在在在在10℃/cm10℃/cm左左左左右右右右，，，，制制制制出出出出的的的的合合合合金金金金叶叶叶叶片片片片，，，，其其其其长长长长度度度度受受受受到到到到限限限限制制制制，，，，并并并并且且且且柱柱柱柱状晶之间的平行度差，甚至产生放射状凝固组织。

状晶之间的平行度差，甚至产生放射状凝固组织状晶之间的平行度差，甚至产生放射状凝固组织状晶之间的平行度差，甚至产生放射状凝固组织 合合合合金金金金的的的的显显显显微微微微组组组组织织织织在在在在不不不不同同同同位位位位置置置置差差差差异异异异较较较较大大大大，，，，目目目目前前前前一一一一般般般般不采用此工艺不采用此工艺不采用此工艺不采用此工艺  Kunming University of Science and Technology（（（（3 3 3 3）高速凝固法）高速凝固法）高速凝固法）高速凝固法温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度通过拉通过拉通过拉通过拉锭机构锭机构锭机构锭机构移动模移动模移动模移动模壳或加壳或加壳或加壳或加热器以热器以热器以热器以加强散加强散加强散加强散热条件热条件热条件热条件零件模壳零件模壳零件模壳零件模壳感应圈感应圈感应圈感应圈水冷铜底座水冷铜底座水冷铜底座水冷铜底座Kunming University of Science and Technology 有较大的液相温度梯度有较大的液相温度梯度有较大的液相温度梯度有较大的液相温度梯度 显微组织致密显微组织致密显微组织致密显微组织致密 凝固速度提高凝固速度提高凝固速度提高凝固速度提高2 2～～～～3 3倍倍倍倍   高速凝固法与功率降低法相比具有以下几个优点：高速凝固法与功率降低法相比具有以下几个优点：高速凝固法与功率降低法相比具有以下几个优点：高速凝固法与功率降低法相比具有以下几个优点： Kunming University of Science and Technology（（（（4 4）液态金属冷却法）液态金属冷却法）液态金属冷却法）液态金属冷却法液态金属液态金属液态金属液态金属模壳冷却介质模壳冷却介质模壳冷却介质模壳冷却介质Kunming University of Science and TechnologyKunming University of Science and Technology（（（（5 5）液态床冷却法）液态床冷却法）液态床冷却法）液态床冷却法流态化的流态化的流态化的流态化的150150号号号号ZrOZrO2 2粉粉粉粉模壳冷却介质模壳冷却介质模壳冷却介质模壳冷却介质Kunming University of Science and Technology（（（（6 6）区域熔化液态金属冷却法）区域熔化液态金属冷却法）区域熔化液态金属冷却法）区域熔化液态金属冷却法区域熔化加热区域熔化加热区域熔化加热区域熔化加热液态金属冷却液态金属冷却液态金属冷却液态金属冷却区域熔化液态金区域熔化液态金区域熔化液态金区域熔化液态金属冷却定向凝固属冷却定向凝固属冷却定向凝固属冷却定向凝固液相温度梯度可达液相温度梯度可达液相温度梯度可达液相温度梯度可达1270K/cm1270K/cmKunming University of Science and Technology（（（（7 7）连续定向凝固法（）连续定向凝固法（）连续定向凝固法（）连续定向凝固法（OCCOCC））））在连续定向凝固过在连续定向凝固过在连续定向凝固过在连续定向凝固过程中对铸型进行加程中对铸型进行加程中对铸型进行加程中对铸型进行加热，使它的温度高热，使它的温度高热，使它的温度高热，使它的温度高于被铸金属的凝固于被铸金属的凝固于被铸金属的凝固于被铸金属的凝固温度。

温度OCCOCC法的核心是法的核心是法的核心是法的核心是避免凝固界面附近避免凝固界面附近避免凝固界面附近避免凝固界面附近的的的的侧向散热侧向散热侧向散热侧向散热，维持，维持，维持，维持很强的很强的很强的很强的轴向热流轴向热流轴向热流轴向热流，，，，保证凝固界面是凸保证凝固界面是凸保证凝固界面是凸保证凝固界面是凸向液相的向液相的向液相的向液相的Kunming University of Science and Technology良好的塑性加工性能良好的塑性加工性能良好的塑性加工性能良好的塑性加工性能卓越的电气性能卓越的电气性能高梯度定向凝固单晶连铸高梯度定向凝固单晶连铸 ( (晶体连续生长定向凝固晶体连续生长定向凝固 ) )铜单晶导线，电缆铜单晶导线，电缆铜单晶导线，电缆铜单晶导线，电缆————高频、高清晰、高保真传输高频、高清晰、高保真传输高频、高清晰、高保真传输高频、高清晰、高保真传输Kunming University of Science and Technology铜单晶与铸态多晶相比，抗拉强度降低了铜单晶与铸态多晶相比，抗拉强度降低了铜单晶与铸态多晶相比，抗拉强度降低了铜单晶与铸态多晶相比，抗拉强度降低了24.71%24.71%24.71%24.71%，而延伸，而延伸，而延伸，而延伸率增加了率增加了率增加了率增加了2.392.392.392.39倍，断面收缩率增加了倍，断面收缩率增加了倍，断面收缩率增加了倍，断面收缩率增加了4.144.144.144.14倍倍倍倍 ，，，，电阻率降电阻率降电阻率降电阻率降低了低了低了低了33%33%33%33%。

铜铜铜铜单单单单晶晶晶晶与与与与铸铸铸铸态态态态多多多多晶晶晶晶相相相相比比比比，，，，抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度降降降降低低低低了了了了24.71%24.71%24.71%24.71%，，，，而而而而延延延延伸伸伸伸率率率率增增增增加加加加了了了了2.392.392.392.39倍倍倍倍，，，，断断断断面面面面收收收收缩缩缩缩率率率率增加了增加了增加了增加了4.144.144.144.14倍，倍，倍，倍，电阻率降低了电阻率降低了电阻率降低了电阻率降低了33%33%铜单晶样品及相对电导率比较铜单晶样品及相对电导率比较与与与与日日日日本本本本的的的的单单单单晶晶晶晶铜铜铜铜的的的的性性性性能能能能比比比比较较较较, ,相相相相对对对对电导率提高电导率提高电导率提高电导率提高11%11%105102103 日本（4N） 超晶（3N） 日本（6N）Kunming University of Science and Technologyv单晶锡定向凝固制备工艺与装置单晶锡定向凝固制备工艺与装置单晶锡定向凝固制备工艺与装置单晶锡定向凝固制备工艺与装置试验型单晶锡连铸设备试验型单晶锡连铸设备试验型单晶锡连铸设备试验型单晶锡连铸设备单晶纯锡材单晶纯锡材单晶纯锡材单晶纯锡材( ( ( (厚厚厚厚4mm,4mm,4mm,4mm,宽宽宽宽20mm)20mm)20mm)20mm)单晶区单晶区双晶区双晶区多晶区多晶区晶体生长方向晶体生长方向Kunming University of Science and Technology（（（（1 1）超高温度梯度定向凝固）超高温度梯度定向凝固）超高温度梯度定向凝固）超高温度梯度定向凝固2.2.4 2.2.4 特种定向凝固技术特种定向凝固技术特种定向凝固技术特种定向凝固技术典型定向及单晶叶片典型定向及单晶叶片 消除横向消除横向/完全消除晶界完全消除晶界 晶体沿晶体沿[001]特定方向生长特定方向生长 提高初熔温度及固熔处理提高初熔温度及固熔处理 窗口温度，增加窗口温度，增加γ′数量数量 并细化并细化 提高性能，提高使用温度提高性能，提高使用温度Kunming University of Science and TechnologyKunming University of Science and Technology1m1m1m1m1m1m1m1m1mThe Change of   Size with G VKunming University of Science and Technology（（（（2 2）侧向约束下的定向凝固）侧向约束下的定向凝固）侧向约束下的定向凝固）侧向约束下的定向凝固在向前推进的液固界面前沿施加侧向约束条件。

在向前推进的液固界面前沿施加侧向约束条件在向前推进的液固界面前沿施加侧向约束条件在向前推进的液固界面前沿施加侧向约束条件Kunming University of Science and Technology（（（（3 3）电磁约束成形定向凝固技术）电磁约束成形定向凝固技术）电磁约束成形定向凝固技术）电磁约束成形定向凝固技术利利用用电电磁磁感感应应加加热热熔熔化化感感应应器器内内的的金金属属材材料料，，并并利利用用在在金金属属熔熔体体表表面面层层部部分分产产生生的的电电磁磁压压力力来来约约束束已已熔熔化化的的金金属属熔熔体体成成形形同同时时，，冷冷却却介介质质与与铸铸件件表表面面直直接接接接触触，，增增强强了了铸铸件件固固相相的的冷冷却却能能力力，，在在固固液液界界面面附附近近熔熔体体内内可可产产生生很很高高的的温温度梯度Kunming University of Science and Technology（（（（4 4）对流下的定向凝固）对流下的定向凝固）对流下的定向凝固）对流下的定向凝固加速坩锅旋转加速坩锅旋转加速坩锅旋转加速坩锅旋转液相强迫对流液相强迫对流液相强迫对流液相强迫对流Kunming University of Science and Technology西工大凝固技术国家实验室生长的西工大凝固技术国家实验室生长的HgMnTeHgMnTe和和和和CdMnTeCdMnTe晶体晶体CdZnTeＡＣＲＴ－旋转坩埚定向凝固ＡＣＲＴ－旋转坩埚定向凝固ＡＣＲＴ－旋转坩埚定向凝固ＡＣＲＴ－旋转坩埚定向凝固Kunming University of Science and Technology（（（（5 5）二维定向凝固）二维定向凝固）二维定向凝固）二维定向凝固Kunming University of Science and TechnologyMicrostructure of Al2O3-ZrO2(Y2O3) eutectic seeded with saphire single crystal grown at 2cm/h parallel to 0224(Ref.2).(A)Transverse section; (B)longitudinal section.SrZrO3-ZrO2 eutectic directionally solidified at 0.5cm/hr; (a) transverse and (b) longitudinal sections (43)Al2O3 /ＹＡＧＹＡＧ ４００４００MPa（（6））高温高强陶瓷材料定向凝固高温高强陶瓷材料定向凝固 ( (超精细控制定向凝固超精细控制定向凝固) ) ————超高温，高梯度，高纯净，高精密控制超高温，高梯度，高纯净，高精密控制Kunming University of Science and Technology定向凝固定向凝固 Al2O3/GdAlO3 σs = 695MPa (共晶共晶Al2O3/GAＰ）Ｐ）断裂性断裂性K1C 10倍于倍于Al2O3 /YAG最高工作温度最高工作温度~1973K 单晶超合金：单晶超合金： ~1373K陶陶 瓷瓷 材材 料：料：1400KAl2O3/GAP作为作为新型燃气涡轮不冷却叶片新型燃气涡轮不冷却叶片1837K1837K1837K1837KKunming University of Science and Technology 高高高高温温温温氧氧氧氧化化化化物物物物超超超超导导导导材材材材料料料料定定定定向向向向凝凝凝凝固固固固 ( ( ( (熔熔熔熔 体体体体 织织织织 构构构构 定定定定 向向向向 凝凝凝凝 固固固固) ) ) )ＹＢＣＯ（ＹＢＣＯ（YBa2Cu3O6+ ））Kunming University of Science and TechnologyTypical microstructures of samples solidified in low oxygen partial pressures. (a)Longitudinal section of a hypoperitectic sample grown at R=2.78 m/s;Tmax=1250 C;Po2=67Pa. (b)Transversal section of a hypoperitectic sample grown at R=5.56 m/s;Tmax=1210 C; Po2=11Pa. (c)Longitudinal section of a peritectic sample grown at R=8.33  m/s Tmax=1210 C; Po2 =8Pa. (d) Transversal section of a peritectic sample grown at R=13.89 m/s;Tmax=1185 C; Po2 =8Pa. Kunming University of Science and Technology L+211（（Y2BaCuO））123 （（Y1Ba2Cu3O6+ ））扩散控制扩散控制搭桥形成搭桥形成包晶反应包晶反应包晶转变包晶转变Kunming University of Science and TechnologyΔ指生长配比准确，极少缺陷的单晶体指生长配比准确，极少缺陷的单晶体Δ晶体生长晶体生长(自熔体生长自熔体生长) 凝固科学与工程凝固科学与工程 相互参照甚至融合相互参照甚至融合Δ晶体生长晶体生长— 液固相变过程液固相变过程 —无序结构熔体无序结构熔体到到有序结构晶体有序结构晶体的转的转 变过程是变过程是特定的定向凝固特定的定向凝固，熔体，熔体受控下有方向性的单向凝固受控下有方向性的单向凝固过过 程程(非整体效应，而是逐区连续效应非整体效应，而是逐区连续效应)，现已发展为独立的，最活，现已发展为独立的，最活 跃的学科之一跃的学科之一Δ熔体法生长熔体法生长(提拉法、布里奇曼法、区域法提拉法、布里奇曼法、区域法)：：生长速度快，晶体生长速度快，晶体 纯度、完整性高，大尺寸，晶体生长最重要方法。

纯度、完整性高，大尺寸，晶体生长最重要方法Si，，Ge，， GaAs，，LiNbO3，，Nd:YAG，，Nd，，Cr:GSGG，，Al2O3，，LaAlO3，， 碱及碱土金属卤化物碱及碱土金属卤化物2.2.5 2.2.5 人工晶体生长人工晶体生长人工晶体生长人工晶体生长Kunming University of Science and TechnologyKunming University of Science and Technology 2002年北京有色金属研究院研制成功年北京有色金属研究院研制成功18英寸直拉单晶，进入世界领先行列英寸直拉单晶，进入世界领先行列 图 光学晶体CaF2(左1:φ220×150mm)Kunming University of Science and Technology 大尺寸晶体生长 异形晶体生长 特殊环境下晶体生长（空间） 极端条件下晶体生长（高压，强磁等） 杂质，缺陷的精确控制 结构，组织的精确控制 原材料纯净化与规范化 生长过程控制的精确化与程序化 晶体生长技术的发展趋势晶体生长技术的发展趋势Kunming University of Science and Technology  慢速下生长过程中慢速下生长过程中温场温场，，溶质场溶质场，，流场流场，，界面速率界面速率，，环境参量长时环境参量长时 间高精确间高精确，，高稳定性高稳定性中的中的科学问题科学问题。

  界面棱面结构与界面棱面结构与平面生长平面生长形态对形态对环境扰动的响应规律环境扰动的响应规律  温度梯度，浓度梯度引起的温度梯度，浓度梯度引起的微区对流微区对流，坩埚旋转引起的，坩埚旋转引起的强迫对流强迫对流及重及重 力场下的力场下的自然对流与热量、质量、动量自然对流与热量、质量、动量输运过程的输运过程的耦合机制耦合机制及影响 界面微观结构及界面微观结构及微观生长机制微观生长机制（台阶运动，位错产生与传播）的研究台阶运动，位错产生与传播）的研究  晶体生长中，微观缺陷形成机制与宏观晶体生长中，微观缺陷形成机制与宏观控制控制控制控制中的科学问题中的科学问题 晶体生长中特殊的凝固科学问题晶体生长中特殊的凝固科学问题Kunming University of Science and Technology  复杂键合材料凝固特性复杂键合材料凝固特性 界面动力学界面动力学  相选择相选择  组织选择组织选择  对流效应（宏区对流效应（宏区/微区）微区）  多元多相合金凝固规律多元多相合金凝固规律 多元非金属体系凝固特性多元非金属体系凝固特性 特定晶向强制生长规律及控制特定晶向强制生长规律及控制  凝固过程与组织凝固过程与组织数值模拟仿真数值模拟仿真定向凝固科学技术今后发展方向与重点定向凝固科学技术今后发展方向与重点Kunming University of Science and Technology典型凝固加工技术典型凝固加工技术凝固技术工艺原理/特点典型材料/制品优质铸件铸造过程与凝固组织模拟精确控构、控形及控性提高铸件质量降低成本，减少污染定向凝固单向热流、顺序凝固控制晶体生长取向消除横向或完全消除晶界高温合金单晶叶片，定向或单晶高温超导块材，超高温结构陶瓷材料快速凝固冷却速率大于103~104K/s的非平衡凝固，以激光快速熔凝及雾化快凝沉积为代表的快凝技术，充分发挥非平衡效应作用微晶，纳米晶，非晶材料，构件表面釉化与合金化，粉末冶金涡轮盘深过冷凝固快速凝固与熔体净化结合形成深过冷条件。

合金科学设计提高玻璃转化温度大块非晶材料，金属构件材料超细化，微晶化电磁场凝固利用电磁场压力对熔体悬浮或约束成形利用电磁搅拌，细化结晶组织，利用强磁场控制相与晶体的生核生长及取向合金的电磁成形与连铸坯件特定组织，特定性能的自生复合材料和各向异性材料空间凝固微重力消弱对流，增大液/固界面稳定性提高生成平界面结构的允许溶质含量成分均匀，结构完整的晶体，并可大幅度提高渗杂元素含量组织均匀的偏晶材料高压凝固压力降低形核激活能，增大扩散激核能高压提高非晶形成能力制备超细与纳米晶材料，获得非晶组织与非晶材料凝固科技凝固科技: : 研究开发、理论体系、工艺技术研究开发、理论体系、工艺技术——主要围绕金属合金主要围绕金属合金Kunming University of Science and Technology本章大作业1.航空航天发动机叶片凝固技术2.铝合金薄板坯快速凝固铸造3.铜合金杆快速凝固铸造4.Ni基高温合金线材制备技术5.Fe基非晶合金制备技术6.Cu单晶制备技术7.钢薄板坯铸轧技术8.磁性材料铸造技术9.铝薄板坯铸轧技术10.铜包钢复合线材铸造技术11.铜包钢复合线材铸造技术12.xxx复合材料线材铸造技术13.xxx复合材料带材铸造技术14.喷射沉积技术的应用现状15.复合材料的喷射沉积制备发展现状16.喷射沉积技术在我国的发展现状17.高性能xxx合金/产品的喷射沉积制备18.激光表面热处理的发展现状19.激光表面涂敷技术的发展现状20.Fe基大块非晶合金的研究现状21.定向凝固自生复合材料的发展现状。