对透明模型金属的晶体生长过程进行实时观测,是研究金属凝固过程的有效手段,对认识金属组成结构形成机理及控制金属组织结构具有重要的意义,一直受到材料领域研究者和生产者的广泛关注。 本文采用自行设计的透明模型金属晶体生长室和观察测量装置,通过控制晶体生长过程中的外界生长条件参数,分别对99%的丁二腈透明模型金属和丁二腈-5at%水透明模型合金的界面生长形态和形成机制进行了观测研究,分析了外界生长条件对界面生长形态的影响。本文研究的主要内容和获得的主要结论是: 将自行设计的晶体生长室放入马赫泽德干涉光路系统中,首次利用干涉法研究了99%的丁二腈透明模型金属晶体生长界面形态和干涉条纹的变化关系。 研究发现,晶体生长过程中,干涉条纹形状在晶体生长界面上变化最明显;在一定的温度梯度和界面生长速率条件下,晶体生长界面上出现枝晶组织,枝晶尖端出现分枝;在晶体生长室的上部和下部,由于温度梯度和重力的影响,晶体生长界面上条纹弯曲方向不同。 利用浮雕相衬显微镜研究了丁二腈-5at%水透明模型合金在不同外部条件下的规则界面和不规则界面的生长机制。观察了晶体生长过程中胞晶和枝晶形态的演化过程,以及不规则界面形貌--海藻晶和退化枝晶的形成过程。 实验发现,晶体生长过程中,平界面受到扰动时,较小的扰动振幅在界面上产生胞晶,经过尖端分叉、淘汰和竞争,形成稳定的胞晶列;扰动振幅很大时,平界面上没有尖端分叉过程,竞争和淘汰发展很快,在界面上形成稳定枝晶列;只要界面上有胞--枝共存,界面就不稳定,随着生长速率的增大,胞晶将向枝晶转变。 晶体沿着一定的晶向生长时,表面张力趋于各向同性,界面生长速率增大,界面形貌由海藻晶转变成为退化枝晶;退化枝晶界面处于动态变化中,即二次臂生长方向不断改变,二次臂生长方向逐渐趋于界面生长方向,一次臂逐渐被二次臂取代。