金属纳米、非晶、准晶、超细晶材料作为具有优异特性的高技术新型金属材料，愈来愈显示出重要的应用前景。又因其涉及众多基础问题，从而为科学研究提供了更广阔的空间，具有重要的理论与实际价值。本书在总论凝固科学技术与材料发展之后，从快速凝固的物理基础入手，在对动力学快速急冷凝固和热力学深过冷快速凝固进行讨论与总结的基础上，详尽介绍了包括非晶、准晶、微晶、纳米晶在内的非平衡凝固新型金属材料、非平衡定向凝固与组织超细化、熔体热处理与非平衡凝固的新进展。
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第一章 凝固科学技术与材料发展 1
1.1 凝固的历史发展 1
1.2 凝固科学的形成 2
1.3 凝固科学技术与材料发展 4
1.3.1 优质铸件凝固 4
1.3.2 定向凝固 5
1.3.3 晶体生长 9
1.3.4 快速凝固 11
1.3.5 深过冷凝固 14
1.3.6 超常凝固 16
1.4 凝固科学技术发展展望 19
参考文献 20
第二章 快速凝固的物理基础 23
2.1 快速凝固技术概论 23
2.1.1 快速凝固技术的起源 23
2.1.2 快速凝固的定义 24
2.1.3 实现快速凝固的途径 24
2.2 快速凝固动力学与热力学 26
2.2.1 单向合金快速凝固 26
2.2.2 共晶合金的快速凝固组织 29
2.2.3 亚稳定相与非晶态的形成 30
2.3 非平衡溶质分配理论 35
2.3.1 溶质“捕获”与无偏析凝固 35
2.3.2 无溶质分配凝固热力学 36
2.3.3 无溶质分配凝固动力学 39
2.4 快速凝固的组织特征 43
参考文献 45
第三章 动力学急冷快速凝固 46
3.1 动力学急冷快速凝固原理 46
3.2 动力学急冷快速凝固的传热特点 47
3.2.1 模冷快速凝固过程的热流问题 48
3.2.2 雾化快速凝固过程的热流问题 49
3.2.3 激光表面重熔快速凝固过程中的热流问题 50
3.3 动力学急冷快速凝固技术 51
3.3.1 急冷凝固技术的分类 51
3.3.2 气体雾化法制备快速凝固粉末材料技术 52
3.3.3 制备线材、带材的快速凝固技术 58
3.3.4 体材料的快速凝固技术 60
3.3.5 激光表面重熔快速凝固技术 64
参考文献 66
第四章 热力学深过冷快速凝固 68
4.1 过冷及过冷度的遗传 68
4.1.1 过冷及过冷度的概念 68
4.1.2 过冷度的遗传性 70
4.1.3 过冷度的理论极限 70
4.1.4 热力学深过冷技术的发展现状 72
4.2 熔体热力学深过冷的原理与方法 73
4.2.1 热力学深过冷实验原理与方法 73
4.2.2 循环过热与熔融玻璃复合净化获得热力学深过冷的机制 78
4.2.3 制约熔体获得最大热力学深过冷的实验因素 79
4.2.4 金属或合金熔体热力学深过冷净化处理效果的衡量标准 82
4.3 热力学深过冷熔体的凝固特征 82
4.3.1 液态金属结构理论 82
4.3.2 深过冷条件下均质形核的热力学 84
4.3.3 熔体的再辉与超冷状态 86
4.3.4 深过冷熔体凝固组织晶粒细化的机制 89
4.3.5 过冷熔体中的液相分解现象 91
参考文献 93
第五章 非平衡凝固新型金属材料 95
5.1 非晶态合金 96
5.1.1 非晶固体的微观结构特征 97
5.1.2 非晶态合金的开发历程 98
5.1.3 熔体过冷与非晶态转变 98
5.1.4 非晶合金的制备 100
5.1.5 大块非晶合金的开发 101
5.1.6 增强相/大块金属玻璃基体复合材料 106
5.2 准晶态合金 111
5.2.1 准晶的形成 111
5.2.2 大体积准晶材料的制备 112
5.2.3 准晶的性能 114
5.3 快速凝固微晶材料 115
5.3.1 微晶合金的结构特点 115
5.3.2 微晶合金的制备 117
5.3.3 微晶合金的性能特点 117
5.3.4 微晶合金的应用 119
5.4 金属纳米结构材料 120
5.4.1 熔体凝固法制备块体纳米材料 121
5.4.2 非晶晶化法制备金属纳米结构材料 122
5.4.3 金属纳米结构材料的性能 127
参考文献 139
第六章 非平衡定向凝固与组织超细化 141
6.1 非平衡定向凝固理论基础 142
6.1.1 成分过冷理论及其局限性 142
6.1.2 绝对稳定理论的提出及其局限性 143
6.1.3 影响定向凝固组织的特征长度 144
6.2 非平衡定向凝固界面形态演化 145
6.2.1 非平衡定向凝固枝胞转变过程 146
6.2.2 枝胞转变过程的凝固界面形态和微观组织 147
6.2.3 枝胞转变的时空条件模型 148
6.2.4 温度梯度对定向凝固高温合金界面形态的影响 150
6.2.5 生长速率对定向凝固高温合金界面形态的影响 151
6.3 非平衡定向凝固过程中的温度梯度和生长速率控制 152
6.3.1 温度梯度的控制 152
6.3.2 生长速率的控制 155
6.4 定向高温合金的组织超细化 156
6.4.1 高温合金超细柱晶组织形态特征 156
6.4.2 高温合金超细柱晶组织枝晶间距的超细化 158
6.4.3 非平衡高温合金合金相的超细化 160
6.4.4 高温合金超细柱晶组织的高温持久性能与断裂机制 165
6.5 非平衡定向凝固的溶质偏析 166
6.5.1 冷却速率对非平衡定向凝固合金枝晶偏析的影响 167
6.5.2 非平衡定向凝固影响枝晶偏析的主要因素 167
6.6 深过冷快速定向凝固 169
6.6.1 概述 169
6.6.2 SDS试样的凝固组织特征 169
6.6.3 SDS的凝固机制 171
6.7 电磁约束成形定向凝固技术 176
6.7.1 工艺参数对高温合金无接触电磁成形过程的影响 177
6.7.2 电磁约束成形定向凝固凝固组织特征 179
6.8 激光超高温度梯度快速定向凝固技术 179
6.9 侧向约束下的定向凝固 180
6.10 对流下的定向凝固(ACRT法) 183
参考文献 185
第七章 熔体热处理与非平衡凝固 188
7.1 熔体热处理的基本思想 188
7.1.1 熔体结构及其与温度的关系 189
7.1.2 熔体热处理的基本思想 190
7.2 熔体热处理研究主要成果 191
7.2.1 熔体热处理对铝硅合金熔体结构、凝固过程及组织性能的影响 191
7.2.2 熔体温度处理对铝铜合金组织、性能的影响 193
7.2.3 熔体热处理对Cu-Al-Ni形状记忆合金晶粒细化的影响 194
7.2.4 熔体热历史对快凝铝铁基合金显微结构的影响 195
7.2.5 高温熔体处理工艺在镍基高温合金中的应用 196
7.3 熔体过热度与形核过冷度的关系 196
7.3.1 锑铋合金 197
7.3.2 铝铜合金 202
7.3.3 镍基单晶高温合金 204
7.4 熔体热历史对液固界面形态的影响 206
7.4.1 定向凝固工艺参数的确定 206
7.4.2 熔体热历史制度 211
7.4.3 熔体热历史对定向凝固界面形态的影响 211
7.4.4 熔体热历史对定向凝固一次枝晶间距的影响 218
7.5 熔体非平衡特性对液固界面稳定性的影响 221
7.5.1 熔体非平衡黏滞性η对定向凝固界面稳定性的影响 222
7.5.2 非平衡溶质分配系数k对定向凝固界面稳定性的影响 225
7.5.3 结晶过冷度ΔT-对界面稳定性的影响 226
参考文献 230
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