钛渣熔体结构及传输性质分子动力学模拟研究进展

高品位钛渣(TiO_(2)含量≥90%)的高效制备不仅是高品质钛产品生产的关键,而且已成为我国钛冶金行业发展的迫切需要。钛铁矿还原熔炼过程钛渣熔体传输性质的调控是实现高品位钛渣高效制备的关键。国内外学者采用分子动力学模拟的方法,开展钛渣熔体结构演变及传输性质的研究,取得了显著的进展,证实了分子动力学模拟的方法在钛渣熔体研究中的有效性。分子动力学模拟的方法在研究钛渣熔体结构和性质方面具有显著的优势,不但能考察钛渣熔体结构参数、传输性质及相关微观细节,而且不受试验条件(高温、高腐蚀性、高化学活性)的限制。通过分子动力学模拟能够获取钛渣熔体丰富的结构信息和重要的传输性质,避免了钛渣熔体结构及物理性质试验测试中存在的难题。最后,结合冶金熔体成分和结构的复杂性,总结存在的问题,对分子动力学模拟在熔体结构及传输性质研究中的应用进行了展望。

MgO-TiO_(2)二元系熔体结构的原位超高温拉曼光谱研究

利用激光加热超高温气动悬浮熔体和皮秒拉曼光谱测试技术耦合,有效抑制超高温黑体辐射对拉曼光谱的影响,获得了高信噪比的二元镁钛酸盐系列熔体拉曼光谱。定量分析了熔体中团簇结构的分布及其随组分浓度的变化规律。定量分析表明:MgO-TiO_(2)二元系熔体中存在H_(0)、Q_(0)、Q_(1)、Q_(2)和Q_(3)微结构单元,且随TiO_(2)浓度的增加,熔体中四配位TiO_(4)四面体逐渐向六配位TiO_(6)八面体转变。

拉曼光谱在硅酸盐熔体结构研究的应用

硅酸盐在冶金、材料等诸多领域应用非常广泛,硅酸盐熔体的微观结构决定了其物理化学性质,因此,对硅酸盐熔体结构的研究至关重要。拉曼光谱是研究硅酸盐熔体结构的一种有效手段,应用拉曼光谱在常温下测定玻璃态硅酸盐结构和采用高温拉曼光谱技术测定完全熔融状态下硅酸盐结构一直是一个重要的研究方向,并且也取得了很多研究成果。在硅酸盐熔体结构的拉曼谱峰中,400~800cm^(-1)波数段内反映了[SiO_(4)]四面体中桥氧的弯曲或伸缩振动,800~1200cm^(-1)波数段内反映了[SiO4]四面体中非桥氧的对称伸缩振动,含有其它离子的硅酸盐熔体的拉曼谱峰会因离子属性的不同而改变其位移、半高宽和强度。

熔体处理温度对镍基单晶高温合金熔体结构和凝固组织的影响

对一种 Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-Al-Ti系镍基单晶高温合金的合金熔体进行不同温度过热处理后,观察其凝固组织,并利用液态金属X射线衍射仪测试了合金熔体结构在1450-1600℃温度范围内的变化.结果表明,随着熔体处理温度的升高,合金熔体更加均匀;一次枝晶间距减小,偏析程度减轻;γ形貌更方整、分布弥散;枝晶干与枝晶间γ＇的尺寸差别减小.

Al－l8％Si过共晶合金熔体结构特征及磷的影响

用ＤＳＣ热分析和快速凝固方法对过共晶Ａｌ－１８％Ｓｉ合金熔体结构特征进行了分析研究，着重考察了液态过热温度和元素Ｐ对熔体结构特征的影响．结果表明，在液态区域其结构特征存在三个区域：低温微观不均匀区域、中温微观不均匀向微观均匀过渡区域和高温微观均匀区域．Ｐ增加低过热过共晶Ａｌ－ｌ８％Ｓｉ熔体的微观不均匀性．

电磁搅拌对A356合金熔体结构及其凝固行为的影响

对A356合金熔体进行电磁搅拌并浇注至高温铸型中直接制备半固态浆料。利用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了过热电磁搅拌对A356合金半固态浆料组织的影响。用Image-ProPlus图像分析软件对α(Al)初晶的尺寸、圆整度以及Al-Si共晶间距进行分析测算。通过和直接浇注获得的浆料组织进行对比,研究了电磁场对合金熔体结构及其后续凝固行为的影响。结果表明:随着搅拌温度的降低至液相线附近时,电磁场对熔体凝固行为的影响逐渐显著;α(Al)初晶中树枝晶不断减少并逐渐转变蔷薇状晶和非枝晶;水淬后Al-Si共晶组织也由粗大的片层状转变为细小的纤维状和鳞片状结构。这些现象主要归因于电磁场作用下低温熔体中Al、Si的微观偏聚加剧,促进了α(Al)和共晶Si的形核。

铝的熔体结构与氢含量

通过测量铝熔体中的氢含量，研究了随过热温度的变化铝熔体中氢含量的变化规律结果表明，温度升高至 ７８０℃附近熔体氢含量发生突变，液态 Ａｌ的 Ｘ射线衍时数据表明， Ａｌ的相关半径和配位数随温度的变化也在 ７８０ ℃附近有所变化讨论了

细化变质对亚共晶Al-Si合金熔体结构的影响

在分析二元亚共晶Al-Si合金熔体结构,以及Al、Si、Ti、Sr等主要组元物性特点的基础上,利用电子理论论述了细化和变质对亚共晶Al-Si合金熔体结构的影响。细化和变质过程可归结为活性元素Ti、Sr分别与熔剂Al原子和溶质Si原子之间的电子交换,从不同角度提高了熔体结构的均匀性,不仅改善合金熔体结构,而且相互抑制衰退。

晶体生长溶液、熔体结构与生长基元

根据喇曼光谱、红外光谱测试了晶体生长的水溶液、溶剂和熔体的结构 ,并且在水热条件下进行了外加直流电场的实验 ,证实了晶体生长基元为负离子配位多面体 ,在不同的温度和溶液浓度条件下 ,负离子配位多面体相互联结成不同结构形式和不同维度的生长基元 (聚集体 ) ,不同维度的生长基元往晶体各个面族上的叠合速率是各不相同的 ,表现在同一种晶体在不同的生长条件下 ,其结晶形态可以各不相同 ,由此进一步阐述了负离子配位多面体生长基元理论模型的合理性。

硅酸盐熔体结构研究进展及意义

近年来研究表明岩浆的物理及化学性质与其熔体结构密切相关 ,因此熔体结构的研究对于理解岩浆的性质及岩浆动力学等与岩浆作用相关的地质问题是非常重要的。本文概括介绍了熔体结构的研究进展 ,着重讨论了熔体组分、温度及压力对熔体结构的影响。此外 。

花岗岩—H_2O—HF体系相关系及氟对花岗质熔体结构的影响

通过在0.1GPa压力下钠长花岗岩-H_2O-HF体系相关系实验获得,随体系F含量的增加,石英的温度稳定域上限升高,长石的温度稳定域上限降低;石英、碱性长石的晶-液平衡热力学计算表明,F导致花岗质熔体中组分SiO_2的活度增加,组分NaAlSi_3O_8和KAlSi_3O_8的活度减小,且NaAlSi_3O_8活度较KAlSi_3O_8活度减小幅度大。这些结果显示了F在花岗质熔体中与Si以外的阳离子Al、Na、K等产生了结合,且F与Na结合的优先性大于K,破坏了具有电荷平衡离子Na、K的AlO_2^-四面体,使熔体架状网格中Si/(Si+Al)和K/Na比值增大。通过F与H_2O对花岗岩体系相平衡的影响比较,作者认为F不与Si结合是它与OH^-在干扰熔体结构方面的最大区别。

Zn-Al合金的熔体结构特征及Cu和Fe的影响

采用熔体离心试验、ＤＴＡ热分析和快速凝固方法对ＺｎＡｌ合金熔体结构特征进行了试验研究，考察了Ｃｕ和Ｆｅ元素及温度对熔体结构特征的影响。结果表明，ＺＡ２７和ＺＡ４２合金液在８１０～８８５℃区域产生热效应变化，低温时呈现较明显的微观不均匀性，高温过热使熔体结构趋向均匀。熔体高温过热及快速凝固冷却使ＺＡ４２合金中αＡｌ固溶体的晶体常数值增加。

金属熔体结构及其控制技术的研究进展

综述了国内外在熔体结构研究方面的现状与进展,介绍了通过控制合金熔体的预结晶状态来改善合金组织和性能的相关技术及成果。可以得出:温度和压力可使金属熔体发生液/液结构转变,金属熔体结构随温度的变化存在滞后性,利用熔体结构随温度变化的滞后性可控制合金的凝固过程、明显细化合金的凝固组织、大大提高合金的力学性能。

Fe-Si合金系熔体结构的X射线衍射研究

利用X射线衍射仪,在1550℃研究了从纯Fe到纯Si共14个成分的合金熔体的结构,所选取合金包括某些在固态时的金属间化合物或有序固溶体,成分间隔大约为10％Si(原子分数).通过对结构因子第一峰高度、位置及其半高宽、偶相关函数第一峰位置、径向分布函数第一峰形状以及配位数等随成分变化的分析,认为Fe-Si合金系的熔体结构在整个成分范围内可以分成4个区间,它们的边界分别为纯Fe,Fe0.754Si0.246,R0.50Si0.50,Fe0.282Si0.718和纯Si,在边界合金的两边,结构呈现明显差别.液态Fe0.50Si0.50合金的结构保留了一些金属间化合物FeSi的特征,当Si含量大于50.0％时,Fe-Si合金熔体中开始出现Si-Si共价键.对其他研究者所使用的模型和结论进行了讨论.

硅酸盐玻璃和熔体结构的拉曼光谱定量解析

采用核磁共振谱和拉曼光谱对不同Na_2O浓度的系列二元钠硅酸盐玻璃进行了测定。采用精细结构Q_i^(jklm)对所得的核磁共振谱进行分峰拟合,得到不同Q_i^(jklm)结构在核磁共振谱中的化学位移和相对含量以及初级结构Q_i的相对含量。此外,通过构建系列硅酸盐玻璃和熔体中存在的团簇结构模型,采用量子化学从头计算方法模拟团簇的振动波数和拉曼活性,获取拉曼光谱散射截面函数。结果表明,开发的拉曼光谱定量方法与核磁共振方法在硅酸盐玻璃结构的解析上吻合良好,实验也表明适合高温原位检测的拉曼光谱技术可以实现硅酸盐熔体结构的定量解析。

Bi-20.5Te合金熔体结构转变及其对凝固的影响

通过对Bi-20.5Te合金熔体电阻率随温度变化的研究,发现合金熔体在642℃时存在着液-液结构转变。分析Bi-Te合金熔体在不同成分和不同温度的原子结合规律,认为这种结构转变是由于熔体中的原子团簇变化引起的。将Bi-20·5Te合金分别在熔体结构转变前温度(600℃)、结构转变后温度(700℃)的范围内熔炼、保温,测定相应的凝固曲线,并观察凝固组织。结果表明,相对于在结构转变前保温处理的熔体,将合金在700℃保温处理后,凝固时所需过冷度增大,释放凝固潜热更加剧烈,并且凝固组织显著细化。产生这种现象的原因是由于熔体结构内的Bi-Bi同类原子团簇,以及具有共价结合的Bi-Te原子团簇在高温下被打破,熔体趋向均匀,对凝固过程中的原子扩散造成影响,进而影响合金的凝固行为及组织。

硅酸盐熔体结构与岩浆液态不混溶作用

本文简述了硅酸盐熔体结构和岩浆液态不混溶作用的基本特征，计算了玄武岩中基质和液态不混溶共轭熔体对（富铁相和富硅相）的NBO／T值，发现三者具有不同的熔体结构（NBO／T值明显不同），据此总结出硅酸盐熔体结构与岩浆液态不混溶作用之间的内在联系。同时利用硅酸盐熔体结构解释了组分对岩浆液态不混溶作用的影响。

CaF2对CaO-Al2O3-CaF2熔体结构影响的分子动力学研究

采用分子动力学的方法研究了不同CaF2含量下CaO-Al2O3-CaF2三元渣系熔体结构的变化规律,包括熔渣的短程结构、中程结构和键角的变化.结果表明:Ca—F,Al—F,Ca—O,Al—O的平均键长分别为0.2345,0.1895,0.2325,0.1745nm.随着CaF2的加入,Ca^2+与配位的阴离子(O^2-,F^-)存在动态平衡现象,总配位数维持在6~7之间.研究体系中Al—O四面体结构存在由复杂(Q^4和Q^3)向简单(Q^2和Q^1)的转变,同时还会发生Al—O四面体[AlO4]^5-向[AlO3F]^4-结构的转变,两种转变的综合作用使熔体的网络结构解聚,为CaF2改善CaO-Al2O3-CaF2熔渣的流动性提供了合理的微观解释.键角分析表明F^-在体系中更多的是替换原来O^2-的位置,以Al^3+为核心的网络结构依然为四面体结构,没有引起大规模的原子重新排列.

镜泊湖地区全新世火山岩熔体结构及其与某些岩浆动力学过程关系探讨

熔体结构对岩浆的物理和热力学性质起着重要的制约作用。本文以镜泊湖全新世火山为例 ,讨论了熔体结构和某些火山喷发机制的关系。熔体结构的NBO/T值 (每个四次配位阳离子所含有的非桥氧数 )是基于岩浆的主要元素和挥发分含量的计算获得的。研究结果表明 ,NBO/T值越高的岩浆 ,喷发时溢流出的熔岩比例越高 ,熔岩流流动的距离越长 ,越有利于熔岩隧道的形成 ,H2 O+

LaCl_3-KCl熔体结构的分子动力学研究

用分子动力学计算机模拟方法研究了LaCl3 KCl熔体的结构和输运性质,获得了熔体的偏径向分布函数、配位数、键角分布及均方位移等信息。计算结果表明,熔体中存在变形的八面体LaCl63-离子。K+和Cl-离子是熔体电流的主要携带迁移者,而LaCl3浓度对熔体结构有较大的影响。