全息相衬干涉显微术研究金属枝晶的生长

利用全息相衬干涉显微术研究了金属枝蔓晶的生长．对传统的三电极电解池进行改装,使其适用于激光全息实时研究．研究了由离子迁移扩散而引起的浓度梯度问题,讨论了枝蔓晶生长的速度控制,及产生枝晶的条件     

纳米氧化锡枝蔓晶的制备及形成机理

以SnCl4·5H2O等为主要原料,在160～200℃时成功地制备出分散性好、晶型完整、结构稳定的四方晶型纳米氧化锡枝蔓晶,并用透射电子显微镜、电子衍射、X射线衍射等技术手段对氧化锡纳米晶的结构和形貌进行了表征.结果表明:制备得到的SnO2微晶具有枝蔓状外观结构,其躯干长为3～5μm,直径为100～200nm,枝节长为5～8μm,直径为10～40nm.同时对其可能形成机理进行了探讨,初步认为其形成过程是一个成核并延伸生长的过程.     

Sn—Pb合金的三次树枝晶生长

在定向凝固的条件下对Ｓｎ－Ｐｂ合金的三次树枝晶生长进行了研究。探讨纵向和横向生长的三次树枝晶形态，给出了三次枝晶间距与工艺参数即温度梯度和生长速度之间的指数衰减关系。发现纵向和横向三次枝晶在枝晶粗化和间距上存在着明显的差别，并探讨了枝晶爬行对枝晶不对称生长的影响。     

机械诱发非晶Finemet合金的纳米晶化

利用X射线衍射（XRD）研究了高能球磨条件下非晶Fe73．5Cu1NB3Si13．5b9合金的机械诱发纳米晶化过程，并根据化学成分偏聚、局域高压、局域高温以及Johnson-Mehl-Avrami（JMA）晶化动力学模型解释了纳米晶化的过程和机制．研究结果表明：非晶Fe73．5Cu1Nb3Si13.5B9合金机械诱发纳米晶化的产物为复杂的α-Fe固溶体和稳定的Fe2B金属间化合物，α-Fe固溶体相晶粒尺寸为2．0-6．5nm，其纳米晶化过程和晶化产物是由化学成分富集、碰撞引起的局域高压和局域高温共同作用的结果；机械诱发纳米晶化过程中的Avrami指数n=1．59，动力学反应速率常数k=0．1287h^-1，表明机械诱发纳米晶化过程中形核机制为均匀形核，晶粒生长机制为从小尺寸晶核开始的三维生长．     

ZA27合金羽毛状晶形貌分析

研究了高温浇注下(750℃)的ZA27合金枝晶形貌,用扫描电镜观察断口缩松处的组织形态,直观地澄清了羽毛状晶的三维枝晶形貌。结果表明,羽毛状晶是一种非常发达的树枝晶,宏观上具有典型的三维结构,枝晶朝多个方向生长;但在枝晶局部并排生长,分枝细密且形态发达。羽毛状晶体生长方向为<110>方向,是晶体学择优生长方向与外力综合作用的结果。     

工艺因素对灰铸铁中γ枝晶生长形貌的影响

试验研究了灰铸铁中γ枝晶的生长形貌及工艺因素的影响作用。发现γ枝晶按其生长形貌特征可分为外生柱状枝晶、发达等轴枝晶和短粗的不发达的内生等轴枝晶三种基本类型。浇注温度对枝晶生长形貌影响较为显著，高温浇注易获得外生柱状枝晶；接近初晶凝固温度浇注易获得内生等轴枝晶，１３００℃左右浇注易获得发达等轴枝晶，且其相应的抗拉强度最高．铸型条件主要影响枝晶数量、晶臂间距和次生晶臂长度。铁水用硅基孕育剂进行孕育处理，对γ枝晶的生长形貌影响不大。     

霜晶生长的界面演变及机理分析

为了认识冷面结霜的微观机理,对霜晶生长过程中的各种界面演变现象进行了研究。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜晶的形成机制;利用界面稳定性理论分析指出:温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长的主要因素,两者的竞争耦合作用是产生相变和霜晶各种界面演变现象的根本原因;建立了霜晶生长速率与霜晶表面温度及水蒸气分压力相关的数学模型。计算结果表明:随着霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加,霜晶生长速率增大,这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的。     

霜晶生长的界面演变及机制分析

为了认识冷面结霜的微观机制,对霜晶生长过程中的各种界面演变现象进行了研究。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜晶的形成机制;利用界面稳定性理论分析指出:温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长的主要因素,两者的竞争耦合作用是产生相变和霜晶各种界面演变现象的根本原因;建立了霜晶生长速率与霜晶表面温度及水蒸气分压力相关的数学模型。计算结果表明:随着霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加,霜晶生长速率增大,这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的。     

Al/Ge双层膜退火过程中多中心晶化生长的模拟

对a—Ge／A1双层膜在退火过程中出现的分形晶化现象进行了模拟研究。结果显示，各团簇的生长呈现出各向异性。分形晶化是随机相继触发形核的结果。这种多中心分形晶化图形显示出多重分形特征，用盒计数法得到了模拟图形的多重分形谱。     

低温冷表面结霜性能实验研究及应用

针对低温冷表面结霜情况搭建了结霜实验系统,采用显微镜、CCD摄像机观察冷表面结霜全过程,并通过改变环境温度及冷液温度研究霜晶生长状况。实验结果表明:在冷表面划痕、凹陷处率先结霜;冷液温度及环境温度对霜晶生长状况影响很大,随着冷液温度的降低,霜晶粒径减小,分布密集,生长较快;随着环境温度的降低,霜晶生长缓慢。     

机械搅拌对ZA27合金组织的影响

研究了机械搅拌对ＺＡ２７合金组织的影响，同时给出了温度与固相率的对应值．结果表明，在机械搅拌下，ＺＡ２７合金的凝固组织为等轴晶或玫瑰状聚集体，由枝晶残体和棒状与球状粒子组成，且随着温度的降低，初生相逐渐球状化和分散化；初生晶非树状化是由于枝晶臂颈缩折断，合并生长所致；机械搅拌加剧了晶臂颈缩，促进了颈缩折断；固相间存在着合并生长     

游离晶在铸件晶区形成中的作用

应用铸件在凝固时的倾出方法观察了工业纯铝试样在低过热度浇注时晶区的形成过程。结果表明，铸件激冷晶区是在凝固界面对密度很大的游离晶连续、大量捕获时形成的。铸件底部粒状堆积晶区是在游离晶沉降堆积后，因凝固层的增长速度小于游离晶的堆积速度，凝固在紧密堆积的游离晶间隙中进行而形成的。结果还表明，铸件柱状晶区的形成与生长并不要求高的温度梯度。     

落管中Al-Ge亚共晶合金的快速枝晶生长

采用落管无容器处理技术研究了Al-45%Ge亚共晶合金在无容器条件下的深过冷与快速枝晶生长.自由落体过程中液滴达到的过冷度范围为13～201K,最大过冷度达0.27T L .发现初生(Al)相的生长形态随着过冷度的增大由柱状枝晶向等轴枝晶转变.根据快速枝晶生长理论对初生(Al)相的枝晶生长速度进行了计算,结果表明初生(Al)相的生长始终受溶质扩散控制,没有发生从溶质扩散控制生长向热扩散控制生长的转变.     

相场法模拟界面能各向异性对枝晶生长行为的影响

采用修正的相场模型，模拟了纯物质在深过冷条件下界面能各向异性对晶体生长行为的影响．结果表明，各向异性模数很小时，枝晶形态为典型的海藻晶；当各向异性模数较大但仍小于临界值（1/15）时，枝晶形态为光滑枝晶；而当各向异性模数大于该临界值后，某些方向的生长将消失，呈现为棱面枝晶形态．当各向异性模数小于临界值（1/15）时，枝晶尖端生长速度随各向异性的增强而线性增大；当各向异性模数大于0.1后，枝晶尖端生长速度增大、速率减小并逐渐趋于定值．强各向异性与弱各向异性下的情况类似，枝晶尖端生长速度都表现出随界面厚度参数的减小而逐步收敛的趋势．     

碳钢连铸凝固过程的微观模拟

通过一种简单的数学模型研究了连铸坯凝固过程中枝晶生长的重要微观结构参数.结合中碳钢连铸性能计算出凝固过程中枝晶生长的尖端半径、枝晶生长速率、二次枝晶臂间距等枝晶相关参数,并研究了拉速对上述微观结构参数的影响.分析了碳、硅、锰、磷和硫等重要元素的微观偏析程度随凝固进程与坯壳生长的变化规律.与前人经验模型的对比与验证表明本文模型预测结果合理.     

β—Si3N4纤维及柱晶的制取

采用燃烧合成工艺，制取了细长的β－Ｓｉ３Ｎ４纤维，纤维顶端有小球，有小球中含Ｓｉ，Ａｌ成分，纤维有扭曲、拧结现象，ＶＬＳ机制是控制纤维生长的主要机制，晶体顶端有螺肇生长蜷线、燃烧合成β－Ｓｉ３Ｎ４为六方柱晶，表面无缺陷、柱晶主要通过ＶＣ机制生长，β－Ｓｉ３Ｎ４柱晶是从微晶β－Ｓｉ３Ｎ４中长出的，其生长具有晶格继承性，异相添加剂和少量杂质Ａｌ的引入有利于形成较长的柱晶和纤维，控制原始反应物中添加剂含     

含蜡原油结构形成机理研究

基于蜡与沥青的红外光谱、含蜡模拟油微观结构以及结晶学理论,对含蜡原油结构形成机理进行了探讨。研究表明,含蜡原油结构形成的机理就是晶核形成、蜡晶生长和蜡晶颗粒连接的机理,其基本条件包括:高分子蜡或沥青质、胶质等大分子物质形成晶核;蜡晶随蜡分子与晶核间的相互作用增大而不断形成与生长,并形成蜡晶颗粒;蜡晶颗粒相互作用增强,致使颗粒彼此接触、“搭架”形成结构。弄清含蜡原油的结构形成机理,有助于含蜡原油的降凝降粘机理及其低温流动改进技术的研究。     

液氢中固空枝晶生长凝固定量相场法研究

为探究固空形成过程中枝晶微结构演化和氧溶质非均匀分布规律，建立了描述固空枝晶生长凝固过程中枝晶形态演化和氧溶质分布的定量相场模型(QPFM),应用该模型对连续冷却条件下的固空单枝晶和多枝晶生长行为特性进行了研究，选择了两条特殊位置曲线定量表述氧溶质分布规律。结果表明：枝晶形态随初始过冷度增大而变得复杂，二次枝晶臂更为发达；氧溶质质量分数呈现枝晶内部贫氧外部富氧的分布特征，沿一次枝晶臂和二次枝晶臂的轴线形成了氧溶质质量分数较低的脊柱；多枝晶的相互作用破环了枝晶的对称形态；连续冷却条件下，固空枝晶二次枝晶臂随时间增长逐渐粗化、融合，固相率和最大氧溶质质量分数分别持续增长到最大值0.911 1和0.840 6;枝晶之间的间隙阻碍了氧溶质的扩散，使得氧溶质质量分数由单枝晶时的0.402升至多枝晶时的0.668。研究可为液氢系统的安全使用提供理论指导。     

金属凝固组织的计算机仿真

探索了一种新的仿真金属凝固过程中微观组织形成的方法。通过引入导质形核模型，枝晶生长模型，几率形术底模型，借鉴单元动生长机制，仿真等轴晶、柱状晶组织形成的过程。结出了图形仿真结果，襁和实验结果符合得较好。     

非晶态Finemet合金的纳米晶化动力学研究

利用差示扫描量热法（DSC）研究了非晶Finemet合金的纳米晶化动力学行为．晶化过程中的晶化峰值温度Tp与升温速率β之间存在着线性关系：Tp=533．7＋0．82β.通过对不同升温速率的DSC曲线的分析，采用Kissinger方法和Ozava方法计算了非晶Finemet合金纳米晶化的表观激活能Eα，并采用拓展的Friedman方法计算了纳米晶化过程中的局域激活能E（α）．在非晶Finemet合金纳米晶化的整个过程中，其晶化机制在初始阶段（0〈α〈0．2）是扩散控制的兰维形核和晶粒生长的整体晶化，形核速率逐渐减小；中间阶段（0．2〈α〈0．9）是扩散控制的一维形核和晶粒生长的表面晶化，形核速率近似为零；最后阶段（α〉0．9）存在反常的晶化行为，局域Avrami指数n从1．0上升到2．0左右，可能是因为在晶化后期Cu核消耗完毕以及一些α-Fe颗粒发生快速生长造成的．