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一、异质形核的影响因素和形核控制异质形核的影响因素有：（1）形核温度当过冷度达于某一值时，形核速率随温度的降低而迅速增大。（2）形核时间单位体积液相中形成晶核的数量是形核速率对时间的积分。（3）形核基底的数量由于异质形核是在外来的基底上进行的，所以形核基底的数量决定着形核的数量。（4）接触角(润湿角)θ析出固相与外来质点的接触角是决定形核速率的关键因素。而接触角越小，形核速率就越大。接触角是由析出相与外来质点的原子匹配状况来决定的。（5）形核基底的形状润湿角还与形核剂表面粗糙度有关。θ不变时，在凹面、平面、凸面三种表面形状的基底中，凸面上形成的晶胚体积最大，平面上次之，界面为凹面时临界晶核体积最小，形核功最小。形核过程控制包括三个不同方面的内容：（1）促进形核在普通铸件和铸锭的凝固中，人们通常希望得到细小的等轴晶组织，以提高力学性能。为此，常常采用各种特殊措施促进形核，提高形核速率。如增大冷却速度，在大的过冷度下形核；利用浇注过程中的液流冲击造成型壁上已凝固晶粒的脱落；添加晶粒细化剂，促进抑制形核，即孕育处理；采用机械搅拌、电磁搅拌、超声波振动等措施使已经形成的树枝状晶粒破碎，从而获得大量的结晶核心，最终形成细小的等轴晶组织。（2）抑制形核为了获得单晶，或者实现大过冷度条件下的凝固，或者使形核过程完全被抑制而得到非晶材料，这些均需要抑制晶核的形成。快速冷却是实现抑制形核的重要途径之一，但由于所需要的冷却速率必须非常大，所以在技术实现上存在很大困难。而去除液相中的固相质点来抑制异质形核则属于另一种主要途径。常用的方法有循环过热法和熔融玻璃净化法等。另外，由于坩埚表面可能成为异质形核的基底，采用悬浮熔炼或者熔融玻璃隔离也可以抑制形核。（3）选择形核当合金液在远离热力学平衡的大过冷度条件下凝固时，某些在低温下才会形成的非平衡相可能达到形核条件而优先于平衡相发生形核并长大。因此，通过控制形核温度或者加入适合于特定相的形核剂（润湿角小）鼓励某些特定相优先进行形核和生长，这样就可实现凝固过程特定相的选择。晶体的生长方式（1）连续长大（也叫正常长大）：其界面结构为非小晶面的粗糙界面，其在原子尺度上是坎坷不平的。对于接纳从液相中沉积来的原子来说，其界面各处是等效的，从液相中扩散过来的原子很容易与晶体连接起来。因此，其晶体长大远比光滑界面容易，只要沉积原子的数量不成问题，其长大可以连续不断地进行。（2）侧面长大：其界面结构为小晶面的光滑界面，其在原子尺度上是光滑的。对于这种界面结构，因为单个原子和晶面的结合力较弱，它很容易逃逸。因此，这类界面的长大，只有依靠在界面上出现台阶，然后从液相扩散过来的原子沉积在台阶的边缘，依靠台阶向其侧面（与界面平行的方向）扩展而进行长大。侧面长大机制由于原子台阶的来源不同，又可分为：1、二维晶核台阶。其首先要求在光滑的界面上产生二维晶核，原子向二维晶核的台阶处着落。待台阶消耗完了，进一步长大时，还需要再产生新的二维晶核。2、晶体中缺陷形成的台阶，这种可分为螺形位错形成的台阶、孪晶沟槽形成的台阶。单向合金凝固组织的控制参数自由枝晶的凝固组织控制参数是冷却速率和过冷度,而定向凝固组织特征尺寸的控制参数则是生长速率和温度。定向凝固组织中一次枝晶间距λ1与凝固速率R和温度梯度GT的关系：二次枝晶间距与局部凝固时间τf间满足如下关系：对于固溶体型合金定向凝固，其局部凝固时间τf为，注：前式适合于等轴晶凝固组织二次枝晶间距的计算，而后式则更适于定向固组织二次枝晶间距的计算。4/12/111RGAT3/122)(fARGTTf'3/13/13/1'23/122)(RGTAATf平衡凝固条件在平衡凝固过程中，ws与之间满足如下关系，S=1,因而wS=w0，即固相中溶质均匀分布，并且恒为w0。固相无扩散如果枝晶间的液相中溶质均匀混合，而固相扩散可以忽略，则在凝固过程中固相分数增加dS引起液相溶质质量分数变化为dwL，从而获得如下溶质守恒方程，S=0时，wS=kw0,并且对于任意的wL，恒有wS=kwL,从而可求出上式的解为，上式就是Scheil方程。如果金属液是在很低的过热度下浇注的，凝固过程中液相处于过冷状态，并且有充分的晶核来源，则柱状晶区无法形成，而获得全部等轴晶组织。显然，等轴晶的形成条件是：(1)凝固界面前的液相中有晶核来源；(2)液相存在晶核生长所需要的过冷度。等轴晶的形核形核是发生柱状晶向等轴晶转变的必要条件。自由晶体来源:型壁形核并按大野笃美机理游离；固液两相区内枝晶熔断并被液流带入液相区；自由表面凝固形成“晶雨”。它们形成阶段和形成条件各不相同。(ⅰ)游离晶的形成：液态金属在型壁激冷下有两种变化：1)型壁上形核；2)生长中的晶核在液流作用下从型壁脱落。凝固开始时的液相流线。可以看出铸型底部接受游离晶的机会多，重熔机会少，最先出现游离晶体。游离晶主要出现在凝固初期，随着凝固的进行，部分晶体将重熔，其余的长大并下落，原有晶核被消耗，此时则需要新途径形核。合金浇注过热度对游离晶形成具有决定性的影响。(ⅱ)枝晶熔断枝晶生长过程中，根部溶质富集会产生“缩颈”并熔断和脱落。由此Jackson提出熔断枝晶形成中心等轴晶区的理论。(ⅲ)表面凝固和“晶雨”的形成表面的凝固取决于熔体凝固温度与环境温度之差。表面凝固要具备的形核条件与内生生核相似，需要较大的过冷度。当合金温度与环境温度之差较大时，表面会获得形核需要的过冷度而发生形核并生长。液相的流动和表面的扰动会使表面形成的晶核下落形成“晶雨”。人为进行表面振动有利“晶雨”的形成。添加晶粒细化剂的目的向合金液中加入晶粒细化剂的目的在于提高合金液凝固时的异质形核能力，从而达到细化合金基体晶粒的目的。细化剂的作用一般通过以下途径体现：1)细化剂中的高熔点化合物在熔化过程中不被完全熔化，会在随后凝固过程中成为异质形核质点。2)细化剂中的微量元素会在合金液冷却过程中形成化合物固相质点，成为异质形核核心。金属液中发生异质形核的必要条件为：1)液相中存在合适的异质固相颗粒或基底。2)液相具有异质形核所需要的过冷度。也可以得出良好的晶粒细化剂应具有的条件：1)含有非常稳定的异质固相颗粒，这些颗粒不易溶解。2)异质固相颗粒与固相之间存在良好的晶格匹配关系，从而获得很小的接触角。3)异质固相颗粒非常细小，高度弥散，既能起到异质形核的作用，又不影响合金的性能。4)不带入任何影响合金性能的有害元素。微观偏析的主要影响因素1.f：f的增大，非平衡相析出量减小，偏析减轻。这是由于扩散时间延长，f增大的同时，枝晶间距增大，这会使铸件力学性能下降。因此，缓慢凝固不是理想的工艺。合理的方法是先快速凝固使枝晶细化，然后再进行均匀化退火。2.合金元素的固相扩散系数越大，凝固过程扩散就越充分，该元素偏析就越轻。3.合金元素的液相扩散系数往往足够大，所以液相中的合金化元素能够在枝晶间充分扩散。因此，微观偏析受sS0LS)1(1kkwkwwLSSSLd)1(d)()1(S0S)1(kkww液相扩散系数的影响不明显。但当液相扩散系数很小时，它会将使凝固界面附近的溶质富集增强，固相溶质质量分数向平均溶质质量分数的逼近过程加快，从而使偏析减轻。宏观偏析的控制1.快速凝固，以缩短凝固时间，减小液相流动的总量。2.细化晶粒和枝晶间距，增大液相流动阻力。3.调整合金成分控制液相流动控制参数B值或者B’。4.减小垂直凝固界面的高度，限制液相流动的发展。5.外加电、磁场，控制液相的流动。综上，凝固组织微观偏析是由微区的扩散过程决定的，并受凝固速率控制。而宏观偏析主要取决于凝固过程中的液相流动。在无长程液相流动的等轴晶凝固过程中，仅会形成微观偏析，并可以通过控制凝固速率进行偏析控制。决定缩松形成倾向和程度的主要因素1.凝固组织形态:当凝固以平面状或胞状方式逆热流方向进行时，利于液相的补缩。当凝固以发达枝晶进行，补缩较困难。当凝固以等轴晶方式进行，补缩更难。2.凝固区宽度:凝固区的宽度越大，补缩通道就越长，补缩的阻力也越大，补缩就越困难。在小的生长速度和大的温度梯度下，可能获得胞状，乃至平面状凝固界面，利于液相的补缩。同时，在大的温度梯度下，凝固区窄，枝晶间距大，补缩通道短，利于补缩。3.凝固方式:枝晶凝固过程的补缩条件还与铸件形状相关。对于图示的平板铸件两侧同时凝固的情况，自两侧生长的枝晶在铸件中心相遇时阻止了来自顶部液相的补缩。4.合金液中的气体：通常液态合金中存在着溶解的气体，这些气体在固相中的溶解度远小于其在液相中的溶解度。因而在凝固过程中将发生气体的析出，可能形成孔洞。枝晶间液相的凝固收缩产生的真空，促使液态金属补缩，然而，也会促使合金液中气体的析出。复合材料的分类（1）按基体材料分，复合材料可以分为五类：树脂基复合材料碳/碳（C/C）复合材料陶瓷基复合材料金属基复合材料纳米复合材料（2）按增强材料分，可分为四类：纤维增强复合材料颗粒增强复合材料混杂增强复合材料纳米改性复合材料（3）按增强材料形态分，可分为四类：连续纤维增强复合材料短切纤维（晶须）增强复合材料颗粒或填料填充复合材料纳米改性复合材料（4）按用途分类，可分为两类：功能复合材料结构复合材料复合材料制造技术一、根据增强方式不同，1.长纤维及编织体增强：液态合金浸渗法(加压及不加压)机械复合热压成形法2.颗粒及短纤维增强：粉末冶金法液态混合铸造法半固态铸造法液态合金浸渗法共喷射沉积法自生复合材料方法二、按照复合过程基体材料的状态分，固相法液相法固-液相法金属基复合材料的制造方法大致分为三种：1.固态制造技术：是在金属基体处于固态情况下，制成复合材料体系的方法，包括粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、挤压和拉拔法、爆炸焊接法等。2.液体制造技术：是基体金属处于熔融状态下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。包括真空压力浸渗法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、热喷涂法等。3.新型制造技术：包括原位自生成法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀法及复合镀法。金属基复合材料制造技术应具备的条件1.能够使增强材料均匀地分布于金属基体中2.能够确保复合材料界面效应、混杂效应或者复合效应充分发挥3.能够充分发挥增强材料对基体金属的增强增韧效果，可制得具有合适界面结构和特性的复合材料4.工艺简单可行，可操作性强、成本适当，并尽量符合“近、净、型”成型理念金属基复合材料制造的关键技术（1）制备温度高，在高温下易发生不利的化学反应。（2）增强材料与基体润湿性太差也是金属基复合材料需要解决的另一项关键技术。（3）按结构设计要求，使增强材料按所需的方向均匀地分布于基体中也是一项需要掌握的关键技术。反重力铸造特点1.成形工艺参数可在工艺范围内随意调整，可保证液体金属充型平稳，减少或避免金属液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，从而减少了氧化渣的形成。2.金属液在压力作用下充型，可以提高金属液的流动性，铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件。3.铸件在压力作用下结晶凝固，并能得到充分地补缩，铸件组织致密，机械性能高。4.具有自然的顺序凝固特点，即温度场的分布自然符合补缩要求。5.有利于降低铸件的针孔度级别。6.提高了金属液的工艺收得率，一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高。7.劳动条件好；生产效率高，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。8.对合金牌号的适用范围较宽，基本上可用于各种铸造合金。不仅用于铸造有色合金，而且可用于铸铁、铸钢。特别是对于易氧化的有色合金，更显示它的优越性能。9.对铸型材料没有特殊要求，凡可作为铸型的各种材料，都可以用作反重力成形的铸型材料。低压铸造原理及特点铸件在常压环境下凝固；铸型材料选用灵活；适应面广，可用于大、中、小型各类铸件的生产；生产效率高。差压铸造原理及特点铸件在正压环境下凝固；铸件内在质量和力学性能高；适合厚壁铸件的生产；生产效率不高。调压铸造原理及特点负压下充型，提高充型能力；铸件的轮廓清晰；适合薄壁铸件的生产。真空吸铸原理及特点