Thermodynamic Analyses of the Solid-Liquid Interface and Growth Mode Transition in Undercooled Melts

Free energy change for atoms transferred from fiquid on to liquid-solid interface is calculated according to the structural model proposed by Jackson. Relationship among the change in free energy, the fraction of sites on the interface occupied by atoms and the interracial undercoollng is presented. This relationship can be used to judge the possible state that an interface may take, and to predict the corresponding crystal growth mode. For silicon and germanium, the experimentally observed growth mode transition from lateral growth at small undercooling to continuous growth at large undercooling is hardly to be explained by this thermodynamic calculation, which implies that the transition is possibly caused by some dynamic reasons. For nickel, crystallization is carried out only by the continuous mode, which is consistent with the experimental observations.     

分析金属熔滴快速凝固过程的双倒易边界元方法

本文发展了非线性边界条件相变传热过程的轴对称双倒易边界元方法,数值模拟了金属熔滴在快速冷却条件下的快速凝固过程。分别研究了在微重力落管和落塔中及喷射成形过程中金属熔滴的快速凝固过程,得到了过冷度,再辉时间,温度变化及相变界面随时间的变化等数值结果。     

油茶花芽过冷机理研究

本文首次将磁共振成像(MRI)技术应用于花芽过冷研究领域,MRI活体直接观察以及冻害褐变观察表明油茶花芽花器官的抗冻顺序为花轴、鳞片、花瓣、雌蕊和雄蕊,这个次序与冰晶从花轴向花器官自下而上的顺序扩展相一致,冰冻固定与MRI技术揭示在花芽结冰的过程中可能发生着水分由花器官向花轴和鳞片的转移。另外还用NMR氢谱法检测了花芽在降温过程中未结冰水分的定量变化。     

Sn-Pb合金颗粒异质成核及其冷却凝固行为预测

采用均匀颗粒成型法 (UniformDropletSpray ,UDS)在氮气氛下 (氧含量为 1.3 6μmol/L)制备了 15 0和 185μmSn 5 %Pb合金颗粒 .采用光学显微镜观测颗粒的外观形貌 ,结果表明 ,UDS方法制备的微粒是粒度均匀的球状颗粒 ;利用非绝热容量法确定了颗粒的形核点及过冷度 ;计算了以时间和温度为函数的颗粒表面被氧化的比例 ,提出了以颗粒表面氧化为催化媒质的异质成核理论模型 ,合理反映了颗粒的异质成核过程 .在此基础上计算了微粒表面异质形核条件下的连续冷却转变 (ContinuousCoolingTransformation ,CCT)曲线 ,同时以线性冷却条件为例预测了颗粒的冷却凝固行为 .     

生长温度、过冷度对InAsPSb外延层表面形貌影响的研究

本文采用恒温液相外延生长方法,研究了InAsPSb四元材料外延层表面形貌与生长温度、过冷度之间的关系.实验结果表明,生长温度、过冷度对外延晶体质量及表面形貌的影响较为明显,同时对其它因素的影响也做了分析.     

液态Bi的过冷及Bi-Ⅱ高压相的形成

 本文研究了常压下液态Bi在落管所提供的高清洁、无容器环境中自由下落和在氦气保护下经循环过热处理后的过冷行为。通过控制液滴的尺寸和冷却速率得到了较大的过冷度。过冷样品具有与常压稳定相Bi-Ⅰ（三角点阵）完全不同的单斜点阵。其点阵参数为a=0.696 8 nm，b=0.628 6 nm，c=0.339 7 nm, β=110.33°；单胞体积为0.148 8 nm³，它与Brugger等人在2.6 GPa下得到的Bi-Ⅱ高压相（单斜点阵）的单胞体积相比，后者有一个9.34%的体积压缩，这与Bridgman的结果符合得很好。     

Crystallization of the Amorphous Zr70Cu20Ni10Alloy

Crystallization Behaviour of the amorphous Zr70Cu20Ni10 alloy within the supercooled liquid region has been investigated by means of differential scanning calorimetry(DSC) and transmission electron microscopy(TEM).It is found that the relationship between the incubation time,which is necessary for the amorphous Zr70Cu20Ni10 alloy to nucleate and grow,and the annealing temperature obeys an exponential function.A similar relationship can also be observed between the peak time corresponding to the minimum of the exothermic reaction in the DSC scan and the annealing temperature,TEM observations confirm that the first exothermic peak in the DSC trace of amorphous Zr70Cu20Ni10 alloy mainly corresponds to the precipitation of the Zr2Cu phase,while the second peak mainly corresponds to the precipitation of the nanoscale Zr2Ni phase.     

液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长

采用电磁悬浮和自由落体两种试验技术研究了液态Ti-25 wt.%Al合金的亚稳过冷能力、晶体形核机制和枝晶生长过程. 试验发现, 即使电磁悬浮无容器状态下仍难以消除润湿角θ ≥60°的异质晶核, 合金熔体过冷度可达210 K (0.11T_L). β-Ti相形核的热力学驱动力随过冷度近似以线性方式增大, 其枝晶生长速度高达11.2 m/s, 从而在慢速冷却条件下实现了快速凝固. 理论计算表明, 随着过冷度的逐步增大, β相枝晶生长从溶质扩散控制转变为热扩散控制. 当过冷度超过100 K时, 非平衡溶质截留效应可使合金熔体发生无偏析凝固. 然而, 单靠深过冷状态不足以抑制β相的后续固态相变. 对于落管中快速凝固的直径77-1048 μm合金液滴, 其冷却速率最高达1.05×10⁵ K/s, 深过冷与快速冷却的耦合作用能更有效地调控凝固组织形成过程.     

液氮热管过冷器的设计及分析

过冷器是高温超导电缆(HTS)低温冷却系统的关键设备之一。文中对一种以液氮为工质的新型过冷器-热管过冷器进行了设计计算,并与传统的盘管过冷器作了对比,结果表明热管过冷器能大大减少换热面积,在设计换热量为900W的情况下,热管型过冷换热器所需传热面积仅为盘管型的1/5,热管型冷头换热器面积为盘管型的1/3。并针对热管过冷器分析了不凝性气体对其冷凝段传热效率的影响,结果表明随着不凝性气体浓度逐渐增加,冷凝段换热效率开始时急剧减小,后逐渐趋于平缓。在不凝性气体浓度不变的情况下,提高热管过冷器的工作温度,或减小冷凝段的冷凝温差,都能有效提高冷凝段传热效率;在冷凝段分析的基础上,计算和分析了不凝性气体对整个热管过冷器系统的影响,结果表明随着不凝性气体浓度的升高,热管过冷器的换热量减小,同时工作温度升高,且这两者的变化在不凝性气体浓度较小时较剧烈,较大时较平缓。