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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