单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(Ⅱ)实验对比

采用典型的透明模型合金，即丁二腈-1．5at％水杨酸苯酯(SCN-1．5at％Salol)合金，对界面前沿溶质扩散边界层和界面稳定性进行了实时观测，并结合丁二腈-1．1wt％乙醇(SCN-1.1wt％Eth)、丁二腈0.43wt％氧杂萘邻酮152(SCN-0.43wt％C152)的实验结果，对纯扩散和存在对流情况下的定向凝固界面形态稳定性进行了系统的分析.发现以往所进行的界面稳定性分析能够准确描述实验中所观测到的界面失稳的时间相关特性，并发现界面失稳演化存在两个时间结点，即界面失稳孕育时间和平胞转变孕育时间，所获得的时间相关解能够准确预测实验中观测到的平胞转变孕育时间，而对流效应则明显缩短了界面失稳和平胞转变的孕育时间.实验中获得的单位扰动振幅发展速率比稳态理论预言值小了将近一个数量级，而与时间相关解较为接近. 关键词： 界面稳定性 凝固 扩散 对流     

单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(Ⅰ)理论分析

对定向凝固界面前沿非稳态溶质扩散场进行了系统的对比分析，发现无论在纯扩散还是存在对流的情况下，界面前沿的溶质扩散场通常满足指数分布的形式，可以采用一个统一的公式来描述界面前沿的瞬态溶质扩散场．进而在此基础上，对定向凝固界面形态稳定性进行了统一的时间相关的非稳态分析，发现界面临界稳定性条件的数学描述形式与Mullins和Sekerka理论给出的稳态解完全一致，只是用时间相关的浓度梯度GC^1,界面速度Vi、溶质扩散长度l代替了稳态生长中所得到的GC，V，DL／V．     

Strengthening Porous PVA with TiO_2 Structure by an Ice-Templating Method

A poly vinyl alcohol(PVA) scaffold with aligned porous is strengthened by in-situ combining with TiO_2. The increased freezing rate can be used to further increase the strength of aligned porous materials. The strengthened porous PVA exhibits aligned interconnected porous structures and shows a significant enhancement in tensile testing and compression strength testing.     

悬浮液凝固研究进展

悬浮液凝固是将固体颗粒均匀分散于液体中,并对液体进行凝固.它涉及冷冻铸造法多孔材料制备、冻土冻胀、海上浮冰、生物组织冷藏等多个学科和领域.近年来通过悬浮液凝固的方法,人们相继开发出了众多性能优异的新材料,这更为悬浮液凝固的研究注入了新的活力.悬浮液凝固过程中存在众多不同于传统合金凝固的独特现象,如颗粒密堆层、层片晶组织、周期性冰透镜体组织等,但这些凝固微观组织的形成机理尚不清楚.揭示颗粒对悬浮液凝固界面形态演化的影响机理,建立悬浮液体系的凝固理论,不仅帮助人们理解冻土冻胀等自然现象,也为高性能材料的制备与开发提供理论依据.本文首先回顾了悬浮液凝固的研究历史,然后对当前悬浮液凝固微观组织及颗粒动态堆积等方面的研究进展进行述评,并简要介绍本课题组近年来在悬浮液凝固方面的工作进展,最后对悬浮液凝固研究的未来发展进行了展望.     

冷却速率对温敏聚N-异丙基丙烯酰胺胶体结晶过程的影响

冷却速率对结晶过程具有重要的影响. 本文采用温敏poly-N-isopropylacrylamide (PNIPAM) 胶体晶体体系实时观察了冷却速率对结晶晶粒尺寸的影响. 通过高倍透射明场观察和Bragg衍射观察研究连续冷却下的晶粒形核和生长实时演化过程, 发现随着冷却速率的增加, PNIPAM胶体晶体晶粒尺寸不断减少. 晶粒尺寸与冷却速率符合幂指数关系, 与金属体系具有相似的演化规律.     

基于TDLAS的层析成像技术TDLAT

可调谐二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS）已成为超声速燃烧的重要测量手段之一. 为提高其空间分辨能力,需发展基于TDLAS,结合层析成像术的二维断层成像术（tunablediode laser absorption tomography, TDLAT）. 设计了一套基于6 平行光束-旋转测量的新型TDLAT 系统,吸收波长为7 185.6 cm-1 和7 444.3 cm-1 双线,采用分时-直接吸收探测策略. 重建中,使用代数重建算法,先分别反演计算两吸收线的吸收率和吸收比分布,再获得温度和浓度分布. 利用该系统,在CH₄/Air 预混平面燃烧炉上开展初步验证试验. 结果表明,TDLAT 系统可以反演出温度和浓度分布特征,反演的温度分布结果与热电偶测量值吻合较好. 进一步改进该系统,可用于超燃直连台中,测量燃烧室出口气流的温度和组分浓度分布.      

纯物质枝晶凝固的元胞自动机模型

采用元胞自动机模型模拟了纯物质凝固微观组织演化行为. 与以往采用KGT模型简化考虑不同,采用界面能量守恒方程来自洽地确定液固界面的生长动力学,考察了模型的网格尺寸相关性和时间相关性,并对模型的稳定性进行了验证. 采用这个模型模拟了纯丁二腈在过冷熔体中的自由枝晶生长,并与Glicksman的等温枝晶生长实验(isothermal dendritic growth experiment,IDGE)和LM-K临界稳定性原理进行了对比. 模拟的形貌再现了实验形貌的特征,并且特征参数与理论结果及实验结果符合得很好. 关键词： 元胞自动机 界面 凝固 临界稳定性原理     

Effect of solution temperature and cooling rate on microstructure and mechanical properties of laser solid forming Ti-6A1-4V alloy

The effect of solution temperature and cooling rate on microstructure and mechanical properties of laser solid forming （LSF） Ti-6A1-4V alloy is investigated. The samples are solutions treated at 900, 950, and 1000 ℃, followed by water quenching, air cooling, and furnace cooling, respectively. It is found that the cooling rate of solution treatment hasα more important effect on the microstructure in comparison with the solution temperature. The martensite α formed during water quenching results in the higher hardness and tensile strength but lower ductility of samples. With decreasing the cooling rate and increasing the solution temperature, the width of primary α laths increases, and the aspect ratio and volume fraction decrease, which make the hardness and tensile strength decrease and the ductility increase.     

Chemical composition analysis for laser solid forming of titanium alloys from blended elemental powders

Laser solid forming （LSF） from blended elemental powders is an advanced technique to investigate new alloy systems and to create innovative materials. Accurate composition control is critical for the applications of this technique. In this letter, the composition analysis is performed on LSF titanium alloys from blended Ti, Al, and V powders. It is found that the composition of as-deposited sample can be controlled by keeping the identity of the divergence angle of each elemental powder stream. Based on the consistency condition for divergence angles of different elemental powder streams, the matching relation among the Ti, Al, and V powder characteristics （particle size and density） can be obtained, which ensures the consistency in composition between the laser deposits and the blended elemental powders under different laser processing parameters.     

可调谐二极管激光吸收光谱诊断技术:原理和应用

可调谐二极管激光吸收光谱技术是一种非接触的光谱诊断技术, 已经广泛应用于高温气动研究中.文章对吸收光谱的发展和应用于高温反应环境温度和组分浓度的测量进行了回顾.对不同的吸收测量策略以及相应的系统组成进行了详细介绍, 最后介绍了应用吸收光谱技术研究超声速燃烧火星再入以及空间推进系统的详细结果.