金属凝固理论原理及应用
金属凝固理论是指研究金属在固态凝固过程中的组织形态和相变行为的科学原理。金属凝固理论的研究可以帮助我们了解金属的凝固机理以及改变金属的性质和应用。以下将从原理和应用两个方面进行详细阐述。
一、金属凝固理论的原理：
1. 凝固过程中的相变行为：在金属凝固过程中，会发生相变行为，从液相变为固相。主要包括凝固核形成、晶体长大及晶粒形核和生长等过程。凝固核形成是指凝固过程中由于界面能降低而导致固相形成的过程。晶体长大是指固相晶体的体积逐渐增大。晶粒形核和生长是指液相金属晶粒在凝固过程中通过固相组织的转变形成新的晶粒。
2. 凝固速率的影响因素：凝固速率是凝固过程中晶体生长速度的量度。影响凝固速率的因素包括金属的熔点、凝固液体的过冷度、核活化能、晶体生长速度以及固相晶粒形核密度等。通过调节这些因素，可以改变金属凝固的速率和组织形态，从而影响金属的性质和应用。
3. 相图和凝固曲线的研究：金属凝固过程中，可以通过相图和凝固曲线来了解金属凝固过程中的相变行为和组织形态演化。相图可以显示凝固温度、成分和组织形态之间的关系，而凝固曲线可以用来研究凝固速率和金属的晶体生长速度。
二、金属凝固理论的应用：
1. 金属材料制备：金属凝固理论可以帮助我们了解金属材料制备过程中的相变行为和组织演化规律。在铸造和凝固过程中，通过调节凝固速率和组织形态，可以获得不同性能和应用要求的金属材料。例如，通过改变凝固速率可以获得细晶粒或均匀晶粒分布的材料，从而提高材料的强度和韧性。
2. 改善金属材料性能：金属凝固理论的研究可以帮助我们改善金属材料的性能。例如，通过合适的添加剂和凝固工艺，可以改善金属材料的耐磨性、耐腐蚀性、高温稳定性等性能。同时，金属凝固理论也可以指导材料加工过程中的热处理和冷处理，从而进一步提高金属材料的性能。
3. 金属合金设计：金属凝固理论是金属合金设计的重要基础。通过研究金属合金的凝固机制和相图，可以合理地选择合金元素和调整合金成分，以达到特定的性能和应用要求。通过合金设计可以获得高强度、高韧性、高温抗氧化等特殊性能的金属合金材料。
1 １非平衡凝固过程与凝固组织
1.1 非平衡凝固过程
1.1.1 凝固的基本概念
凝固是从液态变为固态，属于一级相变，它伴随着三个重要的现象产生：（1）固液街面上结
晶潜热的放出；（2）固液界面上的溶质在分配；（3）热量的传输。这些现象决定了凝固过程是一
个十分复杂的过程，是一门集物理学、数学、流体力学、物理化学、材料科学、传热学、传质学
于一体的交叉学科，历史上，每次凝固理论的突破对新材料、新工艺的产生起着十分重要的作用，
如半导体硅材料在现代信息化中扮演着重要角色，也是下一代清洁能源材料——太阳能电池的主
要材料，航空、航天用的铝合金、镁合金、钛合金材料和发动机用的高温合金材料，现代高性能
钢铁材料等。凝固理论是新材料、新工艺产生的基础和源头，它的涉及面很广，包括：金属及其
合金的凝固，有机物的凝固，生物蛋白质的凝固，无机物的晶体生长等。
凝固过程中系统的划分
研究凝固过程时，首先要确定凝固的对象，不同的对象要采用不同的方法来研究，如果把凝固的
工件作为整体来研究，这个体系与外界只有能量的交换，没有物质的交换；如果以固液界面为分
界线，以凝固的部分为固体，未凝固的部分为液体或熔体，这样在固液界面上固体与液体之间既
有能量的交换，也有物质的交换，此体系为开放体系。如果固体周围的液体温度高于其熔点，固
体首先在型壁上形核，沿垂直于型壁的方向生长，热量的传输方向与凝固生长的方向相反，所得
的组织一般是柱状晶，包括柱状胞晶如图1.1（a）所示，和柱状枝晶如图1.1（b）所示，具有定
向凝固的特点，称其为定向凝固。如果固体周围的液体温度低于其熔点，固体首先在熔体中形核，
并沿四周方向生长，所得组织为等轴晶，如果各分支为胞晶，则组织为等轴胞晶，如图1.1（c）
所示，如果各分支为枝晶，则称为等轴枝晶，如图1.1（d）所示。
1.1.2 平衡态和非平衡态
在一个孤立系统中，初始时刻各部分的热力学参量可能具有不同的值，这些参量会随时间变
皮亚杰发展心理理论概论
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皮亚杰的发展心理理论
一、皮亚杰的生平简介
皮亚杰(Ｊean Piａｇet , 1896-１９８0)是瑞士的儿童心理学家,日内瓦学派的创始人，发生认识论的开创者,被誉为心理学史上除弗洛伊德以外的一位“巨人”。他生于瑞士的纳沙泰尔，自幼聪慧过人,１0岁发表有关鸟类生活论文,有科学神童之称。１915年和1918相继获纳沙泰尔大学学士和博士(生物学）学位。后在苏黎世、巴黎从事过精神病诊治及儿童测验工作,曾在许多大学执教，被哈佛、剑桥、耶鲁等2０多所著名大学授予名誉学位,获得过多种科学奖。
皮亚杰是瑞士的哲学家和心理学家，他成长于瑞士一个以美酒和钟表出名的地区,自小就对自然科学很感兴趣，十岁时就出版了一个有关白化麻雀的短篇研究文章,而他写这篇文章的目的只是为了让图书馆员别再因为他是小孩而敷衍他。在第一次世界大战期间,他对心理学产生兴趣,在巴黎开始研究逻辑和异常心理学。在研究儿童心理的实验室里，他注意到在智力测验时,同样年纪的儿童常犯类似的错误,所以他开始假设研究儿童心理发展或许是发现人类智能知识的锁钥。返回瑞士后他开始观察纪录孩童的言行举动，并与孩童对话以了解他们的想法。以下是皮亚杰一个典型的对话例子: 皮：「风怎么来的？」小女孩：「是树。」皮:「你怎么知道的？」小女孩:「我看到他们摇摆手臂。」皮:「为什么这样会有风？」小女孩:「树很大而且有很多树的时候就会有风,就像这样。」(小女孩摇动自己的手作示范) 一生倾听、观察儿童,写了无数的学术作品来阐述他的理论，与数以千计几乎连话都还说不完整的儿童互动后,皮亚杰假设在他们看起来可爱的外表和毫无章法的言词之后有自己内在思考的秩序与逻辑。 皮亚杰的洞察力为人类内心世界的运作打开了一扇观景窗,他对孩子想法的研究也提供了今日教育改革运动的基础。受到皮亚杰理论影响的教师深信孩子不是一个等待被填满知识的空管,应是主动建立知识的人。现代的计算机与网络让孩子更为自主的探索广大的数字世界,更能显出皮亚杰理论的意义。
快速凝固技术国内外发展及其应用
1.快速凝固技术国内外发展
随着对金属凝固技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝固组织的方法，其中快速 凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段，同时也成 了凝固过程研究的一个特殊领域。
快速凝固的概念和技术源于20世纪60年代初Duwez等人的研究，他们发现某些共晶
合金在平衡条件下本应生成双相混合物，但当液态合金以足够快的冷却速度凝固合金液滴被 气体喷向冷却板时，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步生成非晶体。上述结 果稍后被许多研究结果所证实，而且由此发现一些材料具有超常的性能，如电磁、电热、强 度和塑性等方面的性能，出现了用于电工、电子等方面的非晶材料。20世纪70年代出现了 用快速凝固技术处理的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速 凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发与应用取得重大进展。快速凝固技术是目前 冶金工艺和金属材料专业的重要领域，也是研究开发新材料手段。
快速凝固一般指以大于105〜106K/S的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的 凝固过程，通常生成亚稳相（非晶、准晶、微晶和纳米晶），使粉末和材料具有特殊的性能和 用途。由于凝固过程的快冷、起始形核过冷度大生长速率高,使固液界面偏离平衡，因而呈现 出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。加快冷却速度和凝固速率所起的组织及结构特 征可以近似地用图1来表示。从上图我们不难看出，随着冷却速度的加快，材料的组织及结 构发生着显著的变化，可以肯定地说，它也将带来性能上的显著变租1］。
快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的
亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。实现快速凝固的三种途径包 括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。由于凝固过程的快冷，起始形核过 冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结 构特征。
