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第1章 绪论1

1.1航空航天先进产品与先进材料1

1.2材料凝固加工的先进技术——定向凝固5

1.3超常条件定向凝固过程9

1.4定向凝固过程面临的新挑战10

参考文献18

第2章 多元多相合金定向凝固特性23

2.1多元系组成相凝固热力学23

2.1.1多元体系的自由能23

2.1.2多元系结晶过程的热力学平衡条件24

2.1.3化合物材料热力学24

2.1.4含有金属间化合物的相图26

2.2多元合金凝固过程中的溶质分凝30

2.2.1多元合金凝固时的溶质分凝系数30

2.2.2多元合金定向凝固时的溶质分凝32

2.3定向凝固阵列柱晶的稳态生长36

2.4共晶定向凝固40

2.4.1共晶合金类别40

2.4.2共晶相变的基本特征42

2.4.3共晶合金的生长44

2.4.4规则共晶的定向凝固52

2.4.5不规则共晶定向凝固61

2.5包晶定向凝固72

2.5.1包晶二元相图与凝固中的相变72

2.5.2多元系包晶76

2.5.3多元包晶合金的生长79

2.5.4包晶合金定向凝固初始过渡阶段83

2.5.5包晶合金稳态定向凝固94

2.5.6包晶合金定向凝固的共生生长99

2.6包晶定向凝固中的TGZM效应及分离式包晶反应104

2.7包晶合金定向凝固组织形态演化115

2.7.1包晶合金定向凝固形态特征115

2.7.2纯扩散条件下包晶合金定向凝固组织形态演化机制122

2.7.3非纯扩散条件下包晶合金定向凝固组织形态演化143

2.7.4包晶合金凝固理论研究展望157

参考文献157

第3章 定向凝固晶体生长取向与界面各向异性165

3.1晶体取向与材料各向异性165

3.2定向凝固中的界面各向异性167

3.3多晶生长的竞争淘汰与定向凝固选晶机制及单晶形成172

3.4不同取向晶粒定向凝固的竞争生长179

3.5晶体生长方向、择优取向与热流方向的关系及定向凝固控制参量的影响192

3.6晶体生长取向与界面各向异性200

3.7凝固组织与界面各向异性210

3.8界面各向异性对胞-枝转变的影响220

参考文献233

第4章 电磁约束成形定向凝固238

4.1电磁场在材料加工中的应用238

4.1.1电磁悬浮技术238

4.1.2冷坩埚感应熔炼技术239

4.1.3磁悬浮熔体处理技术240

4.1.4电磁铸造技术241

4.2电磁约束成形定向凝固理论及模型242

4.2.1电磁约束成形定向凝固过程242

4.2.2电磁场分布特征244

4.2.3电磁压力模型254

4.2.4熔体的热力比及熔体成形控制257

4.3电磁约束成形定向凝固过程数值分析259

4.3.1电磁场及电磁压力的数值模拟259

4.3.2电磁压力分布与熔体形状关系的模拟计算264

4.3.3电磁成形与温度场的耦合计算266

4.4金属材料的电磁无接触成形定向凝固279

4.4.1低比重合金的电磁成形定向凝固279

4.4.2高比重合金的真空电磁成形定向凝固287

4.4.3电磁成形定向凝固组织296

4.5电磁软接触成形定向凝固301

4.5.1单频电磁软接触成形定向凝固302

4.5.2双频电磁软接触成形定向凝固303

4.5.3电磁软接触成形定向凝固中磁场分布304

4.5.4电磁软接触成形定向凝固中温度场的分布306

4.5.5电磁软接触成形定向凝固宏微观组织307

4.5.6本章小结308

参考文献310

第5章 电磁冷坩埚定向凝固313

5.1冷坩埚定向凝固技术发展313

5.1.1冷坩埚技术发展313

5.1.2定向凝固制备TiAl合金317

5.1.3电磁冷坩埚定向凝固原理与过程319

5.2电磁场分布特征与定向凝固用冷坩埚优化设计321

5.2.1电磁场作用321

5.2.2电磁场分布特征322

5.2.3磁场均匀性329

5.2.4定向凝固用冷坩埚设计发展332

5.3冷坩埚定向凝固传热过程334

5.3.1冷坩埚定向凝固过程传热状态演变334

5.3.2糊状区传热物理模型337

5.3.3轴向传热数学模型340

5.3.4径向传热数学模型341

5.3.5理想传热状态分析343

5.3.6糊状区轴-径热流密度比分析344

5.3.7凝固界面形状函数与影响因素分析345

5.4冷坩埚定向凝固温度场348

5.5冷坩埚定向凝固TiAl合金355

5.5.1成形性分析与表面质量控制355

5.5.2宏观组织生长与控制359

5.5.3硼元素细化柱状晶机制分析363

5.5.4 α 2/γ 片层取向365

5.5.5成分偏析369

5.5.6熔体流动与组织相关性371

5.5.7冷坩埚定向凝固TiAl合金性能375

5.6冷坩埚定向凝固Ti合金378

5.7冷坩埚定向凝固Nb-Si合金379

5.8总结与展望381

参考文献382

第6章 高温合金定向凝固387

6.1铸造高温合金概述387

6.1.1定向柱晶高温合金389

6.1.2单晶高温合金391

6.2单晶高温合金的制备394

6.2.1选晶法394

6.2.2籽晶法398

6.3高温合金的凝固特性398

6.3.1凝固路径398

6.3.2凝固温度401

6.3.3凝固分配系数406

6.3.4微观偏析412

6.4高温合金定向凝固组织417

6.4.1凝固界面形态417

6.4.2 γ枝晶/胞晶组织420

6.4.3 γ-γ’共晶423

6.4.4初生碳化物和硼化物427

6.4.5固态相变组织429

6.4.6熔体状态对高温合金组织的影响432

6.5定向和单晶高温合金的常见凝固缺陷436

6.5.1取向偏离438

6.5.2雀斑（通道偏析）438

6.5.3杂晶445

6.5.4小角度晶界448

6.5.5缩松450

6.5.6热裂453

6.6定向凝固和单晶高温合金的力学性能455

6.6.1定向凝固和单晶高温合金的性能特点455

6.6.2晶体取向对高温力学性能的影响458

6.6.3定向凝固工艺对高温力学性能的影响462

6.7高温合金定向凝固技术的发展464

参考文献467

第7章 金属间化合物结构材料定向凝固477

7.1金属间化合物材料的应用477

7.2 Ti-Al金属间化合物及其定向凝固479

7.2.1 Ti-Al金属间化合物的结构与性能479

7.2.2定向凝固TiAl合金487

7.2.3 γ-TiAl合金的晶体生长与晶向控制493

7.3 NiAl系金属间化合物定向凝固499

7.3.1 NiAl系金属间化合物材料概况499

7.3.2 NiAl合金特点500

7.3.3 NiAl基合金的强韧化方法及机理501

7.3.4 NiAl基定向凝固共晶合金组织和性能503

7.3.5共晶成分NiAl基共晶合金的定向凝固特征507

7.3.6非共晶成分NiAl-C r（Mo）共晶合金的定向凝固及组织特征516

7.3.7凝固条件对片层间距和强化相体积分数的影响529

7.3.8 NiAl基定向凝固共晶合金的性能530

7.3.9 Ni3 Al合金的组织性能及其定向凝固541

7.4难熔合金金属间化合物材料定向凝固551

7.4.1 Laves相金属间化合物材料551

7.4.2 Cr3 Si金属间化合物结构材料554

7.4.3 Nb3 Si/ Nb5 Si3基金属间化合物高温结构材料557

参考文献561

第8章 陶瓷材料定向凝固567

8.1概述567

8.2共晶陶瓷材料体系569

8.2.1氧化物共晶陶瓷569

8.2.2硼化物共晶陶瓷571

8.2.3碳化物共晶陶瓷574

8.3共晶陶瓷定向凝固技术576

8.3.1改进的Bridgman方法577

8.3.2边界外延生长方法578

8.3.3微抽拉法578

8.3.4悬浮区熔法579

8.3.5激光水平区熔法581

8.3.6其他：三维打印（选区熔覆，立体成形等）583

8.4氧化物共晶陶瓷的凝固组织585

8.4.1凝固组织特征及其相组成585

8.4.2凝固条件对组织的影响588

8.4.3氧化物共晶界面特征及晶体学取向关系593

8.5氧化物共晶陶瓷的物理和力学性能594

8.5.1强度594

8.5.2抗氧化性596

8.5.3蠕变性能596

8.5.4断裂韧性597

8.5.5变形机理599

8.6发展趋势与应用前景600

8.6.1目前存在的主要问题600

8.6.2发展趋势600

8.6.3应用前景600

参考文献601

索引604