深过冷熔体中枝晶生长动力学的实验研究与理论分析.doc

分类号 密级 UDC 学 位 论 文 深过冷熔体中枝晶生长动力学的实验研究与理论分析 作者姓名： 张宗宁 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室 申请学位级别： 博 士 学科类别： 工 学 学科专业名称： 材料加工工程 论文提交日期： 2012年10月 论文答辩日期： 2013年4月 学位授予日期： 2013年4月 答辩委员会主席： 评阅人： 东 北 大 学 2012年10月  A Dissertation for Master Degree in Materials Processing Engineering Experimental Research and Theoretical Analysis of Dendrite Growth Kinetics of Highly Undercooled Melts by Zhang Zongning Northeastern University July 2012  独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：日期： 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流□ 一年 □ 一年半 □ 两年 □ 作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：过冷熔体中枝晶生长动力学实验研究和理论分析 摘 要...... 关键词：深过冷；枝晶生长；熔融玻璃净化；静磁场；熔体对流；高速摄影 Experimental Research and Theoretical Analysis of Dendrite Growth Kinetics of Highly Undercooled Melts Abstract 目 录 独创性声明 I 摘 要 III Abstract V 目 录 i 第一章 绪 论 - 1 - 1.1 深过冷熔体中的枝晶生长理论 - 1 - 1.1.1 晶体形核与长大 - 1 - 1.1.1 1 晶体形核 - 1 - 晶体长大 - 5 - 1.1.2 枝晶生长的稳态理论 - 6 - 1.1.3 自由枝晶生长理论 - 7 - LGK模型 - 7 - LKT模型 - 9 - LKT/BCT模型 - 10 - 溶质截留效应与尖锐界面模型 (Sharp Interface Model) - 14 - 无序截留效应 (disorder trapping effect) - 16 - 1.2 枝晶生长的计算机模拟研究 - 18 - 1.2.1 计算机数值模拟方法 - 19 - 相场法 （Phase Field Method, PF） - 20 - 元胞自动机法 （Celullar Automata Method, CA） - 24 - 蒙特卡罗法 （Monte Carlo Method, MC） - 24 - 1.2.2 分子动力学模拟方法 （Molecular Dynamic Model, MD） - 25 - 1.3 深过冷熔体中枝晶生长实验研究 - 26 - 1.3.1 自由枝晶生长实验研究 - 26 - 1.3.2 对流对凝固前沿的影响 - 31 - 对流对热扩散的影响 - 31 - 对流对溶质扩散的影响 - 32 - 1.4 静磁场对熔体对流的作用 - 33 - 1.4.1 熔体中存在的对流 - 33 - 1.4.2 静磁场抑制熔体对流 - 34 - 1.5 选题依据和研究内容 - 35 - 第二章 实验材料、实验设备和实验方法 - 37 - 2.1 实验材料 - 37 - 2.2 实验设备 - 38 - 2.2.1 真空非自耗电弧熔炼设备 - 38 - 2.2.2 普通的高频电磁悬浮装置 - 39 - 2.2.3 静磁场下的高频电磁悬浮装置 - 41 - 2.2.4 超导强磁场发生设备 - 43 - 2.2.5 高速摄像机 （High Speed Camera, HSC） - 45 - 2.3 实验方法