非平衡凝固理论与技术

前言

第1章 非平衡凝固过程与凝固组织

1.1 非平衡凝固过程

1.1.1 凝固的基本概念

1.1.2 平衡态和非平衡态

1.2 非平衡凝固组织形成条件

1.3 典型的非平衡凝固组织

1.3.1 连续铸锭组织

1.3.2 定向凝固组织

1.3.3 对流对凝固组织的影响

思考题

第2章 过冷熔体凝固的基本理论

2.1 凝固过程中数学物理模型的建立

2.1.1 在相体积内的控制方程

2.1.2 界面条件

2.2 在过冷熔体中的晶核成长

2.2.1 问题的渐近解

2.2.2 关于时间的内解

2.3 过冷熔体中球晶生长的界面稳定性

2.3.1 基态解

2.3.2 球晶界面的形态稳定性

2.4 对流对于过冷熔体球晶生长的影响

思考题

第3章 定向凝固的基本理论

3.1 一维凝固过程的相似性解

3.1.1 物理模型的建立

3.1.2 模型的相似性解

3.2 一维凝固过程的非相似性解

3.2.1 时间意义上的内解

3.2.2 时间意义上的外解

3.3 平界面稳定性理论：M-s理论

3.3.1 纯熔体凝固的稳定性分析

3.3.2 二元合金定向凝固的稳定性分析

3.4 非稳态情形下平界面的稳定性分析

思考题

第4章 过冷熔体中自由枝晶生长理论

4.1 枝晶生长的Ivantsov解

4.1.1 物理模型

4.1.2 模型求解

4.1.3 枝晶尖端半径与生长速度的不确定性

4.2 临界稳定性理论

4.2.1 物理模型及二维界面运动方程

4.2.2 稳定性分析及稳定性标准

4.3 微观可解性理论

4.3.1 物理模型

4.3.2 模型求解与分析

4.4 界面波理论

4.4.1 枝晶生长的基态解和扰动态

4.4.2 扰动态解在外部区域的渐近展开式

4.4.3 零级近似解

4.4.4 一级近似解

4.4.5 外解中的奇点εc的特性与stokes现象

4.4.6 解在奇点ε=εc附近内部区域的渐近展开式

思考题

第5章 快速凝固理论与技术

5.1 快速凝固热力学

5.1.1 凝固热力学模式

5.1.2 亚稳平衡相图

5.1.3 T0线

5.1.4 非平衡溶质分配系数

5.2 快速凝固动力学

5.2.1 形核动力学

5.2.2 相选择动力学

5.2.3 界面稳定性

5.2.4 快速生长时的带状组织

5.3 快速凝固技术

5.3.1 快速凝固技术的原理及分类

5.3.2 急冷凝固技术

5.3.3 大过冷凝固技术

思考题

第6章 非晶形成的物理基础

6.1 非晶形成的热力学基础

6.2 非晶形成的动力学基础

6.3 非晶的形成能力

6.4 非晶的晶化动力学

6.5 非晶金属材料制备技术及其应用

6.5.1 非晶金属材料的制备技术

6.5.2 非晶态合金的性能

6.5.3 非晶金属材料在工程中的应用

思考题

第7章 非平衡凝固组织的模拟及相场理论

7.1 非平衡凝固组织模拟的数学物理模型

7.1.1 凝固过程中的过冷现象

7.1.2 形核模型

7.1.3 生长模型

7.2 非平衡凝固组织模拟的方法

7.2.1 确定性模拟方法（Deterministic Modeling）

7.2.2 MonteCarlo方法

7.2.3 CellularAutomata方法

7.3 相场理论简介

7.3.1 相场变量

7.3.2 纯物质的相场方程

7.3.3 合金的三维相场模型

7.4 相场理论在组织模拟中的应用

7.4.1 溶质陷落

7.4.2 枝晶生长

7.4.3 等轴枝晶结构的形成与枝晶侧臂的搭桥

7.4.4 柱状晶的竞争生长与枝晶破断

7.4.5 共晶集群结构的形成

7.4.6 微观组织的粗化

思考题

第8章 非平衡凝固技术与新型材料

8.1 连续铸造技术

8.1.1 连续铸造技术概述

8.1.2 连续铸钢

8.1.3 薄板坯连铸技术

8.1.4 0CC技术

8.2 定向凝固技术

8.2.1 发热剂法（EP法）

8.2.2 功率降低法（PD法）

8.2.3 高速凝固法（HRS法）

8.2.4 液态金属冷却法（LMC法）

8.2.5 区域熔化液态金属冷却法（ZMLMC法）

8.2.6 深过冷定向凝固（DUDS）

8.2.7 电磁约束成形定向凝固技术DSEMS）

8.2.8 激光超高温度梯度快速定向凝固

8.2.9 单晶制备技术

8.3 半固态铸造技术

8.3.1 半固态铸造的工艺原理和适用范围

8.3.2 半固态铸造的特点

8.3.3 半固态合金组织

8.3.4 半固态合金的流变性能

8.3.5 半固态合金浆料的制备

8.3.6 半固态铸造方法

8.3.7 半固态加工技术的应用

8.4 准晶材料

8.4.1 准晶概述

8.4.2 准晶材料制备技术

8.4.3 准晶材料的性能

8.4.4 准晶材料的应用

8.5 微晶材料

8.5.1 微晶合金的制备技术

8.5.2 微晶合金的特点

8.6 金属纳米材料制备技术

8.6.1 高压淬火法

8.6.2 深过冷熔体结晶法

8.6.3 非晶晶化法制备金属纳米结构材料

8.6.4 纳米材料的特性

8.6.5 金属纳米材料的应用

思考题

参考文献

《非平衡凝固理论与技术》主要包括非平衡凝固过程的基本理论，如非平衡凝固过程与凝固组织、过冷熔体凝固的基本理论、定向凝固的基本理论以及过冷熔体中自由枝晶生长理论；快速凝固理论与技术；非晶形成的物理基础；非平衡凝固组织的模拟及相场理论；非平衡凝固技术与新型材料，如连续铸造技术、定向凝固技术、半固态铸造技术、准晶材料、微晶材料、金属纳米材料制备技术等。《非平衡凝固理论与技术》可作为高等院校材料科学等专业本科生和研究生的教材，也可供从事金属凝固方面研究的科研人员参考。