快速凝固技术
快速凝固技术的性能介绍
快速凝固技术的性能介绍概述快速凝固技术是一种用于加工材料的先进技术，其主要目的是通过快速降低材料温度，使其迅速凝固和固化。
这种技术可以应用于多种材料加工领域，包括金属、陶瓷、塑料等。
本文将重点介绍快速凝固技术的性能特点及其在不同领域中的应用。
性能特点快速凝固技术的主要性能特点包括以下几个方面：1. 快速凝固速度快速凝固技术相对于传统凝固方法来说，具有更快的凝固速度。
传统凝固方法通常需要较长的时间来使材料逐渐凝固，而快速凝固技术可以将凝固时间缩短到数秒甚至更短的时间内。
这种快速凝固速度可以提高生产效率，减少能源消耗，并且有助于改善材料的性能。
2. 细化晶粒结构快速凝固技术可以显著细化材料的晶粒结构，使其具有更均匀的成分分布和更细小的晶粒尺寸。
这种细化效果一方面能够提高材料的强度和硬度，另一方面也有助于改善材料的塑性和韧性。
细化晶粒结构还可以提高材料的热稳定性和耐腐蚀性，从而拓宽了材料的应用范围。
3. 降低残余应力在传统凝固过程中，材料会受到内部应力的作用，导致产生残余应力。
而快速凝固技术可以有效降低材料的残余应力水平。
这主要归功于快速凝固过程中的高速冷却，使得材料的晶格结构能够更快地达到平衡态，减少应力的积累。
降低残余应力有助于提高材料的稳定性和可靠性，减少因应力引起的材料疲劳和断裂。
应用领域快速凝固技术在多个领域中具有广泛的应用。
以下是其中一些重要的应用领域：1. 金属制造在金属制造领域，快速凝固技术可以用于生产高性能合金材料。
通过快速凝固，可以细化金属材料的晶粒结构，提高其强度和硬度。
此外，快速凝固技术还可以改善金属材料的耐腐蚀性能，提高其在恶劣环境中的使用寿命。
因此，快速凝固技术在航空航天、汽车制造和能源行业等领域都有着重要的应用。
2. 陶瓷工艺快速凝固技术也可以应用于陶瓷工艺中。
陶瓷材料通常具有脆性和低韧性的特点，而通过快速凝固技术可以有效改善这些性能。
快速凝固可以细化陶瓷材料的晶粒结构，增加其韧性和可塑性。
深过冷快速凝固技术
深过冷快速凝固技术深过冷快速凝固技术是一种先进的材料制备技术，它可以通过快速冷却的方式制备出高质量的材料。
这种技术的应用范围非常广泛，可以用于制备金属、合金、非晶态材料等多种材料。
下面将从技术原理、应用领域和未来发展等方面进行详细介绍。
一、技术原理深过冷快速凝固技术是一种通过快速冷却的方式制备材料的技术。
在这种技术中，材料被加热到高温状态，然后通过快速冷却的方式将其迅速冷却到室温以下。
这种快速冷却的方式可以使材料在凝固过程中形成非晶态结构，从而获得更高的强度和硬度。
二、应用领域深过冷快速凝固技术在材料制备领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于制备金属和合金材料。
通过这种技术制备的金属和合金材料具有更高的强度和硬度，同时还具有更好的耐腐蚀性能。
其次，深过冷快速凝固技术还可以用于制备非晶态材料。
这种材料具有非常高的强度和硬度，同时还具有良好的韧性和耐磨性。
此外，深过冷快速凝固技术还可以用于制备纳米晶材料，这种材料具有非常小的晶粒尺寸，从而具有更好的力学性能和热稳定性。
三、未来发展深过冷快速凝固技术在未来的发展中有着广阔的前景。
首先，随着科技的不断进步，这种技术的制备效率和制备质量将会得到进一步提高。
其次，深过冷快速凝固技术将会被应用于更广泛的领域，例如制备高强度、高硬度的材料、制备具有特殊功能的材料等。
此外，深过冷快速凝固技术还可以与其他制备技术相结合，例如3D打印技术，从而实现更加精细化的材料制备。
总之，深过冷快速凝固技术是一种非常先进的材料制备技术，它可以用于制备金属、合金、非晶态材料等多种材料。
随着科技的不断进步，这种技术的应用范围和制备效率将会得到进一步提高，从而为人类社会的发展做出更大的贡献。
材料快速凝固技术
材料快速凝固技术材料快速凝固技术是一种在材料制备中广泛应用的技术，它能够在短时间内将液态材料迅速凝固成固态材料，广泛应用于金属、陶瓷、塑料等材料的生产中。
本文将着重介绍材料快速凝固技术的原理、分类、应用及未来发展方向。
一、原理材料快速凝固技术的原理基本上是通过控制材料的温度，使得其在短时间内迅速凝固，从而形成固态材料。
在材料制备中，通过急冷或者急速加热的方法，可以使得原本需要较长时间才能固化的材料，在较短的时间内固化成形。
这种技术的应用使得生产周期大大缩短，提高了生产效率和产品质量。
二、分类根据快速凝固材料的不同性质和应用，快速凝固技术可以分为几种主要类型。
其中包括：凝固剂辅助技术、电磁场快速凝固技术、激光快速凝固技术、等离子体喷涂技术等。
这些技术在实际应用中有着不同的特点和适用范围。
凝固剂辅助技术通过添加特定的凝固剂来加速材料的固化过程，而电磁场快速凝固技术则是利用电磁场对材料进行加热和冷却，从而使其迅速凝固。
三、应用材料快速凝固技术在金属、陶瓷、塑料等材料的制备中有着广泛的应用。
在金属领域，通过快速凝固技术可以制备出具有优异性能的非晶态合金，提高了材料的硬度和强度，同时降低了材料的成本。
在陶瓷领域，快速凝固技术可以制备出致密的陶瓷材料，改善了材料的力学性能和耐磨性能。
在塑料领域，通过快速凝固技术可以制备出高分子量的聚合物材料，提高了材料的稳定性和耐热性能。
四、未来发展方向随着材料科学和工程技术的发展，材料快速凝固技术也将不断得到完善和拓展。
未来，随着新型材料的不断涌现，材料快速凝固技术将在材料制备和加工中发挥更为重要的作用。
随着新能源、新材料等领域的不断发展，对材料快速凝固技术的需求也将不断增加，预计其在未来会有更广泛的应用和发展空间。
材料快速凝固技术作为一种在材料制备中广泛应用的技术，具有重要的意义。
通过其快速凝固的原理和多样化的应用，不仅提高了材料制备的效率和质量，还为材料领域的发展带来了新的机遇和挑战。
快速凝固技术
快速凝固技术一、金属快速凝固的概念在金属凝固过程中，凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及合金组织有着直接而重要的影响。
快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。
常规工艺下金属的冷却速度一般不会超过102 ℃/S。
例如：大型砂型铸件及铸锭凝固时的冷却速度约为：10-6~10-3 ℃/S；中等铸件及铸锭约为10-3~100 ℃/S；薄壁铸件、压铸件、普通雾化约为100~102 ℃/S。
快速凝固的金属冷却速度一般要达到104~109 ℃/S。
经过快速凝固的合金，会出现一系列独特的结构与组织现象。
1960年美国加州理工学院Duwez等人采用一种特殊的熔体急冷技术，首次使液态合金在大于107℃/S的冷却速度下凝固。
他们发现，在这样快的冷却速度下，本来是属于共晶系的Cu-Ag合金中，出现了无限固溶的连续固溶体；在Ag-Ge合金系中，出现了新的亚稳相；而共晶成分Au-Si (X Si=25%)合金竟然凝固为非晶态的结构，因而可称为金属玻璃。
这些发现，在世界物理冶金和材料科学工作者面前展现了一个新的广阔的研究领域。
二、快速凝固方法及传热特点1、快速凝固方法(1)气枪法(gun technique)。
如图5-22所示，这种方法的基本原理是将熔解的合金液滴，在高压( >50 atm)惰性气体流(如Ar 或He)的突发冲击作用下，射向用高导热率材料(经常为纯铜)制成的急冷衬底上，由于极薄的液态合金与衬底紧密相贴，因而获得极高的冷却速度( >109℃/S) 。
这样得到的是一块多孔的合金薄膜，其最薄的厚度小于0.5~1.0 μm (冷速达109℃/S)。
Duwez等人首次获得熔体急冷合金时，使用的就是这种方法。
目前在某些实验室研究工作中，这种方法仍被使用。
(2)旋铸法(chill block melt-spinning)。
如图5-23所示，旋铸法是将熔融的合金液自钳锅底孔射向一高速旋转的、以高导热系数材料制成的辊子表面。
快速凝固
3.大块试样深过冷法 途径：一、选择某些合金及合金成分，其熔体固有特 性应能保证在不太高的冷却速度下达到大的起始形核 过冷和发生快速凝固。二、通过消除或部分消除合金 熔体中非均质形核作用，使在较缓慢的冷却过程中亦 能达到大的起始形核过冷和发生快速凝固。 4.激光或电子束表面快速熔凝 使高能量密度的激光或电子束以很高的线速度扫描工 件表面，在工件表面形成瞬间的薄层小熔池，热量由 基底材料迅速吸收，在表面造成一个快速移动的温度 场，从而实现快速凝固。 5.喷射成形：将雾化的合金液连续喷射到移动的衬底 材料上，形成连续的沉积、尺寸较大的、几何形态接 近实际情况零件坯件。
临界生长速率由溶质扩散所控制．随着生长速率的 提高，扩散距离变窄，扩散变得愈来愈局域化；另一方 面，在高生长速率下，毛细现象逐渐成为过程的决定性 特征，显微组织变得更细已还可能，在某个临界生长速 率下，显微组织对于横向扩散过程来说已变得太粗，溶 质的扩散距离已接近溶质的毛细现象长度，从而导致平 界面的绝对稳定．由此，对于给定的合金及正的或不很 大的温度梯度，只要生长速率足够高，平界面重新成分 稳定的生长界面形貌； 随着生长速率的提高，界面形貌的转变顺序时：平 界面—胞状—树枝状—胞状—平界面。 当从过冷合金熔体中晶体进行等轴生长时，热扩散 过程起着重要的作用，因此过冷熔体中出现平界面绝对 稳定的临界生长速率vα应为： （8-41） v (v ) (v )
二、快速凝固传热特点 1、薄层熔体在固态衬底上的导热传热 影响温度场及冷却速度的主要因素是：金属/衬底界 面的状况以及试样金属的厚度。
计算表明，对于高导热系数衬底(如铜、银)： 时，为理想冷却方式； 为中间冷却方式； 为牛顿冷却方式。
2.金属液滴在流体介质中的对流传热
在流体介质中以雾化法进行快速凝固时，金属
一种新的快速凝固技术及其应用
一种新的快速凝固技术及其应用
快速凝固技术是指通过高速（通常为数千度每秒）冷却液态物质，使
其在短时间内形成固态结构的一种技术，也被称为快速凝固或快速固化技术。
这种技术可以制备出一系列晶体结构和性能优异的材料，尤其在能源、信息、材料等领域的应用前景十分广阔。
目前，最常见的快速凝固技术是快速凝固法和激光等离子体快速凝固法。
其中，快速凝固法基于铸造技术，通过快速冷却熔体或高温气体，制
备出非晶态或纳米晶态材料。
激光等离子体快速凝固法则是利用激光等离
子体快速加热和冷却样品，从而实现材料快速凝固。
此外，还出现了磁脉
冲快速凝固法和电极爆炸快速凝固法等新型技术。
快速凝固技术已经成功地应用于制备非晶态合金、纳米晶材料、复合
材料、储氢材料等，在能源、信息、材料、生命科学等领域有着广泛的应用。
例如，通过快速凝固方法制备的非晶态合金可以提高磁导率、硬度等
性能，广泛应用于电子、电机、电驱动、汽车等领域；通过快速凝固制备
的纳米晶材料可以提高硬度、强度、塑性等性能，被广泛应用于结构材料、电池材料、催化剂等；通过快速凝固法制备的复合材料可以实现多种功能
的综合，如传输、机械、光学、热学性能，应用于电子、通信、生命科学
等领域，具有非常广泛的发展前景。
总之，随着科技的不断发展和创新，快速凝固技术将会在各个领域得
到广泛应用，并成为未来材料科学和技术的发展方向之一。
深过冷快速凝固技术
深过冷快速凝固技术深过冷快速凝固技术（Deep Supercooling Rapid Solidification Technology）是一种先进的材料制备技术，可以实现液体在极短时间内迅速凝固，得到高质量的固体材料。
本文将介绍深过冷快速凝固技术的原理和应用，并探讨其在材料科学领域的潜力。
一、深过冷快速凝固技术的原理深过冷快速凝固技术是利用超过晶体熔点的温度将物质冷却到液体状态下，然后在极短的时间内迅速凝固。
该技术主要依靠两个关键因素：深过冷和快速凝固。
深过冷是指将液体冷却到低于其熔点的温度，这种状态下液体处于不稳定的过饱和状态，容易发生自发结晶。
而快速凝固则是通过外界的刺激，如机械振动、电磁场或化学反应等，使液体迅速形成固体结构。
二、深过冷快速凝固技术的应用1. 新型材料合成：深过冷快速凝固技术可以制备出具有优异性能的新型材料，如金属、合金、陶瓷等。
通过调控深过冷温度和凝固速度，可以获得细晶粒、均匀分布的相和高强度的材料。
2. 先进能源材料：深过冷快速凝固技术在能源领域有广泛应用。
例如，通过该技术可以制备出高能量密度的锂离子电池电极材料，提高电池的循环稳定性和电池储能能力。
3. 生物医学材料：深过冷快速凝固技术可以用于制备生物医学材料，如人工骨骼、人工关节等。
通过调控凝固速度和组织结构，可以获得具有良好生物相容性和力学性能的材料。
4. 纳米材料制备：深过冷快速凝固技术可以制备出纳米级别的材料。
通过控制深过冷温度和凝固速度，可以获得尺寸均一、形貌精确的纳米颗粒，具有广泛的应用前景。
三、深过冷快速凝固技术的挑战与展望尽管深过冷快速凝固技术在材料科学领域有着广泛的应用，但仍面临一些挑战。
首先，技术参数的调控和控制仍然是一个难题，需要进一步研究和改进。
其次，深过冷快速凝固技术在大规模生产上的可行性和经济性也需要进一步探索。
展望未来，深过冷快速凝固技术有望在材料科学领域发挥更大的作用。
通过不断改进技术和完善工艺，可以制备出更多新型材料，应用于能源、医学、电子等领域。
快速凝固技术工艺方法
快速凝固技术工艺方法快速凝固技术工艺方法是一种通过控制物质的凝固速度来改变物质的微观结构和性质的方法。
下面将介绍几种常用的快速凝固技术工艺方法。
首先是激光熔凝法。
该方法利用高功率激光束将物质加热至高温，然后迅速冷却，使物质迅速凝固。
这种方法可以制备出具有细小晶粒和均匀相分布的材料，具有优异的力学性能和耐磨性。
其次是快速凝固法。
该方法利用高速冷却技术，使物质从液态迅速转变为固态。
常用的快速凝固方法包括溅射法、电顶尖消失法和单一晶体法等。
这些方法可以制备出具有均匀化学成分和非晶或纳米晶结构的材料，具有优异的导磁性和耐腐蚀性。
另外还有凝胶燃烧法。
该方法利用溶胶-凝胶反应，在胶体溶液中混合可燃物质和氧化剂，然后通过点火使反应迅速进行，并产生凝胶燃烧，最终形成固态制品。
这种方法可以制备出具有高比表面积和多孔结构的材料，具有良好的吸附性能和催化性能。
最后是高速压凝法。
该方法利用高速冲击或高压力加载材料，使其迅速凝固。
高速压凝法可以制备出具有均匀结构和高致密度的材料，具有优异的力学性能和热学性能。
以上是几种常用的快速凝固技术工艺方法，它们在材料制备和性能改善方面具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信快速凝固技术工艺方法将会有更多的创新和发展。
继续上文，我们将介绍更多相关的内容，详述快速凝固技术工艺方法的应用和其对材料性能的影响。
快速凝固技术工艺方法在材料制备领域具有广泛应用。
例如，快速凝固法广泛应用于制备非晶合金和纳米晶材料。
非晶合金是由于凝固速度非常快而导致材料形成非晶状态，具有高硬度、高弹性模量和良好的韧性等优点，因此广泛用于高强度结构材料和催化剂等领域。
纳米晶材料通过快速凝固方法，可以制备出具有纳米尺寸晶粒的材料，具有较高的强度、硬度和塑性等特性，适用于高性能电子器件和高精度机械元件。
另外，快速凝固技术工艺方法在材料改性方面也发挥重要作用。
快速凝固技术可以通过调控凝固速度和固液界面特性来改变材料的晶体结构、晶粒尺寸和相分布等，从而改善材料的性能。
快速凝固技术
快速凝固技术
嘿，你问快速凝固技术啊？这可挺厉害呢。
快速凝固技术呢，就是让东西很快地从液态变成固态。
就好像你把热巧克力倒在冰盘子上，一下子就凝固了。
这技术能让材料变得特别不一样哦。
首先呢，它能让材料的结构变得很细。
就像你把沙子堆得很密很密，这样材料就更结实，性能也更好。
比如说一些金属材料，用快速凝固技术处理后，强度会大大提高，不容易坏。
还有啊，能做出一些特殊的合金。
平常的方法做不出来的合金，用快速凝固技术说不定就能行。
就像你玩拼图，有些很难拼的图案，用特殊的方法就能拼出来。
这些特殊合金可能有各种神奇的性能，比如耐高温、耐腐蚀啥的。
快速凝固技术的方法也有不少呢。
有一种是雾化法，把液态的材料变成小雾滴，这样冷却得特别快。
就像你把水喷成雾，一会儿就干了。
还有一种是甩带法，把液态材料甩在一个快速转动的轮子上，也是瞬间就凝固了。
我给你讲个事儿吧。
我有个叔叔在一家工厂上班，他们工厂就用快速凝固技术做一些特殊的零件。
以前那些零件很难做，质量也不太好。
用了快速凝固技术后，零件又轻又结实，性能特别棒。
他们工厂的产品也更受欢迎了。
你看，快速凝固技术多厉害啊。
所以啊，快速凝固技术能让材料结构变细、做出特殊合金，方法有雾化法、甩带法等。
这技术在很多领域都有大用处呢。
加油！。
2.3 快速凝固技术
过冷度（ T - 过冷度（ ℃ ） L - 熔化潜热 （J/Kg） ） C - 比热 (J / Kg ℃ )
见于液相微粒的快凝、 见于液相微粒的快凝、特殊处理的大过冷度液体块料的凝固
3. 快速凝固的特点 凝固速度大，无溶质分配（产生平衡分配） 1. 凝固速度大，无溶质分配（产生平衡分配）。 S/L界面稳定性增加 凝固形成平面、无偏析等轴晶。 界面稳定性增加， 2. S/L界面稳定性增加，凝固形成平面、无偏析等轴晶。 形成组织结构特殊的晶态合金。 3. 形成组织结构特殊的晶态合金。 形成非晶态合金。 4. 形成非晶态合金。 形成准晶合金。 5. 形成准晶合金。
2.3.2
快速凝固技术
1. 急冷凝固技术 （1）模冷技术 （2）雾化技术 （3）表面熔化与沉积技术 2. 大过冷凝固技术 （1）小体积大过冷凝固法 （2）大体积大过冷凝固法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 急冷凝固技术 快速凝固过程中， 快速凝固过程中，熔体金属液流的分散形式与冷却介 质的组合分析： 质的组合分析： 分散形式 冷却介质
dT dτ
对于尺寸足够小的凝固试件， 对于尺寸足够小的凝固试件，界面散热成为控制冷却 的主要环节。增大散热强度，使熔体以极快的速度降温， 的主要环节。增大散热强度，使熔体以极快的速度降温， 即可实现快速凝固。 即可实现快速凝固。
设：液膜厚度为h，与冷却介质的温差T，一维传热， 液膜厚度为h 与冷却介质的温差 一维传热， 其冷却速度为
2.3 快速凝固技术（rapid solidification） 快速凝固技术（ ） 2.3.1 概述
1. 快速凝固及其发展 什么是快速凝固？ 什么是快速凝固？ 指冷却速度大于102K/S的凝固过程称为快速凝固。 指冷却速度大于10 K/S的凝固过程称为快速凝固。 的凝固过程称为快速凝固 在快速凝固领域中的几个主要标志 1960年Duwez及其同事发明 及其同事发明“ 技术， 1) 1960年Duwez及其同事发明“枪”技术，开创了材料科 学领域的一个新时代。（ k/s），这年的工作发现， 。（10 ），这年的工作发现 学领域的一个新时代。（106k/s），这年的工作发现， 凝固工艺可以改变材料的组织结构，包括： 凝固工艺可以改变材料的组织结构，包括： 扩大固溶极限 形成新型非平衡晶体或准晶相 生成金属玻璃 可以说60年代，快速凝固概念形成， 可以说60年代，快速凝固概念形成，并在多种合金体 60年代 系当中观察到了亚稳效应
第二章快速凝固
第二章快速凝固技术2.1快速凝固技术概论快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。
由于由液相到固相的相变过程进行的非常快，快速凝固材料可以获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构。
目前，快速凝固技术是冶金领域和金属材料专业研究的重要领域。
在金属凝固过程中，凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及合金组织有着直接而重要的影响。
常规工艺下金属凝固的冷却速度一般不会超过102 K/s，通常大型砂型铸件及铸锭凝固时的冷却速度约为：10-6-10-3 K/s,中等铸件及铸锭约为10-3-100 K/s；薄壁铸件、压铸件、普通雾化约为100-102 K/s。
快速凝固的金属冷却速度一般要达到106-109 K/s。
经过快速凝固的合金，会出现一系列独特的结构与组织现象。
上世纪60年代美国加州理工学院Duwez等人采用一种特殊的熔体急冷技术，首次使液态合金在大于107 K/s的冷却速度下凝固。
他们发现，在这样快的冷却速度下，本来是属于共晶系的Cu-Ag合金中，出现了无限固溶的连续固溶体；在Ag-Ge 合金系中，出现了新的亚稳相；而共晶成分Au-Si (XSi=25%)合金竟然凝固为非晶态的结构，获得了金属玻璃。
这些发现，在世界物理冶金和材料科学工作者面前展现了一个新的广阔的研究领域。
70年代出现了利用快速凝固技术制备的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发应用取得了重大进展。
目前，快速凝固技术已成为冶金工艺学和金属材料学的一个重要分支。
快速凝固技术既是研究开发新材料的手段，也是新材料生产提高产品质量、降低生产成本的基础。
2.2 快速凝固的组织特征合金的组织结构与合金的凝固模式密切相关。
在过冷不断加深的过程中，合金的组织及结构将发生变化，图2-1 示出了冷却速度加快引起的凝固组织的变化框图。
快速凝固技术及其应用
快速凝固技术及其应用随着人类技术水平的不断提高，快速凝固技术已经成为现代材料研究领域的重要技术。
快速凝固是将金属、合金等原材料在极短的时间内迅速冷却成形的一种加工方式。
它可以制备出具有良好力学性能和物理性质的材料，具有广泛的应用领域。
本文将介绍快速凝固技术的基本原理、分类及其应用。
一、快速凝固技术的原理所谓快速凝固，就是指在极短的时间内将高温物质迅速冷却成形的一种方法。
实现快速凝固的方法有很多种，例如水冷法、气冷法、离子束淬火法等。
其中最流行和最经济实用的方式是利用气体喷雾技术，将高温熔体喷射到高温惰性气体的流中，使其迅速冷却并凝固。
快速凝固技术主要是基于快速冷却对晶体结构和形态的影响，其原理主要包括以下几点：1. 快速冷却能够抑制晶体长大和减缓金属固溶体的扩散速度。
2. 快速冷却能够使金属的组织产生大量的失序现象和高密度位错结构，从而形成细小的晶粒和均匀的组织。
3. 快速冷却可以制备高浓度固溶体、非平衡物相和异质结构，提高材料的强度和硬度。
二、快速凝固技术的分类根据快速冷却的方式和熔体状态的不同，快速凝固技术可以分为多个类别。
其中，主要有以下五大类：1. 溅射法。
溅射法是一种常用的快速凝固技术，它利用高速离子、电子或激光束轰击阴极材料，在抛散的原子和离子中形成薄膜或粉末。
2. 喷雾凝固法。
喷雾凝固法是利用气体喷雾冷却法制备快速凝固材料的一种技术，主要包括气雾冷却、旋转散雾冷却和旋转碟形喷嘴冷却等多种方式。
3. 液滴冷却法。
液滴冷却法采用高温金属薄膜或毛细管的形式将溶液液滴扔入低温惰性气体中，通过快速散热将其快速冷却。
4. 气体淬火法。
气体淬火法类似于液态氮淬火，只是使用的气体不同。
这种方法主要使用惰性气体或氧化氮等工作气体，将金属材料迅速冷却，达到快速凝固的目的。
5. 等离子体技术。
等离子体技术利用等离子体的能量在熔体表面形成薄膜或涂层，形成快速凝固材料。
三、快速凝固技术的应用快速凝固技术具有较宽的应用范围和广泛的应用前景。
第一章 快速凝固技术
2、制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料
例如，超合金和Cu-10%Sn青铜等热加工性能差(易产 生龟裂)的材料。通过快速冷却减少偏析、细化组织，就可 提高变形性能，实现热加工；又如温度保险丝用Pb-Bi共晶 合金等细线强度低，拔丝困难，可采用旋转水纺线法制备。
➢ 也就是说，如果这些亚稳相的晶体结构与平衡相图上相邻 的某一中间相的结构极为相似，则可看成是大过冷下中间 相的亚稳浓度扩大的结果。另一方面，也可能形成某些在 平衡相图上完全不出现的亚稳相。对自然决定于 冷却速度与过冷度。
5、形成非晶态 液态合金经过快速凝固而形成非晶态合金是非
度从而提高凝固时的冷速，使熔体凝固时间极短，并只能在 远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度 和凝固速度。具体实现这一方法的技术称为急冷凝固技术。
另一种方法是“热力学”的方法，即针对通常铸造合金都是 在非均匀形核条件下凝固因而使合金凝固的过冷度很小的问 题，设法提供近似均匀形核(自发形核)的条件。在这种条件 下凝固时，尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷 度从而提高凝固速度。具体实现这种方法的技术称为大过冷 技术。
5、深过冷凝固（大过冷凝固）
材料在大过冷度下的凝固是一种极端非平衡凝固。 一般它是借助于快速凝固和熔体净化的复合作用 而得到的。
快速凝固通过改变溶质分凝(溶质捕获)，液、固 相线温度及熔体扩散速度等使合金达到深过冷状 态。
熔体净化则通过消除异质核心，使熔体达到过冷 状态。
6、超常凝固
超常条件下的凝固指在某些特殊条件或特殊环境 下，区别于一般公认常规条件下的凝固过程。
一种新的快速凝固技术及其应用
一种新的快速凝固技术及其应用
快速凝固技术是一种新型的材料制备技术，它可以在极短的时间内将液态材料迅速凝固成固态材料。
这种技术的应用范围非常广泛，可以用于制备各种材料，如金属、陶瓷、聚合物等。
本文将介绍快速凝固技术的原理、优点以及应用。
快速凝固技术的原理是利用高速冷却的方法将液态材料迅速凝固成固态材料。
这种方法可以使材料的晶粒尺寸变小，从而提高材料的强度和硬度。
同时，快速凝固技术还可以避免材料中的缺陷和气孔的形成，从而提高材料的质量。
快速凝固技术的优点是制备速度快、成本低、材料质量高。
与传统的制备方法相比，快速凝固技术可以大大缩短制备时间，从而提高生产效率。
同时，由于快速凝固技术可以避免材料中的缺陷和气孔的形成，所以制备出的材料质量更加稳定和可靠。
快速凝固技术的应用非常广泛。
在金属材料方面，快速凝固技术可以用于制备高强度、高硬度的合金材料，如钢、铝合金等。
在陶瓷材料方面，快速凝固技术可以用于制备高性能的陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅等。
在聚合物材料方面，快速凝固技术可以用于制备高分子材料，如聚酰亚胺、聚酰胺等。
快速凝固技术是一种非常有前途的材料制备技术，它可以大大提高
材料的性能和质量，同时也可以缩短制备时间和降低成本。
随着技术的不断发展，相信快速凝固技术将会在各个领域得到更广泛的应用。
快速凝固技术
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104~106K/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(≥1~100cm/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。
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快速凝固技术的研究进展摘要：快速凝固技术是当材料科学与工程中研究比较活跃的领域之一，目前已成为一种金属材料潜在性能与开发新材料的重要手段。
快速凝固技术得到的合金与常规合金有着不同的组织和结构特征，对材料科学和其它学科的理论研究以及开展实际生产应用起了重要的作用。
介绍了快速凝固技术的原理和特点、主要方法和在实际中的应用和存在的问题。
关键词：快速凝固技术；合金；应用；存在问题1 引言随着对金属凝固技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝固组织的方法，其中快速凝固已成为一种具有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，同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域[1]。
过去常规铸造合金之所以会出现晶粒粗大，偏析严重、铸造性能差等缺陷的主要原因是合金凝固时的过冷度和凝固速度很小，这是由于它们凝固时的冷速很小而引起的。
要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高熔体凝固时的过冷度，从而提高凝固速度，因此出现了快速凝固技术。
目前，快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了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。
着重于大的温度梯度和快的凝固速度的快速凝固技术，正在走向逐步完善的阶段。
2 快速凝固技术1960年美国的Duwez等用铜辊快淬法，首次使液态合金在大于107K/S的冷却速度下凝固，在Cu—Si合金中发现了无限固溶的连续固溶体；在Ag—Ge合金中出现新的亚稳相；在Au—Si合金中形成非晶结构。
在快速冷却所形成的亚稳结晶组织中，出现了一系列前所未见的重要的结构特征，表现出各种各样比常规合金优异的使用性能[2]。
此后，快速凝固技术和理论得到迅速发展，成为材料科学与工程研究的一个热点。
快速凝固是指通过对合金熔体的快速冷却(≥104～106 K/s)或非均质形核被遏制，使合金在很大过冷度下，发生高生长速率(≥1～100 cm/s)凝固[3]。
通过快速凝固技术获取的粉末和材料会具有特殊的性能和用途。
由于它是一种非平衡的凝固过程[4]，详细的说就是凝固过程中的快冷、起始形核过冷度大，生长速率高，促使固液界面偏离平衡，生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，从而会使常规合金呈现出一系列不同的组织和结构[5]。
由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征[6]：(1)细化凝固组织，使晶粒细化。
结晶过程是一个不断形核和晶核不断长大的过程。
随凝固速度增加和过冷度加深，可能萌生出更多的晶核，而生长的时间极短，致使某些合金的晶粒度可细化到0.1μm以下。
(2)减小偏析。
很多快速凝固合金仍树枝晶结构，但枝晶臂间距可能有0.25μm。
在某些合金中可能发生平面型凝固，从而获得完全均匀的显微结构。
(3)扩大固溶极限。
过饱和固溶快速凝固可显著扩大溶质元素的固溶极限。
因此既可以通过保持高度过饱和固溶以增加固溶强化作用，也可以使固溶元素随后析出，提高其沉淀强化作用．(4)快速凝固可导致非平衡相结构产生，包括新相和扩大已有的亚稳相范围。
(5)形成非晶态。
适当选择合金成分，以降低熔点和提高玻璃态的转变温度T g(T g/T M>0.5)，这样合金就可能失去长程有序结构，而成为玻璃态或称非晶态。
(6)高的点缺陷密度。
固态金属中点缺陷密度随着温度的上升而增大，其关系式为：C=exp（—Q F/RT）式中，C为点缺陷密度，Q F为摩尔缺陷形成能。
金属熔化以后，由于原子有序程度的突然降低，液态金属中的点缺陷密度要比固态金属高很多，在快速凝固过程中，由于温度的骤然下降而无法恢复到正常的平衡状态，则会较多的保留在固态金属中，造成了高的点缺陷密度。
3 快速凝固技术的主要方法3.1 动力学急冷快速凝固技术动力学急冷快速凝固就是设法减小同一时刻凝固的熔体体积与其散热表面积之比。
设法减小熔体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻，同时通过提高铸型的导热能力、增大热流的导出速率，就可使凝固界面快速推进实现快速凝固[7]。
其中熔体的凝固冷速、凝固速率和过冷度是由系统向环境的传热速度和熔体体积等因素控制的，进一步说明影响温度场及冷却速度的主要因素就是金属、衬底界面的状况及金属试样的厚度。
根据熔体分离和冷却方式的不同，可以分为雾化技术、模冷技术和表面熔化及沉淀技术三大类。
①模冷技术。
主要包括：枪法、双活塞法、熔体旋转法、平面流铸造法、电子柬急冷淬火法、熔体提取法和急冷模法。
②雾化技术。
具体分为：流体雾化法、离心雾化法和机械雾化法。
③表面熔化与沉积技术。
主要有离子体喷涂沉积法和激光表面重熔法两种。
在忽略液相过热的条件下，单向凝固速率R取决于固相中的温度梯度ΔT TS，即：R=λs∙∆T TS P S∙∆ℎ式中：λs：固相热导率；Δh：凝固潜热；P s：固相密度；ΔT TS：温度梯度，由凝固层的厚度δ和铸件与铸型的界面温度Ti决定。
对凝固层内的温度分布作线性近似，可得：R=λs∙∆T TSP S∙∆ℎ（T k−T iδ）式中：T k：凝固界面温度。
在应用熔体急冷凝固技术的各种方法时，熔体的传热过程是：固液界面前沿熔体的温度TL>0，而已凝固的固相一侧的温度梯度ΔTs<0，因而过热熔体的热能和熔化潜热只能通过固相向环境释放，这时热流方向与固、液界面移动的方向相反，因而这类快速凝固过程的进行以及相应的凝固冷速、凝固速率和过冷度等都是由系统向环境的传热速度和熔体体积等因素控制的。
目前，主要的快速凝固技术(包括离心雾化法在内)都是通过薄层液态金属与高导热系数的冷衬底之间的紧密相贴来实现极快的导热传热。
影响温度场及冷却速度的主要因素就是金属、衬底界面的状况及金属试样的厚度。
3.2 热力学深过冷快速凝固技术热力学深过冷快速凝固是为了使液态金属或合金获得常规凝固条件下难以达到的过冷度，必须采取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结晶作用，增加临界形核功，抑制均质形核作用，同时在尽可能消除异质晶核的前提下。
使液态金属在液相线以下数百度后突然形核，并获得快速凝固组织的一种工艺方法。
其中深过冷熔体主要是通过导热性差的介质传热或以辐射传热的方式冷却。
其凝固过程不受外部散热条件影响。
同时熔体深过冷理论上也不受液态金属体积限制。
所以，深过冷是实现三维大体积液态金属快速凝固最有效的途径[8]。
对于深过冷熔体，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。
熔体深过冷却获得，理论上不受液态金属体积限制。
因此，深过冷是实现三维大体积液态金属快速凝固最为有效的途径。
(1)热力学深过冷熔体的凝固特征。
过冷熔体处于热力学的亚稳状态，一旦发生晶体形核，其晶体的生长速度主要取决于过冷度的大小，基本不受外部冷却条件的控制。
如果过冷度足够大，熔体的凝固将远离平衡凝固，从而使深过冷熔体的凝固机制和微观组织表现出与传统凝固不同的特点。
主要表现在：①晶粒尺寸的细化，这是深过冷的一个明显特征。
②形成新的亚稳相，深过冷液态金属凝固过程中亚稳相的形成已被许多的研究所证实，并可划分为晶态亚稳相、微晶亚稳相、准晶态亚稳相和金属玻璃。
③无偏析凝固，深过冷条件下，熔体的凝同速度很高，并有可能达到同液界面绝对稳定速度而保持平界面的凝固方式。
同时，由于固液界面上的原子扩散速度远小于凝固速度，界面上几乎不发生溶质原再分配，实际的溶质分配系数近似等于1，所有的溶质均被“陷落”在生长的固相内，使凝固过程成为一种无偏析凝固。
④定向生长特征，深过冷合金液的自由枝晶生长表现出定向凝固形貌的特征，并且可以认为在过冷熔体中实现定向凝固是可能的，但必须在过冷熔体的某一部位施加一个小的温度梯度。
(2)热力学深过冷获得技术实验方法分类。
①大体积液态金属的深过冷，主要有熔融玻璃净化法，循环过热法和熔融玻璃净化法+循环过热法；②微小金属液滴的深过冷，包括乳化热分析法、落管法和无容器电磁悬浮熔烁法；③其他形状金属液态的深过冷——熔体急冷法，可分为：气枪法、雾化沉积法、熔体旋转法、锤砧法、单辊法。
4 快速凝固的性能特点4.1力学性能快速凝固组织由于微观结构的尺寸与铸态组织相比有明显的细化和均匀化，所以具有很好的晶界强化和韧化作用；而成分均匀、偏析减少不仅提高了合金元素的使用效率，还避免了一些会减低合金性能的有害相的产生，消除了微裂纹产生的隐患，因而改善了合金的强度、延性和韧性；固溶度的增大、过饱和固溶体的形成，不仅起到了很好的同溶强化的作用，也为第二相的析出、弥散强化提供了条件；位错、层错密度的提高还产生了位错强化的作用；此外，快速凝固过程形成的一些亚稳相也能起到很好的强化和韧化作用。
所以通常的铸态合金经过快速凝固后，强度、韧性、硬度、耐磨、耐腐蚀等力学性能得到了很大的提高。
4.2 物理性能快速凝同组织的微观组织结构特点还使它们具有一些常规铸态组织所没有的特殊的物理性能。
例如快速凝固形成的一些亚稳相具有较高的超导转变温度。
快速凝固组织的成分偏析的显著减少对提高磁学性能十分有利，所以有些快速凝同晶态合金也和非晶态合金一样具有很好的磁学性能。
此外，某些快速凝同合金还具有很好的电学性能[9]。
5 快速凝固技术在金属材料中的应用5.1 在镁合金的应用镁合金具有一系列优点如刚度及比强度高、电磁屏蔽性能强、尺寸稳定、资源丰富等，所以其在汽车、电子、航空、航天等领域中具有广阔的应用前景。
但是，镁合金自身具有一些缺点如变形能力差、抗腐蚀性能和抗高温性能不高等限制了其发展应用。
当然采用传统的铸造冶金方法难以获取高性能镁合金，不能满足材料的性能要求。
那么研究新的制备工艺和加工技术获取高性能型材和结构件是发展的必然趋势。
所以快速凝固镁合金将成为未来变形镁合金的主要制备工艺。
一些学者研究表明通过快速凝固合金熔体制备的非晶态镁合金，不仅力学性能优异，而且具有优良的抗腐蚀性和储氢性能．是潜在的结构材料和具有发展前途的新型材料。
近年来世界各国投入了人力物力进行快速凝固镁合金的研究取得了大量成果[10]。
5.2 快速凝固技术在铜合金的应用铜及其合金由于具有很高的导热、导电性能和良好的抗腐蚀性能，所以在工业中有着广泛的应用。
随着现代工业的迅速发展，各行业对铜及其铜合金的使用性能提出了更高的要求。
而快速凝固技术的发展为研究和开发高性能铜合金开辟了新的途径。
自二十世纪70年代末以来，英、美、瑞士等国相继开展了快速凝固铜合金的研究。
大量的研究表明快速凝固铜合金不仅保持了良好的导电性能，而且改善了合金的耐磨性能、室温与高温力学性能和耐腐蚀性能。
近年来快速凝固技术已在铜和铜合金的工业生产中得到应用，如利用快速凝固铜合金可以制作耐磨电接触开关、冷凝管、舰艇中的管道和减弱机器噪声的声阻元件、轴承、螺栓、螺旋桨叶片、齿轮等构件有效地提高了它们的综合性能：快速凝固Cu—Cr—Zr合金可以用来制作要求具有较高导电、导热性能和疲劳抗力的部件；快速凝固Cu—Pb合金可以代替价格较贵的常规青铜合金(含铜量大于80％)制作轴承等等[11]。