快速凝固理论与技术研究进展
屈佳润1,张建宝1,崔德旭1,王欣欣1,李思佳2,王海丰1 (1.西北工业大学 凝固技术全国重点实验室 先进润滑与密封材料研究中心;2.成都飞机工业(集团)有限责任公司)
摘要:当前,熔融玻璃包覆、3D打印和电磁悬浮等快速凝固装置已在亚稳材料研究中得到广泛应用。随着快速凝固理论、电子信息及自动化装备技术的创新发展,新一代快速凝固设备正朝着极端制造和高度智能化方向迈进,它们通过集成先进传感器和精密控制系统,以实现对凝固过程的精确控制与定向优化。在此背景下,本文首先从热力学和动力学两个维度总结了快速凝固的理论基础与技术原理,随后系统梳理了实验设备的技术进展,并深入分析其在高性能材料制备中的潜在应用前景,最后对快速凝固材料科学和技术的未来发展及挑战进行了展望。快速凝固技术与凝固理论科学深度融合,与新型材料的研发和制备协同创新,共同构成了亚稳材料科学研究迅猛发展的核心驱动力,这些研究必将共同推动材料科学实现跨越式发展。
关键词:快速凝固;非平衡;热/动力学;微观结构;制备设备
目录介绍
1 快速凝固技术的基础理论研究现状
1.1 快速凝固过程的热力学与动力学理论研究
1.1.1 金属熔体的过冷及形核
1.1.2 非平衡快速凝固理论发展概述
1) 非平衡界面动力学
2) 浓溶液合金枝晶生长
1.1.3 非晶合金的快速凝固形成理论
1.2 快速凝固技术的主要实现路径
1.2.1 动力学急冷快速凝固
1.2.2 热力学深过冷快速凝固
1.3 快速凝固材料的亚稳微观结构
1.3.1 非晶结构
1.3.2 晶粒细化组织
1.3.3 无偏析凝固组织
1.3.4 亚稳偏析组织
1.3.5 非平衡特殊亚稳结构
2 快速凝固技术的应用发展现状
2.1 快速凝固设备与产业化应用研究现状
2.1.1 急冷快速凝固装置
1) 水冷铜模吸铸
2) 熔体旋转装置
2.1.2 过冷快速凝固装置
1) 玻璃熔覆装置
2) 落管装置
3) 电磁悬浮装置
4) 太空快速凝固实验装置
2.1.3 新型快速凝固装置的产业化应用
1) 新型一体化压铸机
2) 激光增材设备
3) 液态金属喷涂装置
2.2 未来快速凝固关键技术发展及应用的核心要素
2.2.1 高效换热和冷却系统的创新
2.2.2 原位观测数据实时采集与自动优化系统
2.2.3 新型高性能合金定向开发与精准成型技术
2.2.4 智能制造与机器学习集成
3 快速凝固技术的挑战与未来发展方向
1) 多尺度极端非平衡凝固理论不断建立和完善
2) 超常快速凝固技术和手段推陈出新
3) 快速凝固装备智能化发展日新月异
4) 太空快速凝固技术迅猛发展
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