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本论文利用晶体生长的高温实时观测技术,对氧化物材料KNbO3晶体生长中固液界面附近的微对流效应进行了实时的观察研究。利用光学显微镜技术和电子探针扫描技术分别对微对流的速度场以及浓度场进行了定量的测量,讨论了微对流速度与浓度分布的相关性。此外通过溶质扩散方程在二维方向的扩展,推导了微对流形成的机理:微对流起因于特征速率在固液界面处泰勒展开后的一级修正效应。
实时观察了BaB2O4(BBO)晶体的奇异面生长和邻位面生长过程,测得奇异面生长的临界不稳定性尺寸大约为140μm,晶体生长速度与熔体过冷度呈指数函数关系,表明BBO晶体生长是二维成核生长机制。研究了BBO邻位面生长中台阶运动的稳定性,讨论了熔体中异质颗粒与固液界面的交互作用,还分析了骸晶形成的微观机制以及台阶生长机制对包裹体形成的抑制行为。对BBO晶体界面边界层的计算表明Marangoni对流对晶体生长的作用体现在对流压缩了界面边界层的厚度。
研究了类金属丁二腈(SCN)熔体凝固过程中胞状界面和枝晶界面的形成条件、胞-枝晶转变的机制以及对流对枝晶生长的影响。发现了胞-枝界面的非单一形式转变过程;胞-枝转变过程中表征微结构的基本参量λp1的变化是一个突变过程,而速度的发展却是一个连续的过程;熔体表面的对流会抑制枝晶的生长,同时还使得胞-枝转变的临界速度值比理论预测值高出很多。
通过实验模拟和数值模拟两种方法研究了高频小振幅的振动外场条件对流体流动行为的影响。主要包括振动作用下自由表面的变形情况,振幅对稳定的流动花样和流动速度的影响以及稳态流动向振荡态流动的过渡,同时得出振动引起的对流是一种表面效应的结论。