超常凝固

超常条件下的凝固是指在某些特殊条件下或特殊环境下，区别于一般公认常规条件下的凝固过程。诸如，微重力环境下的凝固过程，强电脉冲作用下的凝固过程，超重力场作用下的凝固过程，高压环境下的凝固过程，电磁场作用下的凝固过程以及其他特殊条件下的凝固过程等。

1 微重力凝固

常规重力场下熔体对流常常造成凝固组织产生偏析、位错、空洞、杂晶、条带等缺陷，而在微重力条件下，可以接近无偏析凝固，减弱对流的作用。向InSb中掺杂Te的合金凝固组织及向Ge中掺杂一定量Ga的合金凝固组织均可有效的证实，空间试验可获得比地面均匀的合金。宏观偏析可比地面实验改善6倍，微观偏析改善5倍。利用微重力制备难混溶偏晶合金是当前微重力技术应用于材料领域的一个重要方面，可能发展出一系列新的合金材料。而具有亚稳不混溶间隙，难以得到均匀混溶组织的Co-Cu系合金有重要潜在应用前景。

2超重力凝固

与微重力对应的是超重力。一般只要物体加速度与重力加速度的比值超过1时，就可以认为该物体处于超重力状态。与微重力条件相反，在超重力下，对流流动的增强也能稳定晶体生长的固液界面。增加离心加速度，增强对流传输，从而增大在生长界面的温度梯度，最后达到稳定固液界面的作用。Mùller和Neumann在离心机上施加20g的超重力，并结合水平移动加热方法研制GaSb晶体，掺杂Te5× 原子/ 。在550℃制备出无夹杂的晶体所需的最大生长速率为14~20mm/天，比在地面正常重力下制备类似晶体快一个数量级。

3 电脉冲作用下的凝固

电脉冲对合金组织结构的影响主要表现在组织细化，合金共晶团簇大大减少，树枝晶碎化为等轴晶，晶粒沿两电极方向拉长。1984年Misra在Pb-Sb15%-Sn7%的凝固过程中首次使用了电脉冲技术，由实验结果看出电脉冲下凝固的合金组织明显细化。同样，在近共晶成分合金Pb-Sb10%-Sn3%中用电脉冲处理可避免初生相的析出，并使组织明显细化。Nakada等发现电脉冲对Sn-Pb15%合金有明显的细化效果，树枝晶向颗粒状细晶转化。Li等对Pb-Sn60%合金进行电脉冲实验，除了得到树枝晶碎化为等轴晶的同样结果外，还发现晶粒沿两电极方向拉长。由此可以设想，电脉冲有可能被用来制备新材料或改进材料的结构和性能。

4 电磁场中的凝固

电磁场应用在材料制备和加工过程可实现对材料工艺过程的控制及材料组织和性能的改善。利用直流磁场可通过抑制熔体流动，与电场交互作用产生电磁搅拌控制凝固。引入交流磁场既可实现对液相的电磁搅拌，又可产生电磁悬浮，细化晶粒，改善铸件的冶金质量，减轻成分偏析。材料电磁处理如今已被广泛应用，例如悬浮熔炼，电磁铸造，电磁雾化，电磁分离非金属夹杂物，电磁搅拌等。

5 高压下的凝固

压力下凝固也是当前人们关注的热点之一。压力对液/固相变的影响可归结为：降低形核激活能，增大扩散激活能，而高压下，可提高非晶形成能力。利用高压下快速凝固制备非晶材料，也是人们所关注的。

在高压相变研究中，人们发现在高压作用下可以将一个固体从晶态转变成非晶态（即压制固态非晶化），并且通过熔态急冷方法可制备块状纳米晶及非晶材料。如1972年Brixnner就将G 样品加压至6.5GPa，在20~400℃的温度范围内保压保温2h，然后冷却，经热压处理后的G 转变为非晶相。Minomura等把GaSb在3~10GPa下熔化冷却至室温，然后卸压，形成了完整的半导体非晶态块材。

6 其他特殊凝固技术

声悬浮技术是进行材料无容器凝固研究的一种特殊条件。西工大空间材料科学研究室建立了单轴式声悬浮过程的优化设计理论，解决了单轴声悬浮过程中悬浮力小和悬浮稳定性差的难题，在国际上首次成功地悬浮起自然界中密度最大的固态物质铱（密度22.6g/ ）和液态物质汞（密度13.6g/ ），证明了声悬浮可以在地面条件下悬浮起任何固体和液体。