晶體定向生長(zhǎng)

前言

通過對(duì)凝固過程的控制，以獲得晶體呈一定方向排列的微觀組織，對(duì)于工程材料和功能材料的制備過程顯得尤為重要。它不僅可使得工程材料的性能（特別是高溫性能）得以大幅度提高，而且對(duì)于諸多功能材料的制備起著決定性的作用。由此，形成了在凝固領(lǐng)域的一個(gè)重要分支——晶體的定向生長(zhǎng)。晶體的定向生長(zhǎng)是近年來(lái)凝固技術(shù)發(fā)展的典型代表之一，在材料凝固成形加工領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的地位，它廣泛應(yīng)用于制造高溫合金和自生復(fù)合材料領(lǐng)域中，其最新發(fā)展是制取單晶體，突出代表是單晶渦輪葉片，它比一般定向凝固柱狀晶葉片具有更高的工作溫度、抗熱疲勞強(qiáng)度、抗蠕變強(qiáng)度和抗腐蝕性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)出版了幾本關(guān)于金屬凝固理論的專著和教材，同時(shí)由于晶體定向生長(zhǎng)技術(shù)的重要性，國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)在晶體定向生長(zhǎng)方面均進(jìn)行了大量的研究工作，發(fā)表了許多重要的學(xué)術(shù)論文，但至今尚未看到一本可供大學(xué)本科生教學(xué)使用的系統(tǒng)介紹晶體定向生長(zhǎng)的教材。本教材為我?！跋冗M(jìn)材料制備與控制”專業(yè)方向設(shè)置的專業(yè)課程而編寫，其主要任務(wù)是使學(xué)生了解和掌握金屬凝固過程中晶體生長(zhǎng)方面的基本知識(shí)和金屬晶體生長(zhǎng)過程的控制技術(shù)以及該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。本書的前2章歸納介紹了晶體定向生長(zhǎng)方面的基礎(chǔ)理論，第3章介紹晶體定向生長(zhǎng)的基本方法，而后在第4章重點(diǎn)介紹晶體定向生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展，第5章介紹晶體定向生長(zhǎng)技術(shù)的應(yīng)用以及目前工程材料的單晶制備技術(shù)。本教材的大部分內(nèi)容由王建博士編寫，全書由邢建東教授規(guī)劃、編寫（部分）和定稿。本教材在編寫過程中得到西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持，同時(shí)參考和引用了部分該校在晶體定向生長(zhǎng)方面的博士學(xué)位論文，從而使得本教材的內(nèi)容與該領(lǐng)域目前的研究進(jìn)展得以密切結(jié)合和體現(xiàn)，在此深表謝意。

內(nèi)容概要

　　《晶體定向生長(zhǎng)》結(jié)合晶體定向生長(zhǎng)的基本理論，在參考目前國(guó)內(nèi)外晶體定向生長(zhǎng)及控制方面研究工作的基礎(chǔ)上較全面地介紹了晶體定向生長(zhǎng)的理論和實(shí)踐。全書共分為5章，前2章系統(tǒng)介紹了晶體定向生長(zhǎng)方面的基本理論和知識(shí)；第3章介紹晶體定向生長(zhǎng)的過程及控制技術(shù)；第4章介紹晶體定向生長(zhǎng)技術(shù)的最新發(fā)展及其應(yīng)用情況；第5章扼要介紹幾種采用定向生長(zhǎng)方式制備金屬單晶的技術(shù)和應(yīng)用情況。　　《晶體定向生長(zhǎng)》適用于高等學(xué)校金屬材料及其制備相關(guān)專業(yè)的本科生，也可作為材料工程相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的參考讀物。

書籍目錄

主要符號(hào)表第1章 晶體生長(zhǎng)的基本原理1.1 相圖與凝固1.2 晶體的形核1.3 晶體的生長(zhǎng)第2章 晶體定向生長(zhǎng)的傳熱與傳質(zhì)2.1 晶體生長(zhǎng)過程的熱量傳遞2.2 晶體生長(zhǎng)過程的質(zhì)量傳遞第3章 晶體定向生長(zhǎng)及控制3.1 晶體定向生長(zhǎng)過程3.2 晶體定向生長(zhǎng)方法第4章 晶體定向生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展4.1 電渣感應(yīng)連續(xù)定向生長(zhǎng)4.2 電磁約束成形定向生長(zhǎng)4.3 深過冷晶體定向生長(zhǎng)4.4 激光快速定向生長(zhǎng)第5章 晶體定向生長(zhǎng)技術(shù)的應(yīng)用5.1 單晶生長(zhǎng)技術(shù)5.2 O.C.C連鑄技術(shù)5.3 高溫合金單晶制備技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章　晶體生長(zhǎng)的基本原理晶體的生長(zhǎng)是凝固過程的重要環(huán)節(jié)，晶體生長(zhǎng)過程實(shí)際上是液相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^程，亦稱為凝固。在許多工業(yè)生產(chǎn)的場(chǎng)合，晶體生長(zhǎng)似乎是各向同性的，但從微觀角度來(lái)看晶體在生長(zhǎng)過程中總是沿著某一方向的，這些方向一方面受到各種工藝因素如熱流方向、溫度梯度等的影響，另一方面亦會(huì)受到溶質(zhì)分布、晶體位向等的影響。本章圍繞晶體組織的形成，從晶體形核和長(zhǎng)大角度出發(fā)討論影響晶體形態(tài)和生長(zhǎng)的基本原理，為晶體生長(zhǎng)過程的控制奠定理論基礎(chǔ)。1.1相圖與凝固工程用金屬材料通常都是多組元的，在凝固過程中各種晶體或以單質(zhì)，或以固溶體，或以化合物的形式析出。二元合金的凝固是研究凝固過程中晶體形核和生長(zhǎng)過程基本原理的基礎(chǔ)。多元系的凝固通?？稍诙的烫卣鞯幕A(chǔ)上加以分析，而單組元（純物質(zhì)）的凝固則可用二元系在溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨于零的情況下來(lái)推論。因此，對(duì)凝固過程晶體形核和生長(zhǎng)基本原理的研究常以二元系為對(duì)象來(lái)進(jìn)行討論和計(jì)算。1.二元合金的凝固方式人們通過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算獲得大量二元合金相圖，從而為凝固過程的研究奠定了理論基礎(chǔ)。以圖1—1所示的CO—Zr二元相圖為例，可以看出盡管實(shí)際遇到的相圖可能非常復(fù)雜，然而仔細(xì)分析可發(fā)現(xiàn)，所有二元相圖都是由圖1—2所示的共晶、偏晶、包晶及連續(xù)固溶體四種基本相圖所構(gòu)成的。圖中的A和B可以是純物質(zhì)，也可以是化合物。從圖1—2可以看出，除具有特殊成分的合金外（如圖1—2（a）中的共晶成分點(diǎn)LE，圖1—2（b）中的偏晶成分點(diǎn)Lm），其它成分的合金在開始凝固時(shí)僅有一種晶體組織從液相中析出，具有單相合金的凝固特征，因而單相合金的凝固是最典型的、普遍的凝固方式。盡管許多單相合金在凝固后期也可能發(fā)生多相凝固，但凝固初期的單相凝固方式是決定最終凝固組織的關(guān)鍵。

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《西安交通大學(xué)"十一五"規(guī)劃教材?晶體定向生長(zhǎng)》是由西安交通大學(xué)出版社出版的。

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