有两个关于材料科学方面的问题请高手指点，不甚感激！

液态金属结晶的基本过程

1液态金属结晶的驱动力：两相自由能的差值ΔGV为结晶的驱动力。，对于给定金属，L与T0均为定值，△GV仅与△T有关。因此，液态金属结晶的驱动力是由过冷度提供的。过冷度越大，结晶的驱动力也就越大，过冷度为零时，驱动力就不复存在。所以液态金属在没有过冷度的情况下不会结晶。

2 液态金属结晶过程：首先，系统通过起伏作用在某些微观小区域内克服能量障碍而形成稳定的新相晶核；新相一旦形成，系统内将出现自由能较高的新旧两相之间的过渡区。为使系统自由能尽可能地降低，过渡区必须减薄到最小原子尺度，这样就形成了新旧两相的界面；然后，依靠界面逐渐向液相内推移而使晶核长大。直到所有的液态金属都全部转变成金属晶体，整个结晶过程也就在出现最少量的中间过渡结构中完成。由此可见，为了克服能量障碍以避免系统自由能过度增大，液态金属的结晶过程是通过形核和生长的方式进行的。

在存在相变驱动力的前提下，液态金属的结晶过程需要通过起伏（热激活）作用来克服两种性质不同的能量障碍（简称能障），两者皆与界面状态密切相关。一种是热力学能障，它由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，能直接影响到系统自由能的大小，界面自由能即属于这种情况；另一种是动力学能障，它由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取决于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。前者对形核过程影响颇大，后者在晶体生长过程中则具有更重要的作用。而整个液态金属的结晶过程就是金属原子在相变驱动力的驱使下，不断借助于起伏作用来克服能量障碍，并通过形核和生长方式而实现转变的过程。

3形核：亚稳定的液态金属通过起伏作用在某些微观小区域内形成稳定存在的晶态小质点的过程称为形核。

形核条件：首先，系统必须处于亚稳态以提供相变驱动力；其次，需要通过起伏作用克服能障才能形成稳定存在的晶核并确保其进一步生长。由于新相和界面相伴而生，因此界面自由能这一热力学能障就成为形核过程中的主要阻力。根据构成能障的界面情况的不同，可能出现两种不同的形核方式：均质生核和非均质生核。

均质生核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的生核过程。

非均质生核：在不均匀熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行生核的过程。

4 均质生核机制必须具备以下条件：

1) 过冷液体中存在相起伏，以提供固相晶核的晶胚。

2) 生核导致体积自由能降低，界面自由能提高。为此，晶胚需要体积达到一定尺寸才能稳定存在。

3) 过冷液体中存在能量起伏和温度起伏，以提供临界生核功。

4) 为维持生核功，需要一定的过冷度。

5临界晶核半径而言，非均质形核临界半径r非与均质形核临界半径 r均的表达式完全相同。非均质生核的临界形核功ΔG非与均质生核的临界形核功ΔG均之间也仅相差一个因子 f(θ)。0°<θ< 180°，0 < f(θ) < 1，故V冠 < V球，ΔG非< ΔG均，因而衬底都具有促进形核的作用，非均质生核比均质生核更容易进行。

6生核剂：一种好的生核剂首先应能保证结晶相在衬底物质上形成尽可能小的润湿角θ，其次生核剂还应该在液态金属中尽可能地保持稳定，并且具有最大的表面积和最佳的表面特性。

7晶体的生长主要受以下几个彼此相关的过程所制约：

①界面生长动力学过程；

②传热过程；

③传质过程。

8固－液界面的微观结构

从微观尺度考虑，固—液界面可划分为粗糙界面与平整界面，或非小平面界面及小平面界面。

粗糙界面（非小平面界面）：界面固相一侧的几个原子层点阵位置只有50%左右为固相原子所占据。这几个原子层的粗糙区实际上就是液固之间的过渡区。

平整界面（小平面界面）：界面固相一侧的点阵几乎全部被固相原子占据，只留下少数空位；或在充满固相原子的界面上存在少数不稳定的、孤立的固相原子，从而从整体上看是平整光滑的。

对于不同的α值，对应不同的界面微观结构，称为Jackson判据。

当α≤2 时，界面的平衡结构应有 50%左右的点阵位置为固相原子所占据，因此粗糙界面是稳定的。

当α>2 时，界面的平衡结构或是只有少数点阵位置被占据，或是绝大部分位置被占据后而仅留下少量空位。因此，这时平整界面是稳定的。α越大，界面越平整。

绝大多数金属的熔化熵均小于2，在其结晶过程中，固－液界面是粗糙界面。多数非金属和化合物的α值大于2，这类物质结晶时，其固－液界面为由基本完整的晶面所组成的平整界面。铋、铟、锗、硅等亚金属的情况则介于两者之间，这类物质结晶时，其固—液界面往往具有混合结构。

9界面的生长机理和生长速度

1、连续生长机制——粗糙界面的生长。较高的生长速度。

2、二维生核生长机制——完整平整界面的生长。生长速度也比连续生长低。

3、从缺陷处生长机制——非完整界面的生长。(1)螺旋位错生长；(2)旋转孪晶生长；反射孪晶生长。生长速度比二维形核生长快，仍比连续生长慢。

10溶质再分配和平衡分配系数

单相合金的结晶过程一般是在一个固液两相共存的温度区间内完成的。在区间内的任一点，共存两相都具有不同的成分。因此结晶过程必然要导致界面处固、液两相成分的分离。同时，由于界面处两相成分随着温度的降低而变化，故晶体生长与传质过程必然相伴而生。这样，从生核开始直到凝固结束，在整个结晶过程中，固、液两相内部将不断进行着溶质元素重新分布的过程。我们称此为合金结晶过程中溶质再分配。

衡固相中溶质浓度与平衡液相溶质浓度的比值称为平衡分配系数。

11平衡结晶中的溶质再分配规律：

12固相无扩散，液相均匀混合——Scheil公式

13固相无扩散，液相只有有限扩散：

初期过渡阶段：在结晶初期，生长的结果导致溶质原子在界面前沿进一步富集。溶质的富集降低了界面处的液相线温度，只有温度进一步降低时界面才能继续生长。这一时期的结晶特点为：随着固液界面向前推进，固、液两相平衡浓度CS与CL持续上升，界面温度不断下降。

稳定生长阶段：界面上排出的溶质量与扩散走的溶质量相等，晶体便进入稳定生长阶段。Cs=C0，界面前方。

后过渡阶段：到生长临近结束，富集的溶质集中在残余液相中无法向外扩散，于是界面前沿溶质富集又进一步加剧，界面处固、液两相的平衡浓度复又进一步上升，形成了晶体生长的最后过渡阶段。

14热过冷和成分过冷

仅由熔体实际温度分布所决定的过冷状态称为热过冷。由溶质再分配导致界面前方熔体成分及其凝固温度发生变化而引起的过冷称为成分过冷。

成分过冷判据：

15固液界面前沿金属液过冷状态对结晶过程的影响

1、热过冷对结晶过程的影响

(1)界面前方无热过冷下的平面生长：界面能最低的宏观平坦的界面形态是稳定的。界面上偶然产生的任何突起必将伸入过热熔体中而被熔化，界面最终仍保持其平坦状态。这种界面生长方式称为平面生长。生长中，每个晶体逆着热流平行向内伸展成一个个柱状晶。

(2)热过冷作用下的枝晶生长：界面前方存在着一个大的热过冷区。宏观平坦的界面形态是不稳定的。一旦界面上偶然产生一个凸起，它必将与过冷度更大的熔体接触而很快地向前生长，形成一个伸向熔体的主杆。主杆侧面析出的结晶潜热使温度升高，远处仍为过冷熔体，也会使侧面面临新的热过冷，从而生长出二次分枝。同样，在二次分枝上还可能生长出三次分枝，从而形成树枝晶。这种界面生长方式称为枝晶生长。如果GL <0的情况产生于单向生长过程中，得到的将是柱状枝晶；如果GL <0发生在晶体的自由生长过程中，则将形成等轴枝晶。

2、成分过冷对结晶过程的影响

(1) 界面前方无成分过冷的平面生长：当一般单相合金晶体生长符合条件

时，界面前方不存在过冷。因此界面将以平面生长方式长大。

(2)窄成分过冷区作用下的胞状生长

当一般单相合金晶体生长符合条件

时，界面前方存在着一个狭窄的成分过冷区。在窄成分过冷区的作用下，不稳定的平坦界面就破裂成一种稳定的、由许多近似于旋转抛物面的凸出圆胞和网格状的凹陷沟槽构成的新的界面形态，称为胞状界面。以胞状界面向前推进的生长方式称为胞状生长，其生长结果形成胞状晶。每个胞状晶的横向成分很不均匀，k0 <1的合金，晶胞中心溶质含量最低，向四周逐渐增高。

(3) 宽成分过冷区作用下的枝晶生长

①柱状枝晶生长

随着界面前方的成分过冷区逐渐加宽，晶胞凸起伸向熔体更远，凸起前端逐渐变得不稳定，胞状生长就转变为柱状枝晶生长。如果成分过冷区足够大，二次枝晶在随后的生长中又会在其前端分裂出三次分枝。这样不断分枝的结果，在成分过冷区内迅速形成了树枝晶的骨架。单相合金柱状晶生长是一种热量通过固相散失的约束生长。在生长过程中主干彼此平行地向着热流相反的方向延伸，相邻主干的高次分枝往往互相连接，排列成方格网状，构成柱状枝晶特有的板状排列，从而使材料的各项性能表现出强烈的各项异性。

②等轴枝晶生长

当界面前方成分过冷区进一步加宽时，成分过冷的极大值ΔTcm将大于熔体中非均质生核最有效衬底大量生核所需的过冷ΔT非，于是在柱状晶生长的同时，界面前方这部分熔体也将发生新的生核过程，并且导致了晶体在过冷熔体（GL<0）的自由生长，从而形成了方向各异的等轴枝晶。

等轴枝晶的存在阻止了柱状晶区的单向延伸，此后的结晶过程便是等轴晶区不断向液体内部推进的过程。

由此可见，就合金的宏观结晶状态而言，平面生长，胞状生长和柱状枝晶生长皆属于一种晶体自型壁生核，由外向内单向延伸的生长方式，称为外生生长。等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式称为内生生长。可见成分过冷区的进一步加大促使了外生生长向内生生长的转变。显然，这个转变是由成分过冷的大小和外来质点非均质生核的能力这两个因素所决定的。大的成分过冷和强生核能力的外来质点都有利于内生生长和等轴枝晶的形成。

16．共晶合金的共生生长

大多数共晶合金在一般情况下是按共生生长的方式进行结晶的。结晶时，后析出相依附于领先相表面析出，形成具有两相共同生长界面的双相核心；然后依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元而使两相彼此合作地一起向前生长，称为共生生长。

共生生长应该满足两个基本条件：其一是共晶两相应有相近的析出能力，并且后析出相易于在领先相的表面形核，从而形成具有共生界面的双相核心；其二是界面前沿溶质原子的横向扩散应能保证共晶两相的等速生长，使共生生长得以进行。

17．共晶合金的离异生长和离异共晶

共晶两相没有共同的生长界面，它们各以不同的速度独立生长，两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而在形成的组织上没有共生共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称为离异共晶。

在下述情况下，共晶合金将以离异生长的方式进行结晶，并形成几种形态不同的离异共晶组织。

① 因以下两种原因造成一相大量析出，另一相尚未开始结晶时，将形成晶间偏析型离异共晶组织。

a）由系统本身的原因所造成：当合金成分偏离共晶点很远，初晶相长得很大，共晶成分的残留液体很少，类似于薄膜分布于枝晶之间。当共晶转变时，一相就在初晶相的枝晶上继续长出，而把另一相单独留在枝晶间。

b）由另一相的形核困难所引起：合金偏离共晶成分，初晶相长得较大。如果另一相不能以初生相为衬底形核，或因液体过冷倾向大而使该相析出受阻时，初生相就继续长大而把另一相留在枝晶间。

合金成分偏离共晶成分越远、共晶反应所需的过冷度越大，则越容易形成上述的离异共晶。

② 当领先相为另一相的“晕圈”所封闭时将形成领先相呈球团状结构的离异共晶组织。在共晶结晶过程中，有时第二相环绕领先相生长而形成一种镶边外围层，此外围层称为“晕圈”。一般认为，晕圈的形成是因两相在形核能力和生长速度上的差别所致。

在两相性质差别较大的非小面—小面共晶合金中更容易出现这种晕圈组织

当界面前沿液体内实际温度是正梯度时就可以形成圆缺型的过冷区,这种与液体内溶质浓度相关的过冷称为成分过冷,其过冷度称为“成分过冷度”产生“成分过冷”,必须具备两个条件：第一是固——液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配；第二是固——液界面前方液相的实际温度分布,或温度分布梯度必须达到一定的值

2a无成分过冷时,界面的微小凸起会立即消失,从而维持平面生长；

b窄成分过冷区间,界面微小凸起引起溶质在凸起沟槽内密集,进而使熔点下降,抑制凸起横向生长速度并形成一些由低熔点溶质汇集区所构成的网络状沟槽,凸起前端受成分过冷区窄的限制,不能自由生长,最后发展为胞状晶生长；

c成分过冷区较宽时,胞状晶生长方向垂直于固-液界面,随着GL/R的减小,界面前方的成分过冷区逐渐加宽,胞状晶生成成柱状枝晶；

d当成分过冷区很大时,固-液界面前方成分过冷的最大值大于熔体中非均质生核大量生核的过冷度,在柱状树枝晶由外向内生长的同时,界面前方这部分熔体将发生大量生核,形成方向各异、生长方向尺寸相近的等轴树枝晶

3成分变化和实际温度分布

消防行业英语词汇表

　导语：消防员作为特殊的救护职业，需经过特殊的体能、技能及心理素质的训练，保证具备特殊的体能、技能及心理素质的要求。下面是我收集整理的有关消防的专业英语词汇，欢迎参考!

　Criticality alarm system 临界报警系统

　crystal boundary 晶界

　Crystal particle 晶粒

　ctric spark 电火花

　Current consumption at alarm 报警电流

　current density 电流密度

　cyindrical plug valve 圆柱形转阀

　cylindrical crystal 柱状晶

　cylindrical valve 圆筒阀

　CAFS compressed air foam system [消]压缩空气泡沫系统

　abandonment 离弃(指见死不救的行为)

　abatement of smoke 消减烟雾(法)

　ABC extinguisher [消]ABC灭火器(能用来扑灭A、B、C类火灾的灭火器)

　ABC method 心肺复苏法

　ABC powder extinguishing agent [消]ABC 干粉灭火剂(适用于扑救A类、B类和C类火灾的干粉灭火剂)

　ablation characteristics 烧蚀特征

　ablation of melting body 熔融物体的烧蚀

　ablation-product radiation 烧蚀生成物的辐射

　abnormal combustion 异常燃烧(发动机爆震，早燃等不正常的总称)

　abnormal condition 反常情况，不正常状态，非正常状态

　absolute temperature 绝对温度

　absolute temperature scale 绝对温标

　absorbed gas 吸收状态气体(或瓦斯)

　absorbent for confining spills 限制溢出物蔓延的吸收性材料

　Acceptance check and reception systems of plant 设备验收交接制度

　Acceptance regulation of equipment repair quality 设备修理质量验收制度

　Accessible Means of Egress 易通行的疏散通道

　Accident due to quality 质量事故

　Accident management regulation of plant 设备事故管理制度

　Accommodation stairway 简易楼梯

　acousto-optic effect 声光效应

　Added value rate of plant assets 设备资产增值率

　Addressable alarm system 可编程(址)报警系统

　Adjustable piston valve 活动式汽阀

　Adjustable pressure limiting valve 可调限压阀

　Adjustable retrictor valve 可调节流阀

　Aerial extinguisher 航空灭火装置

　Aerial ladder fire truck 云梯消防车

　Afterbirth-like crystal 胞状晶

　Agricultural fire pump 农用消防泵

　Air inlet 进风口

　Air lift pump 气泡泵

　Air pressure balance for fire control 均压防灭火

　Air-foam fire branch 空气泡沫枪

　Air-lift pump 气升泵

　Airport crash fire vehicle 机场消防车

　Alarm 报警

　Alarm (in control room) (控制室内)报警

　Alarm and protection system 报警保护系统

　Alarm device 报警装置

　Alarm display panel 报警显示器

　Alarm for voltage 电压报警器

　Alarm gamma ray survey 报警器伽玛测量

　Alarm of fire 火灾警报

　Alarm pressure 报警压力

　Alarm signal 报警信号

　Alarm system 报警系统

　Alarm unit 报警单元

　Alcohol resistant foam concentrate 抗溶泡沫液

　Alert data 报警数据

　Amino group powder 氨基干粉

　An1quan2fang1mian4de5wei1xian3 安全方面的危险

　Analog warning accuracy 模拟报警精度

　analog warning test 模拟报警试验

　analogue detection and alarm system 模拟量探测报警系统

　Ancient and rare trees 古树名木

　Annular pressure loss 环空泵压损失

　Anti-burning mechanical draft cooling tower 阻燃型冷却塔

　Anti-collision warning device 防碰报警装置

　Appliance carrying fire vehicle 器材消防车

　Aqueous film forming foam concentrate 水成膜泡沫液

　arc resistance 耐电弧性

　Area of Refuge 避难区域

　Areal (departmental) repair center 地区(部门)修理中心

　Arson 放火

　Automatic explosion suppression system 自动抑爆系统

　Automatic fire a1arm system 火灾自动报警系统

　Automatic fire alarm system 火灾自动报警系统

　automatic fire equipment 自动消防设备

　Automatic fire signa1 自动火灾信号

　automatic light control 自动光强控制装置

　Automatic sprinkling fire extinguishing system 自动喷水灭火系统

　Auxiliary fire vehicle 后援消防车

　average deviation 平均偏差

　Average pump pressure 平均泵压

　aar against all risk 综合险，保一切险，保全险

　AA auto-alarm 自动报警

　AAB Aircraft Accident Board 飞行事故调查委员会

　AAC automat and automatical control 自动装置与自动控制

　AACC American automatic control council 美国自动控制委员会

　AACC American Association for Contamination control 美国控制污染协会

　AAE American Association of Engineers 美国工程师协会

　AAEC Australian Atomic Energy commission 澳大利亚原子能委员会

　AAEE American Association of Electrical Engineers 美国电气工程师委员会

　AAJ Architectural Association of Japan 日本建筑协会

　AAR aircraft accident report 飞机事故报告

　AAS American Association for the advancement of Science 美国科学促进协会

　Ab air-breaker 空气断路器

　baby Bangor [消]小拉梯〈一种没有绳索和滑轮的拉梯，主要用于建筑物内部〉

　back flame [消]复燃火焰〈熄灭后再燃的'火焰〉

　back pack [消]背包式灭火器〈背负的五加仑灭火器，内装泵，用于扑救草地和灌木丛〉

　back pack pump tank 背负式带泵灭火器

　back pack pump tank fire extinguisher [消]小型背负泵式灭火器

　back pressure valve 止回阀，背压阀

　back scattering 反向(后向)散射

　back stair 后楼梯，辅助楼梯

　back staircase 后楼梯，辅助楼梯间

　back step [消](消防车的)后踏板

　back stopping [矿]上向梯段回采

　back strack 由原路退回

　back stretch [消]反向铺设水带

　back up 1、备用的，候补的2、倒转，回退

　back-up battery 备用电源

　back-up breaker 备用断路器

　Back-up safety functions 辅助安全功能

　baffle 1、隔板 2、[消]水箱隔板 3、隔火板 4、缓冲板 5、导流叶片 6、遮护物

　balanced system 1、[消]均衡系统 2、均衡系统，对称系统

　Balancing pressure on stopping 均压防灭火

　ball blanket [消]塑料球覆盖层

　ball cock 浮球阀

　ball hydrant [消]球形消防栓

　ballast tank 1、压载水枪 2、压载舱

　ball-float liquid-level meter 球形浮子液面计

　Base injection foam extinguishing system 液下喷射泡沫灭火系统

　Beat fireproof 建防火带

　Bell character 报警字符

　Biological Chip 生物芯片

　biplane butterfly valve 平板蝶阀

　Blower extinguishment 风机灭火

　Blow-off valve seat 放水阀座

　Boiler safety valve 安全阀

　Boilor check valve seat 止回阀座

　Branch crystal 树枝晶

　Budget of installation 安装预算

　bulk range 喷射距离

　Burn (Verb) 燃烧(动词)

　Burning behaviour 燃烧性能

　Bursting 爆裂

　butterfly valve 蝴蝶阀

　by-pass valve 旁通阀

　Cabinet extinguishing equipment 柜式灭火装置

　Cabinet foam extinguishing eguipment 柜式泡沫灭火装置

　cabinet foam extinguishing equipment [消]柜式泡沫灭火装置

　cabinet type hose washing machine [消]柜式洗水带机

　cable line-type fixed temperature detector [消]缆式线型定温探测器〈采用缆式线结构的线型定温探测器〉

　cable tray fire break 电缆槽盒阻火物

　cable vault 电缆进线室

　cable-tray penetration 电缆槽盒穿透(度)

　cable-tray temperature sensor 缆式温度传感器

　calamity damage insurance 火灾保险

　calculation of probabilities [林]可能性推算

　calibration criterion 校准标准

　call back 1、[消]火灾报警箱 2、[英]公用电话亭 3、[消]召回

　Calorific potential 潜热能

　camp boss [林]营地管理员〈负责建立和管理一个消防营地的人〉

　campaign fire [林]战役火灾〈要花一天以上才能扑灭的森林火灾〉

　campfire [林]营火

　camshaft 凸轮轴，分配轴

　can [口][消]灭火器

　Canadian Association of fire Chiefs 加拿大消防长官协会

　Canadian Association of fire Investigators 加拿大火灾调查委员会

　Canadian Automotive Rescue Society 加拿大汽车救援协会

　Canadian Centre for Emergency Preparedness 加拿大应急准备中心

　Candela 坎德拉

　Capital investment recovery period of plant 设备投资产出比

　Carbon dioxide extinguishing agent 二氧化碳灭火剂

　Carbon dioxide extinguishing system 二氧化碳灭火系统

　Carbon dioxide fire extinguisher 二氧化碳灭火器

　Carbon dioxide fire vehicle 二氧化碳消防车

　casting-state structure 铸态组织

　Catchpit 集流坑

　Ceiling screen 挡烟垂壁

　Central alarm station 中央报警站

　Central fire alarm control unit 集中火灾报警控制器

　Centralized maintenance 集中维修

　centrifugal pump 离心泵

　Centrifugal pump drainage 离心泵排水

　Centrifugal water pump 离心式水泵

　Check point 检测点

　Check valve 止回阀

　Chemical foam 化学泡沫

　Chemical reaction extinguisher 化学反应式灭火器

　Chemical reaction fire extinguisher 化学反应式灭火器

　Chimney effect 烟囱效应

　Chip 芯片

　Chute rail smoke extinguishing system 滑道架式烟雾灭火系统

　CIF of imported equipment 进口设备到岸价

　city fire station 城镇消防站

　city path for fire wehicles 城镇消防通道

　Claims for equipment 设备索赔

　Class A A类火

　Class B B类火

　Class C C类火

　Class D D类火

　class of safety protection 安全防护等级

　Classified management of plant 设备分级管理

　CO fire extinguishing system 二氧化碳灭火

　Cocrystallization 共晶体

　Coefficient of pump pressure 泵压系数

　Coercionary service system 强制保养制

　coercive force 矫顽力

　Combination of design, manufacturing and operation 设计、制造与使用相结合

　combination of professional management and mass management 专业管理与群众管理相结合

　Combination of repair, modernization and renewal 修理、改造与更新相结合

　Combination of service and planned maintenance 维护与计划检修相结合

　combination of technical management and economic management 技术管理与经济管理相结合

　Combination type fire detector 复合式火灾探测器

　Combined agent extinguishing system 混合灭火系统

　Combined extinguishing 综合灭火

　Combined maintenance 混合维修

　Combined smoke and powder extinguishing system 烟雾干粉联用灭火系统

　combustibility 可燃性

　Combustiblc 可燃的

　Combustion 燃烧

　Command and communication fire vehicle 通讯指挥消防车

　Commodity inspection 商检(商品检验)

　complete discharge 完全喷射

　Complete set of plant 设备的成套性

　Complexity coefficient of repair 修理复杂系数

　Comprehensive utilization ratio of plant 设备综合利用率

　Compressed air pump drainage 压气泵排水

　Constitution ratio of plant 设备构成比

　containment spray system 安全壳喷淋系统[压水堆]

　contract change and cancellation 合同变更与解除

　control valve 调节阀

　Coordinate Bond 配价键

　Coordination Compound 配位化合物

　Copper 铜

　core spray system 堆芯喷淋系统[沸水堆]

　Corridor 走廊

　cost for re-building the historical and cultural relics 文物建筑重建费

;

快速凝固技术快速凝固技术是目前材料科学与工程领域最活跃的课题之一。 它是通过对合金熔体进行快速冷却（冷却速率大于104~106 K/s）或遏制冷却过程中的非均匀形 核，使合金在大的过冷度下发生高生长速率 （耳~100cm/s）的凝固。冷却速率是决定合金凝固组织的关键因素， 它不仅决定着凝固组织形态，而且对组织中各相的析出次序、种类及数量都有重要的影响。所以较好地理解冷却 速率对合金凝固组织和性能的影响，在解释同一成分合金铸造出不同形状铸件时 微观组织的差异是相当有益的。 传统的铸造工艺，由于凝固速度较低，合金在冷 却过程中的过冷度和凝固速度较小， 因此常规铸造合金有着晶粒粗大、 偏析严重等严重缺陷。快速过冷技术无论对合金的成分设计还是还是对合金围观组织以及 宏观特性都有很大的影响。一、 快速凝固技术快速凝固即由液相到固相的相变过程进行的非常快， 从而得到普通铸件和铸 锭无法获得的成分、相结构和显微组织结构的过程。目前快速凝固技术已经在许 多方面显示出其优越性，与常规铸锭材料相比，快速凝固材料的偏析程度大幅度 降低，而且快速凝固材料的化学成分多比较均匀。 应用快速凝固技术可以制备具 有超高强度、高耐蚀性和磁性的材料，非晶、准晶、微晶和纳米晶合金等。目前， 快速凝固技术已成为一种挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重 要手段。快速凝固技术已开始应用于研究合金在凝固时的各种组织形态的变化以 及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。二、 快速凝固的基本原理和分类从技术原理上讲，快速冷却主要有两种原理：急冷凝固技术和大过冷凝固技 术。1、急冷凝固技术急冷凝固技术又称熔体淬火技术，即提高熔体凝固时的传热速度从而提高凝 固时的冷却速度，使熔体的形核时间短、效率高，来不及在平衡熔点附近凝固， 只能在远离平衡熔点的较低温度下凝固。急冷凝固技术的核心是要提高凝固过程 中熔体的冷却速度。一个相对于环境放热的系统的冷却速度取决于该系统在单位

时间内产生的热量和传出系统的热量。因此对金属凝固而言，提高系统的冷却速 度必须要求：第一，减少单位时间内金属凝固时所释放的热量； 第二，提高凝固过程中的散热速度。又因常规铸造凝固是熔体在体积很大的铸模中同时凝固、 热量不易迅速传出以及固态淬火主要是通过对流传热因而冷速不高， 急冷凝固技术的基本原则是设法把熔体分成尺寸很小的部分，增大熔体与冷却介质接触的面 积，并设法减小熔体与冷却介质的界面热阻。急过冷凝固技术中根据熔体分离和冷却方式的不同，可以分为雾化技术、模 冷技术和表面处理技术三大类。(1)模冷技术是通过高热导率材料衬底上薄层熔体的快速冷却开始，使合金 熔体中形成大的起始形核过冷度， 从而实现高凝固速率。主要包括：枪法、活塞 砧法、熔体旋转法、平面流铸造法、熔体拉拽法、电子束急冷淬火法、熔体提取法和急冷模法。(2)雾化技术是使熔体在离心力、机械力或高速流体的冲击力等外力作用下，分散成尺寸极小的雾状熔滴，并使其在与流体或冷却模接触后迅速冷却凝固。 具 体分为：流体雾化法，离心雾化法和机械雾化法。(3)表面处理技术是使待加工的材料或半成形、已成形的工件表面层实现快速凝固的技术。它适用于对表面性能有特殊要求的材料或工件。 主要有表面熔化 和表面喷涂沉积两类。2、大过冷凝固技术大过冷凝固技术即通过各种有效的净化手段避免或消除金属或合金液中的异质晶核的形核作用，增加临界形核功，抑制均质形核作用，使得液态金属或合 金获得在常规凝固条件下难以达到的过冷度，从而实现快速冷却。因均匀形核所需的过冷度较大，所以，通过使合金熔体纯净化，设法消除异 晶来提高过冷度，可以实现快速冷却。对于大过冷熔体，其凝固过程不受外部散 热条件所控制，生长速度可以达到甚至超过激冷凝固过程中的晶体生长速度。 熔体深过冷的获得，理论上不受液态金属体积限制。 因此，大过冷凝固技术是实现 三维大体积液态金属快速凝固最为有效的途径。大过冷技术主要包括乳化法、两相区法、熔融玻璃净化法、电磁悬浮熔炼法。

三、快速凝固的物理条件快速凝固的急冷凝固技术和大过冷凝固技术，分别对应着不同的物理条件。1、 冷却速率急冷凝固技术是通过提高热流从熔体中的导出速率来实现的快速凝固。 本质上,冷却速率是控制急冷快速凝固的重要的物理条件。 由于凝固层内部的热阻随凝固层厚度的增大而迅速提高，导致凝固速率下降，这就决定了急冷凝固的材料 至少在一维方向上尺寸很小，例如零维粉材、一维线材和二维带材均是在较大的 冷却速率下获得的快速凝固材料。但是，由于急冷材料尺寸微小，还存在液 /固相、固/固相的干扰，采用热电偶法、光学测定法、高速摄影法等测温法实验难 度较大，而且精确度较低。因此，研究中大多采用数值模拟等理论计算方法来获 得熔体的冷却速率。也可以用经验公式来估算实际的冷却速率， 晶粒尺寸一般随冷却速率的增加而减小，它们之间呈指数函数关系：m dt=B(dT/dt)式中，dT/dt为熔体的冷却速率，di为晶粒的平均尺寸，B、m是与合金成份有 关的常数。2、 过冷度大过冷凝固是指在特殊实验条件下， 通过消除异质晶核，使液态金属冷却至 远低于其平衡凝固温度以下的温度，然后发生快速晶体形核与生长的物理现象。 过冷的液态金属处于热力学亚稳态， 一旦发生晶体形核，其生长速度主要取决于 过冷度的大小而不受外部冷却速度控制，凝固过程中释放的潜热被过冷熔体吸 收，可大大减小导出的热量，从而在慢速冷却条件下获得很大的凝固速率。 与急冷快速凝固的区别在于，大过冷凝固技术不追求大的冷却速率， 获得很大的过冷 度、使熔体达到较大的过冷状态是实现深过冷快速凝固的基本物理条件。 在常规凝固条件下，熔体所能获得的最大过冷度为 02TLK。大过冷凝固技术的突出优点在于：一是可以实现三维大体积液态金属的快速 凝固；二是可以在慢速冷却过程中深入并且定量地研究快速凝固过程的动力学规 律，为金属材料快速凝固组织形态控制及其性能优化设计奠定理论基础。3、 凝固环境

液态金属周围的物理场(引力场、电磁场、温度场)、器壁、气氛和压力等环 境因素对快速凝固过程具有显著的影响，从而构成控制快速凝固行为的物理条 件。例如，在地面重力场中，由于重力驱动的 StokeS运动会造成严重的宏观偏 析，在偏晶合金凝固的情况下尤其严重；压力下的结晶易于获得非晶、准晶结构； 容器器壁和氧化性气氛往往导致晶体的非自发形核。在各种环境条件下，空间环境是一种特殊的物理环境， 空间环境具有三大基 本特征：微重力、无容器以及超高真空。其中超高真空和无容器条件可最大限度 的消除异质晶核和外来界面造成的非自发形核，容易实现液态金属的大过冷快速 凝固；微重力条件克服了重力驱动的 Stokes运动，并使晶体生长过程中的温度 场和溶质扩散场具有对称性和均匀性特征，从而获得晶粒细小、偏析程度小的凝 固组织。四、快速凝固对合金微观组织的影响快速凝固技术由于具有传统铸造工艺无法比拟的极高的冷速， 因此能有效的克服铸造冶金存在问题。它的优点表现主要表现在以下几点：⑴增大合金元素的固溶度合金元素的固溶强化作用与合金元素在基体中的固溶度的大小， 即溶解能力的大小有直接关系。合金在平衡凝固时，溶质原子在固相中溶解度降低，被排到 未凝固的液相中，形成粗大的偏析相，降低材料的性能。在快速凝固过程中， 随 着合金熔体过冷度的增大，界面前沿溶质原子的扩散在很大程度上受到抑制， 溶质截留效应显著，从而导致固溶体中溶质含量远高于平衡相图上的最大固溶度极 限，形成亚稳态的固溶度扩展的固溶体， 从而提高了合金的固溶度，一方面可以 更好的实现合金元素的固溶强化作用， 另一方面，在时效过程中析出的细小第二 质点还可以起到沉淀硬化的作用。(2)细化晶粒快速凝固技术的特点之一就是能够细化材料的微观组织，形成细晶粒组织。 由于凝固形核前过冷度可达几十至几百度，而结晶形核速率比长大速度更强烈的 依赖过冷度，所以快速凝固技术大大提高了凝固时的形核速率， 而极短的凝固时

间又使晶粒不可能充分长大，加之又会发生枝晶臂熔断现象，因而在快速凝固条 件下能够形成非常细小的凝固组织， 可获得微晶甚至纳米晶，并且晶粒尺寸十分 均匀。快速凝固合金的微观组织一般随离冷却介质距离的增加或者离初始形核位 置距离的增加，依次是等轴晶、胞状、柱状晶或树枝晶。(3)减小偏析在传统的铸造条件下，由于合金或者金属的冷却速度比较低， 凝固过程中固 液界面缓慢向前推进，溶质原子不断在界面前沿富集，最后形成成分极不均匀的 组织。成分偏析不仅使合金元素的固溶作用得不到充分发挥， 也降低了材料的使 用性能。采用快速冷却时，溶质原子在很短的时间内来不及扩散和偏聚， 从而大大减 轻了成分偏析程度，细小的晶粒也使得成分偏析被控制在很小的范围内。 快速凝 固组织的成分均匀化主要表现在： 溶质组元不均匀分布或偏析范围明显减小； 快 速凝固使得固液界面出现溶质分配不平衡或溶质截留现象， 使合金成分不均匀程 度大大减小。(4)形成亚稳相亚稳相是指在一定温度、压力、成分等状态条件下吉布斯自由能比稳定相高 的相，它必须在外界环境作用下经过热激活越过势垒才能转变成稳定相。 快速凝固时，由于溶质原子不能进行长程扩散和重新排列，抑制了一些平衡相的析出， 一些亚稳相优先形核析出。亚稳相的析出，往往会对合金性能产生有利的影响。 例如，Al-Fe合金中，由于弥散 AIFe6亚稳相粒子阻碍位错的运动，所以提高了 合金强度和韧性等。(5)非晶态凝固当合金熔体冷却速率极高或被过冷至玻璃态转变温 Tg以下时，结晶过程将被完全抑制，形成非晶态合金。与传统的晶态合金相比，非晶态合金在很多方面 具有明显的优势。比如：非晶态合金的力学性能更优异、加工性能良好、 抗多种 介质腐蚀、具有良好的生物相容性，并且是良好的航天飞行器结构材料。急冷凝 固技术是制备非晶材料的主要方法，这一课题也成为材料科学与工程领域的热点 之一。总之，快速冷却技术的发展为提升传统金属材料的性能提供了新的契机， 对

非晶、微晶以及纳米晶等新型材料的制备提供了可能。 快速凝固材料具有优异的物理化学性能，在国防、机械、化工等多个领域都有很好的发展前景。近年来，材料领域的研究人员也对此做了大量的研究， 并且取得了很大的进展。不仅从传热、传质和固液界面动力学对凝固过程的动力学过程和晶体生长的 行为给出了日趋合理的描述，而且能够在低速生长至高速生长的较大的范围内预 测界面能、溶质截留和结晶潜热等对晶体生长方式和组织形态的影响规律。 但对 它是通过对合

金熔体进行快速冷却（冷却速率大于104~106 K/s）或遏制冷却过程中的非均匀形 核，使合金在大的过冷度下发生高生长速率 （耳~100cm/s）的凝固。

冷却速率是决定合金凝固组织的关键因素， 它不仅决定着凝固组织形态，而

且对组织中各相的析出次序、种类及数量都有重要的影响。所以较好地理解冷却 速率对合金凝固组织和性能的影响，在解释同一成分合金铸造出不同形状铸件时 微观组织的差异是相当有益的。 传统的铸造工艺，由于凝固速度较低，合金在冷 却过程中的过冷度和凝固速度较小， 因此常规铸造合金有着晶粒粗大、 偏析严重

有。通过采用激光共聚焦扫描显微镜对AISI304奥氏体不锈钢的凝固过程进行了原位动态观察研究，当冷却速率为005 K/s时，奥氏体不锈钢以胞状晶方式凝固，其凝固模式为FA模式，冷却速度对结构有影响，奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。