快速凝固技术工艺方法
11.0 快速凝固技术
优良的超导性能、较高的热稳 金属玻璃保留了液态金属 定性和较低的表面活性，已经 的短程有序的类似原子簇的 或可望应用于机械结构材料、 结构 ，微观组织中不存在晶 磁性材料、声学材料、仿生材 界、位错和偏析等缺陷，其 料、光学材料、体育器材以及 结构类似于普通玻璃 。 电子材料等多个方面。
快速凝固的Al-Fe-V-Si合金组织
23
非晶材料的生产→直接铸造
优点
液态进行成形，所需能量少， 设备轻巧，生产率高 缺点
尺寸上要求至少有一维 很小
热稳定性差
24
25
作业
6.1 6.2 6.3
26
第二节 失重条件下的凝固
失重条件（也称微重力条 件）的凝固与重力条件下完 全不同，如无容器条件下的 形核以及由温度梯度（或密 度梯度）引起的对流等，使 得不同成分的液体能够长时 间共存，因此可以减少沿凝 固方向的成分偏析，还可以 利用微重力条件制备难混熔 偏晶合金。
主要途径
把熔体弥散成液滴
把熔体与容器壁隔离开
7
三、急冷快速凝固技术及特点
模冷技术
急冷凝固 技术
雾化技术
表面熔化与沉积技术
8
（一）模冷技术
模冷技术：使金属液接触固体冷源并以传导的方式散热
而实现快速凝固。
枪法 双活塞法
模冷技术 主要特点是首先把熔体分离成连续或不连续的、界面尺 平面流铸造法 熔体提取法
18
悬浮熔炼法（电磁悬浮、静电悬浮、声悬浮）
电磁悬浮熔炼法：通过选择合适的线圈形状及输出频 率，使试样在电磁力作用下处于悬浮装态，再通入He、Ar、 H2等保护气氛，通过感应加热熔化，控制凝固从而实现深 过冷。
快速凝固技术
凝固：包含形核与长大两个阶段。 一般冷速 < 102 ℃/s － 出现偏析，晶粒大 102 /s < 冷速 < 106 ℃/s － 精细显微组织 冷速 > 特殊显微组织 冷速 非晶态 快速凝固的途径： 1）减少单位时间内金属凝固时的熔化潜热，2）提高凝固过程中的传热速度 液滴 圆形液片 带状液体 气体 液体 固体
工作原理：
小于0.5g的母合金放置在石英管中， 经感应圈3加热熔化后，高压室1中突然 通入23GPa(2041030600个工业大气压) 的高压气流，使位于高压室1和低压室4 之间的聚酯薄膜2破裂，从而产生冲击 波，将金属熔体分离成细小的熔滴，并 使其加速到每秒几百米的速度，然后喷 射到导热性良好的固定铜模5上，熔滴 迅速凝固成箔片。 由于熔滴的速度很高，象子弹一样， 所以该方法称之为“枪”法。 “枪”法工艺示意图 1-高压室，2-聚酯薄膜，3-感应线圈，4-低压室，5-铜模
大过冷技术
大过冷技术，即Large Undercooling Technology， 简称LUT技术。大过冷技术的核心是：设法在金 属熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件， 从而获得大过冷度，提高凝固速度。
实现大过冷技术的途径： 消除金属熔体内部形核媒质 分离熔体为 熔滴； 消除容器壁的形核媒质 金属熔体与容器 壁分离。 当熔滴很小、数量很多时，每个熔滴中的形核 媒质数目非常少，从而产生接近均匀形核的条 件。
图2-20 哈曼管示意图 U-气体射流速度，d-共振腔直径，d0-喷管出口直径，A、B-分别为喷管和共 振腔的位置，P-气体压力，P0-平均气体压力，S1、S2-超声波波谷
图2-21 哈曼管气流路径和声波的传播示意图
图2-22 高速旋转筒雾化工艺示意图 1-感应圈，2-石英管，3-合金熔体，4-旋转筒，5-冷却液
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。
混凝土凝固加速方法
混凝土凝固加速方法混凝土是建筑工程中最常用的建材之一，具有良好的耐用性和承载能力。
通常情况下，混凝土需要一定的时间才能达到设计强度，这个时间被称为凝固时间。
然而，在某些情况下，需要尽快使混凝土达到强度要求，这时就需要采用一些凝固加速方法。
下面将介绍几种常用的混凝土凝固加速方法：一、高温加速法高温加速法是一种传统的混凝土凝固加速方法，它的原理是通过升高混凝土的温度来促进水泥水化反应的进行，从而加速混凝土的凝固硬化过程。
通常情况下，高温加速法是通过蒸汽加热或者加热毛毯等方式进行的。
具体步骤如下：1、在混凝土浇注后，将蒸汽或加热毛毯放置在混凝土表面，使混凝土表面温度升高。
2、控制温度升高速度和最高温度，一般情况下，混凝土的温度升高速度不得超过10℃/h，最高温度不得超过70℃。
3、保持温度一段时间，使水泥水化反应加速进行，从而促进混凝土的凝固硬化。
二、化学加速法化学加速法是一种通过添加化学物质来加速混凝土凝固硬化的方法。
常用的化学加速剂有氯化钙、硫酸铵、碳酸钠等。
具体步骤如下：1、在混凝土的配合设计中，添加适量的化学加速剂。
2、在浇注混凝土时，控制水泥的水化反应速度，使混凝土快速达到设计强度。
3、注意化学加速剂的使用量，过多的使用会影响混凝土的强度和耐久性。
三、微波加速法微波加速法是一种新型的混凝土凝固加速方法，它通过微波的能量来加速混凝土的凝固硬化过程。
具体步骤如下：1、在混凝土浇注后，在混凝土表面放置微波加热器，使混凝土表面受到微波的加热。
2、控制微波加热器的功率和加热时间，一般情况下，微波加热器的功率不得超过1000W，加热时间不得超过30分钟。
3、保持温度一段时间，使水泥水化反应加速进行，从而促进混凝土的凝固硬化。
四、超声波加速法超声波加速法是一种通过超声波的作用来促进混凝土凝固硬化过程的方法。
具体步骤如下：1、在混凝土浇注后，在混凝土表面放置超声波发生器，使混凝土表面受到超声波的作用。
2、控制超声波发生器的频率和功率，一般情况下，超声波的频率为20-60kHz，功率不得超过500W。
玻璃胶快速凝固的方法
玻璃胶快速凝固的方法玻璃胶是一种常见的粘合材料，它具有高强度、高粘度、耐高温等优点，广泛应用于建筑、汽车、电子等领域。
但是，玻璃胶的快速凝固一直是制约其应用的瓶颈之一。
本文将介绍几种玻璃胶快速凝固的方法，希望能对相关领域的研究和应用有所帮助。
一、热凝固法热凝固法是将玻璃胶置于高温环境中，利用热能使其快速凝固的方法。
该方法操作简单，速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
具体操作步骤如下：1.将玻璃胶涂在需要粘合的物体表面上；2.将物体置于高温环境中，如烤箱、热风枪等；3.等待凝固时间，将物体取出，冷却后即可使用。
该方法的优点是操作简单、速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
但是，需要特殊设备才能实现高温环境，且操作时需要注意安全。
二、紫外线固化法紫外线固化法是将玻璃胶置于紫外线照射下，利用紫外线能量使其快速凝固的方法。
该方法操作简单，速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
具体操作步骤如下：1.将玻璃胶涂在需要粘合的物体表面上；2.将物体置于紫外线照射下，如紫外线灯等；3.等待凝固时间，将物体取出，即可使用。
该方法的优点是操作简单、速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
但是，需要特殊设备才能实现紫外线照射，且该方法只适用于某些特定的玻璃胶类型。
三、化学反应固化法化学反应固化法是利用化学反应使玻璃胶快速凝固的方法。
该方法操作简单，速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
具体操作步骤如下：1.将玻璃胶涂在需要粘合的物体表面上；2.将含有固化剂的液体滴在玻璃胶表面上；3.等待凝固时间，将物体取出，即可使用。
该方法的优点是操作简单、速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
但是，需要特殊的固化剂才能实现快速凝固，且该方法对环境温度和湿度要求较高。
四、微波加热固化法微波加热固化法是利用微波能量使玻璃胶快速凝固的方法。
该方法操作简单，速度快，适用于对凝固时间要求较高的场合。
具体操作步骤如下：1.将玻璃胶涂在需要粘合的物体表面上；2.将物体置于微波炉中加热；3.等待凝固时间，将物体取出，即可使用。
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
2. 快速凝固的条件
急冷法 深过冷法
急冷法特点
凝固速率是由凝固潜热及物理热的导出速率 控制的。 通过提高铸型的导热能力，增大热流的导出 速率可使凝固界面快速推进，实现快速凝固 忽略试样的热阻（即温度均匀） 试样内部的热阻限制，只能在薄膜及小尺寸 颗粒中实现
亚音速
水雾化法设备示意图
制备熔点在1600℃ 以上合金粉末
与气体雾化法相比特点： 1、粉末更不规则 2、冷却速率更大
优点： 优点： 粉末纯净度高 尺寸均匀 无污染
缺点： 缺点： 生产效率低 粉末尺寸大 成本高
旋转电极雾化法原理
旋转圆盘
旋转圆杯
旋转多孔杯
4.2 低维材料的快速凝固
4.2.1金属碎片的快速凝固
冷却速率：104～ 109 K/s 冷却速率： 最小厚度：0.1-10um
4.4.2金属带材的快速凝固
4.4.2.1单辊法
4.4.2.2双Biblioteka 法4.4.2.3溢流法甩出法
快速凝固晶态合金显微结构特征
常规显微组织 100 成 分 的显微组织
及
粗大的树枝晶，共晶 及其它显微组织 组 织 及 的 均 匀 性
性能 强度 弹性 塑性
韧性 温度效应 疲劳 断裂 应用
4. 不同材料的快速凝固
4.1 粉末材料快速凝固制备技术 4.2 低维材料的快速凝固 4.3 体材料的快速凝固 4.4 激光表面处理技术
4.1粉末材料快速凝固技术
将液态金属分散成液滴，使散热的比表面积 （散热面积与体积之比）增大，冷却速率提 高，实现快速凝固。 粉末特征： 细小的亚结构（枝晶或胞晶） 极大的溶质过饱和度 小的晶粒尺寸
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
1材料制备新技术-快速凝固技术20180904
注：雾化法、单辊法、双辊法、旋转圆盘法及纺线 法等非晶、微晶材料制备过程中，试件尺寸很小， 故凝固层内部热阻可以忽略（即温度均匀），界面 散热称为主要控制环节。
通过增大散热强度，使液态金属以极快的速率降温，可实现 快速凝固。
最常见的急冷法是极冷模法
1 2 3 4
5 6 7 8 9
10
此法是用真空吸注、真空 压力浇注、压力浇注等方 法将熔融金属压入急冷模 穴，达到快凝。 难点：熔体有可能在急冷 模入口处凝固 优点：可得到给定直径或 厚度的线材。 急冷法只能在薄膜、细线 及小尺寸颗粒中实现。
4）快速凝固可导致非平衡的相结构产生；（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化温度Tg，
而成为玻璃态或称非晶态）
6）高的点缺陷密度；（快速凝固中，由于温度的聚然下降而使点缺
陷密度无法恢复到正常的平衡状态，则会较多地保留在固体金属中，造成~）
1.1 快速凝固概述
q2 S GTS
（1-2） （1-3）
而 q3 hsvs
（1-4）
式中,λ L,λ S分别为液相和固相的热导率﹔ GTL,GTS分别为凝固界面附近液相和固相中的温度梯度； △h为结晶潜热，也称为凝固潜热；
VS为凝固速率； ρ S为固相密度。
将式（1-2）至式（1-4）带入式（1-1）
则可求得凝固速率为：
表1-1 不同雾化工艺的凝固速率和粉末质量比较；
工艺
粉末粒度 /μm
亚音速雾化
1~500
超音速雾化
1~250
旋转电机雾化 100~600
离心雾化
1~500
气体溶解雾化 1~500
平均粒 度 /μm
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。
快速凝固技术工艺方法(77页)
超声雾化法
• 超声雾化(USGA)法是目前一种著名的快冷 粉方法。这种方法最初是瑞典人所发明的 后经美MIT的Grant教授改进而成。超声雾 器是拉瓦尔喷嘴和哈特曼（Hartman）振动 波管组合在一起，既能产生2-2.5马赫的超 音速又能产生80-199KHz的超声波气流。该 法生产低熔点合金已达工业生产规模，对 高熔点合金仍处于实验阶段。装置的冷速 104-105K/s，雾化气体为氩气和氦气等，雾 化气体压力为8.3MPa。制备Al粉最小平均 度为22mm。
的生产率就会大大提高。
紧耦合喷嘴制备金属粉末的示意图
• 英国PSI公司对紧耦合环缝式喷嘴进行结 优化：一是使气流的出口速度超过音速， 而在较小的雾化压力下获得高速气流。如 2.5MPa压力下，氩气的雾化出口速度可达 540m/s，气体消耗量小于5Kg/min；二是增 加金属的质量流率。在紧耦合雾化中，为 增加细粉的生产率，需要降低金属液流的 量流率(小于0.5L/min)，在超声紧耦合雾 技术中质量流率可以大于0.5L/min，在利 工业化生产和降低生产成本。雾化高表面 的金属如不锈钢，平均粒度可达20um左右 粉末的标准偏差最低可以降至1.5。而该技 术的另一个优点是大大提高了粉末的冷却 度，可以产生快冷或非晶结构的粉末。
• 高压气流雾化制备细粉末也是一种快速冷凝方法 。Ricks等人采用高压气流雾化（4-8MPa）金属熔 体，粉末冷速可以达到103-104K/s，平均粒度最 可达20mm左右。一般来说，在限制式喷嘴中，增 气压可以减少粉末的粒径，但由于气体速度与压 接近线性关系，当气压超过5MPa后，其速度增加 少。而且增加气体还明显增加气体消耗量，因此 限制式喷嘴中雾化气压一般不超过5.5MPa,限制了 雾化效率的提高。美国Iowa州立大学Ames实验室 Anderson等人将紧耦合喷嘴的环缝改为环孔（20 24个），通过提高气压（最高可达17MPs）和改变 导体液管出口处的形状设计，克服了紧耦合喷嘴 存在的气流激波，使气流呈现超声速层流状态并 导液管出口处形成有效的负压，这一改进可以显 提高雾化效率。
混凝土快速凝固的方法
混凝土快速凝固的方法
有几种方法可以帮助混凝土快速凝固。
以下是一些常见的方法：
1. 使用混凝土凝固剂：混凝土凝固剂是一种化学物质，可以加速混凝土的凝固过程。
这些凝固剂可以提供额外的化学反应，促进混凝土中的水和水泥颗粒结合，从而加速凝固过程。
2. 使用石英砂：石英砂是一种细颗粒的矿物质，可以在混凝土中提供额外的核心形成点。
这些核心点可以加速水泥水化反应，从而加快混凝土的凝固速度。
3. 提高环境温度：水泥水化反应是一个温度敏感的过程，通常在较高的温度下进行更快。
因此，如果需要加快混凝土的凝固速度，可以提高环境温度，例如使用加热管线或加热器。
4. 通风：通过通风可以加快混凝土表面的水分蒸发，从而促进混凝土的凝固和干燥。
这可以通过使用风扇或提供适当的通风设备来实现。
5. 增加水泥含量：水泥是混凝土凝固的关键组分。
通过增加混凝土中的水泥含量，可以加快混凝土的凝固速度。
然而，需要注意的是，过高的水泥含量可能会导致混凝土强度下降。
需要注意的是，在加快混凝土的凝固速度时，需要谨慎处理。
过快的凝固速度可
能会导致混凝土表面产生裂缝或变得不均匀。
因此，在使用任何加快凝固方法之前，应根据具体情况进行评估和咨询专业人员的意见。
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。
水泥快干凝固的方法
水泥快干凝固的方法
水泥凝固是指水泥浆体在一定条件下发生化学反应，形成坚硬的固体结构。
以下是常见的水泥快速凝固的方法：
1.控制水泥与水的比例：水泥与适量的水混合后会产生化学反应，
形成胶凝体。
在混凝土施工中，控制好水泥与水的比例可以加
快凝固时间。
2.加入加速剂：加速剂是一种能够促进水泥凝固反应的添加剂。
常见的加速剂包括氯化钙、硫酸钠等，可以在一定程度上缩短
凝固时间。
3.提高温度：温度是水泥凝固的重要因素之一。
较高的温度可以
促进水泥中化学反应的进行，从而加快凝固速度。
但需要注意
控制温度，避免过高导致质量问题。
4.使用快硬水泥：市场上有一些专门用于需要快速凝固的施工工
程的快硬水泥，这种水泥中添加了特殊的成分，使其具有较快
的凝固速度。
混凝土快速凝固最简便方法
混凝土快速凝固最简便方法混凝土快速凝固最简便方法混凝土是一种广泛应用于建筑、道路和桥梁等领域的材料。
为了满足快速建设的需要，我们需要使用一些方法来加速混凝土的凝固。
在本文中，我们将介绍一种简单的方法来帮助混凝土快速凝固。
步骤1：添加速凝剂速凝剂是一种能够加速混凝土凝固的化学物质。
根据需要，将速凝剂添加到混凝土中。
通常情况下，100公斤混凝土需要添加速凝剂2.5公斤。
步骤2：控制水泥的用量在混凝土中，水泥是起到固化的作用的关键因素。
但是，为了加快混凝土凝固的速度，我们需要控制水泥的用量。
这时可以使用高硬化速度的水泥来代替通常使用的水泥。
步骤3：控制混合时间在混凝土制备中，混合时间也是一个很重要的因素。
太长或太短的混合时间都会对混凝土的最终强度产生负面影响。
为了加快混凝土的固化，需要控制混合时间，使其在一个适当的时间范围内完成。
步骤4：加热混凝土加热可以加速混凝土的反应速度，从而加快凝固时间。
如果可以，可以使用加热器或其他设备来加热混凝土。
这将使混凝土快速凝固，加速建筑进程。
步骤5：使用混凝土密封剂混凝土密封剂是一种可以在混凝土凝固后防止混凝土干裂的化学物质。
应用混凝土密封剂可以帮助保持混凝土表面的湿润，并防止在混凝土表面形成干裂。
这有助于保持混凝土的结构完整性，同时延长混凝土的使用寿命。
总结混凝土的快速凝固对于各种建筑工程都是必需的。
用上述步骤将有助于加快混凝土凝固的速度。
不过需要注意的是，上述建议需考虑多种因素，如混凝土类型、气温等因素。
因此，使用时应根据实际情况进行适量调整，并严格按照相关法规和标准使用。
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• 高压气流雾化制备细粉末也是一种快速冷凝方法 。Ricks等人采用高压气流雾化（4-8MPa）金属熔 体，粉末冷速可以达到103-104K/s，平均粒度最 可达20mm左右。一般来说，在限制式喷嘴中，增 气压可以减少粉末的粒径，但由于气体速度与压 接近线性关系，当气压超过5MPa后，其速度增加 少。而且增加气体还明显增加气体消耗量，因此 限制式喷嘴中雾化气压一般不超过5.5MPa,限制了 雾化效率的提高。美国Iowa州立大学Ames实验室 Anderson等人将紧耦合喷嘴的环缝改为环孔（20 24个），通过提高气压（最高可达17MPs）和改变 导体液管出口处的形状设计，克服了紧耦合喷嘴 存在的气流激波，使气流呈现超声速层流状态并 导液管出口处形成有效的负压，这一改进可以显 提高雾化效率。
快速凝固技术工艺
• 快速凝固制取非晶和微晶粉末方法目前已 发了大量方法，如旋转盘雾化法、旋转水 化法、超声雾化法、双辊、三辊淬冷法、 动力雾化法、等离子雾化法、溶液提取法 激光快速凝固法、多级快淬法。
快速凝固工艺
• 通过快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末的方法 很多种，根据这些方法的特征可大致分为五类， 双流雾化、离心雾化、机械电气等到作用力雾化 多级雾化和熔体自旋法。双流雾化主要有气体雾 和高压水雾化；离心雾化主要包括旋转盘、旋转 、和旋转电极雾化法和激光自旋雾化等；机械等 用力雾化主要指真空雾化、电动力学雾化和固体 化等。多级雾化的典型方法有组合喷嘴雾化及陈 华教授所发明的一系列多级快冷装置。熔体自旋 有急冷熔体自旋法、离心熔体自旋法、平面流铸 法、水自旋法、熔体提取法、熔体拖拉法和溢流 等。
1.双流雾化法
• 所谓双流雾化法主要是通过雾化喷嘴产生 速高压的工作介质流体，将熔体流粉碎成 细的液滴，并主要通过对流方式散热而迅 冷凝。工作介质有气体和液体等。熔体凝 冷速取决于工作介质的密度、熔体和工作 质的传热能力及熔滴的直径。而溶滴的直 又受熔体的过热温度、熔体流直径、雾化 力和喷嘴形式等雾化参数控制。
• 德国柏林NANOVAL GMBH公司发明了一种层状气流雾
化技术。层流气体雾化原理图源自• 在一定压力下气体1与金属液流2一起 LAVAL喷嘴4。在LAVAL喷嘴入口与狭小 区域3之间很短的范围内，气体从几m 速到音速。因为在LAVAL喷嘴中的急剧 ，气体可以保持小流量并自己保持稳 金属熔液由气体平行的拔出，经过剪 力变成细丝。在气体通过狭小区域的 中，气体把能量传递给溶液。径向放 体可以稳定熔体使其不发生分离或波 离。因此，在狭小区域形成了厚度不 细丝，在熔体自由流动的情况下甚至 得到更细的细丝。与稳定推动同时作 可以得到非常稳定及高精确度的气体 ，因此可以得到均匀，细小的粉末。 狭小区域以后，气体迅速减压并加速 音速。在不断增加的速度下，由气体 体接触面的剪切应力溶液流变为纤维 并随着外部气体压力下降变得不稳定 分成许多更细的细丝。因为流体力学 稳定，又碎裂成小片状，在表面张力 响下形成球形液滴并冷却凝固成粉末
亚音速和音速气流雾化法
• 亚音速气流雾化法是粉末冶金最常用的制 方法之一。采用这种方法熔体冷凝速度可 102-103K/s ， 并 且 能 够 大 规 模 生 产 平 均 粒 50-100mm的各种金属和合金粉末。
• 紧耦合方法是指喷嘴的漏嘴交汇非常紧凑 高压气体出口就与液流相撞击的一种气体 化方法。
• 层状气流雾化法主要特点是气体不再以某 高度冲击液态金属流。而是平行于金属流 金属液流依靠气流在液流表面产生剪切和 压变形。使液流直径不断减小，发生层状 维化。这种雾化方法效率高。粉末冷速达 106－107K/s。Nanoval工艺的气体消耗量仅 为紧耦合的1/3，为自由落体式的1/7，具 很大经济性。
的生产率就会大大提高。
紧耦合喷嘴制备金属粉末的示意图
• 英国PSI公司对紧耦合环缝式喷嘴进行结 优化：一是使气流的出口速度超过音速， 而在较小的雾化压力下获得高速气流。如 2.5MPa压力下，氩气的雾化出口速度可达 540m/s，气体消耗量小于5Kg/min；二是增 加金属的质量流率。在紧耦合雾化中，为 增加细粉的生产率，需要降低金属液流的 量流率(小于0.5L/min)，在超声紧耦合雾 技术中质量流率可以大于0.5L/min，在利 工业化生产和降低生产成本。雾化高表面 的金属如不锈钢，平均粒度可达20um左右 粉末的标准偏差最低可以降至1.5。而该技 术的另一个优点是大大提高了粉末的冷却 度，可以产生快冷或非晶结构的粉末。
传统气体雾化和紧耦合气体雾化的区别
• 传统的气体雾化方法如图（a）所示，气体交汇处的焦点离导 出口有一段距离，金属液体首先分裂成粗的液滴，然后是不规 的薄片，最后变成液粒。紧耦合气体雾化方法如图 (b)所示。 属熔体被高压气体直接雾化为液粒。紧耦合法中熔体的冷凝速 ≥ 105K/s，粉末平均粒度≤50mm。由于气流与液流较为接近 气体动能的保持率较高。同时气体动能被液体吸收率更高。
• 该装置是采用等离子枪熔化液体用 铜坩埚装盛液体。同样也可采用其 热方式和相应坩埚来进行熔炼。常 紧耦合喷嘴一般都采用紧耦合环缝 对称式气体喷嘴。还可以使用非轴 式气体喷嘴和非轴对称式导液管。 对称气体喷嘴也是制备细粉末的一 法。一般来说，实现非轴对称气流 法有很多种。如采用非轴形环缝的 、或非等尺寸气体喷嘴的组合。非 形的液流导管端部。非同心轴气流 隔气流束都能产生非轴对称气流。 合雾化采用非轴对称雾化系统后比 轴对称雾化系统生产的粉末细小很 其主要原因是由于雾化液流羽毛状 ，非轴对称雾化可以减小雾化气体 化液流在焦点处收缩。从而改善导 出口处液膜的形成。当非轴对称雾 统能够生成多个羽毛状液流时，细
(a)高压Ⅰ型
（b）高压Ⅱ型
高压雾化喷嘴结构图
• 由伦敦帝国工学院所研制的上喷法也是一种新的快速冷 备粉末方法。上喷法作为铝和铝合金的粉末制备方法很早 开始应用在工业生产中。图（a）为上喷法制备铝和铝合 末的工艺示意图。图（b）为上喷法的雾化喷嘴。上喷法 为：喷嘴向上喷射气体，使得中心的导液管前端形成负压 虹吸熔体向上并且将其雾化成粉。伦敦帝国学院采用了图 ）所示装置，该装置可制得平均粒度为25mm粉末，粉末的 凝速度达到103-104K/s。