基于快速热分析技术的金属熔体凝固亚临界形核特性研究

金属熔体的临界形核尺寸以及亚临界形核的微结构是经典金属凝固理论中悬而未解的科学问题。本项目拟通过将高灵敏度快速热分析手段与金属薄膜快速凝固技术相结合，研究金属凝固过程的孕育形核规律，并利用该快速热分析技术可实现原位大冷速（高于1,000,000K/s）的优势，以高精度的控温和控时手段，将处于不同过冷状态下的金属熔体凝固过程中的微结构"冻结"下来，并辅以高分辨透射电镜和三维原子探针等分析测试手段，从实验上直接观察液态金属形核以前的亚临界形核核心的特征，从而确定快速凝固条件下金属熔体的临界形核尺寸以及微结构在形核过程中的作用。系统探讨液态金属形核的临界尺寸、亚临界晶核的微结构及分布特征，并以理论模型对以上亚临界形核的特性进行阐述，揭示金属快速凝固过程中瞬态变化的亚临界晶核的形成及转化特性，为将快速热分析技术应用于金属快速凝固及形核领域的研究提供理论依据和实验基础，丰富并发展金属凝固理论。

金属熔体的临界形核尺寸以及亚临界形核的微结构是经典金属凝固理论中悬而未解的科学问题。本项目通过将高灵敏度快速热分析手段与金属快速凝固技术相结合，研究了金属凝固过程的孕育形核规律。通过快速热分析技术可实现原位大冷速的优势，以高精度的控温和控时手段，将处于不同过冷状态下的金属熔体凝固过程中的微结构"冻结"下来，并辅以高分辨透射电镜等手段，从实验上直接观察液态金属形核以前的亚临界形核核心的特征。涉及到的体系包括纯Sn、SnAg等体系的单个金属微滴，Ce基非晶合金以及AlSn、ZnBi等可以获得纳米镶嵌液滴的体系。确定了快速凝固条件下金属熔体临界形核的结构特征以及微结构在形核过程中的作用。系统探讨了液态金属形核的临界尺寸、亚临界晶核的微结构及分布特征。尤其是对Ce基非晶合金的研究，发现了微团簇在液态金属和非晶态转变中的桥梁作用。本项目的研究为快速热分析技术应用于金属快速凝固及形核领域的研究提供了理论依据和实验基础，丰富并发展了金属凝固理论。