典型非平衡形核/生长类相变动力学研究

本项目以非晶合金的晶化这一典型的形核/生长类相变为研究对象，借助精确设计的热分析实验系统，深入研究晶化中的形核、生长及碰撞过程，实现该非平衡形核/生长类相变行为的精确描述。从某些特定的合金系出发，完成不同非平衡条件下非晶合金的制备。基于晶化过程的结构演变及相转变，以及晶化中孕育期和玻璃转变温度的分析与表征,进行晶化驱动力及形核过程研究，建立热力学/动力学协同修正的形核率控制方程。分析不同非平衡条件下的非晶晶化动力学过程，提出综合考虑界面控制和扩散控制的混合生长模型，以及几何因素同扩散因素共同作用下的碰撞模型。在此基础上, 提出面向统一性的支持混合形核、混合生长及混合碰撞的扩展等动力学理论，建立不同非平衡条件下形核/生长类相变统一描述的动力学解析模型。通过上述工作，将非平衡形核/生长类相变动力学研究推向更深的理论层次。

从相变的非平衡性出发，对液/固相变与亚稳材料固态转变这两个相互关联的物理过程进行了热力学与动力学研究；针对特定的合金系，深入的研究了热力学理论在典型形核/生长类相变动力学过程中的应用。主要的研究成果有：(1)非平衡凝固过程中形核理论研究；(2)非平衡凝固中再辉过程描述；(3)二元稀溶液合金线性稳定性理论；(4)单相固溶体合金枝晶主干稳定性及晶粒细化模型；(5)最大熵产生原理在非平衡凝固中的应用：尖锐界面动力学模型、多相场模型；多元浓溶液合金凝固；(6)多元浓溶液合金临界稳定性分析；(7)多元浓溶液合金自由枝晶生长；(8)基于扩展等动力学的解析模型拓展；(9)考虑生长各向异性效应的固态相变动力学；(10)考虑热力学效应的相变动力学；(11)考虑耦合化学/机械驱动力效应的固态相变动力学；(12)亚稳材料的晶粒长大机制。通过上述研究，我们旨在对整个非平衡液/固相变和固态转变过程进行理论描述，最终明确经典热力学、不可逆热力学以及扩展不可逆热力学如何应用于非平衡动力学过程，并为将要开展的热力学/动力学相关性研究做好铺垫。