论文摘要
在材料的凝固及晶体生长的工程实践及研究中，人们早就发现了液-固遗传现象，以及固体的结构和性能与其母相液体的热历史相关性。近年，人们探索了对熔体进行诸如“过热”、“温度处理”、“热速处理”等工艺方法，取得了一些可喜进展。然而，虽然人们将凝固行为及组织的不同归结为与熔体结构的相关性，但对其内在规律及本质并不十分清楚，工艺探索上往往也就存在一定盲目性。本文研究了Sn-Bi系合金及Pb-30％Sb合金的电阻率温度特性，探讨了合金熔体结构转变及其可逆性，并探索了由此而引起的凝固行为、凝固组织的影响及作用规律。主要内容及结论如下：（1）通过五种成份Sn-Bi系合金及纯Sn和纯Bi电阻率温度特性的研究，发现在液相线上特定温度范围内均会发生温度诱导液-液结构转变；且该合金系中所发生的结构转变在随后的降温过程中部分可逆。（2）分析认为主要与Sn相关，因液态Sn中存在两种不同性质的短程序结构：一种是不可逆的短程序结构，它表现为某种亚稳态的团簇；另一种是可逆的短程序结构，它表现为呈四面体结构的Sn-Sn共价键团簇。（3）以发生液-液结构转变的温度区间为参考，选取两温度（液-液结构转变前，液-液结构转变后）作为合金的熔炼保温温度，通过对Sn-Bi系三种成分合金的凝固实验研究发现，发现结构变化后的熔体凝固过冷度增大，从而使得临界形核半径减小，形核率增大，晶体生长速度减小，还会使溶质有效分配系数减小。最终结果使得凝固组织细化，并影响组织的偏析。（4）通过Pb-30％Sb合金电阻率研究，发现该合金在843-1020℃范围内发生熔体结构转变且不可逆，并且结构转变后的Pb-30％Sb熔体凝固行为发生显著变化，再次验证了温度诱导熔体结构转变对凝固有较大的影响。熔体结构转变在Sn-Bi系合金的可逆现象以及Pb-30％Sb合金中的不可逆现象，揭示了温度诱导的液-液结构转变在不同系统中呈现出相异的特征属性和规律，对“温度诱导非连续液．液结构转变”规律和性质的整体认知有重要意义。此外，依据熔体结构与性质及其变化特点等方面的信息，来探索了由此而引起的凝固行为、凝固组织的影响及作用规律，不仅避免了通常研究的盲目性，而且，其相关结论对于认识“热历史相关性”这一基本规律问题，从物理本质上有了明确而具体的深入理解，对发展凝固相关的材料加工新工艺具有积极意义。