在认识钢铁制造流程的动态运行过程中，会遇到不同层次、不同时-空尺度的科学问题。即微观层次（原子/分子尺度）上的基础科学问题，介观层次（场域/装置尺度）上的技术科学问题和宏观层次（制造流程尺度）上的工程科学问题。在钢厂的生产运行过程中，这三个层次上的问题是相互关联并耦合-集成在一起的。在新世纪内应高度注意这类科学问题的研究。 钢铁制造流程动态运行的物理本质是：一种多因子“流”按照特定的“程序”，在一个复杂网络（流程系统的框架，例如钢厂总平面布置图等）中的流动运行现象。这是属于一类开放的不可逆过程，即物质、能量的转换与耗散过程。 “流”的行为（特别是碳素流的行为）研究，引起了对钢铁制造流程功能拓展的思考。即钢铁制造流程的功能，不仅是冶金-材料制造功能，还须包括能源转换功能和某些废弃物的消纳-处理和再资源化功能。 作者认为：如果对钢铁制造流程的结构-功能-效率有了深入的研究，系统地、准确地从工程科学层面上对其进行概括、抽象和动态描述，将对于工程设计的思维逻辑、企业技术改造的指导思想，钢厂转型和新建钢厂的理念都会发生重要的影响。

Ti-1023合金是一种比较典型的近β钛合金，该合金具有高损伤容限及淬透性强的独特优点而备受关注。本文系统研究了初生及次生相对Ti-1023合金拉伸性能及断裂韧性的影响。结果发现初生α相主要通过控制亚稳β晶粒内溶质原子浓度来直接或间接影响Ti-1023合金的拉伸性能，而其形貌本身对Ti-1023合金拉伸性能尤其是强度影响不大。次生α相对Ti-1023合金拉伸性能有显著影响，影响程度取决于初生α相的数量、次生α相本身的形貌、数量和尺寸，初生α相体积分数增加，次生α相的强化作用减弱。初生α相含量和形状对Ti-1023合金断裂韧性影响有限，减少初生α相体积分数、增大次生α相数量和颗粒尺寸可获得更好的强度-断裂韧性匹配。

采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法研究Cu-20%Pb亚偏晶合金的凝固组织，用BCT-LKT枝晶生长模型对深过冷凝固过程的热力学参数进行了计算，分析了过冷Cu-20%Pb亚偏晶合金的凝固机制。结果表明，在低过冷度下，Cu-20%Pb亚偏晶合金凝固组织由粗大的Cu枝晶和分布于枝晶间的Pb相组成。随着过冷度的增大，枝晶细化，Pb相分布均匀。但在不同的过冷度范围，凝固组织细化机制不同。当过冷度小于200K时，快速凝固阶段结晶潜热集中释放造成的温度回升引起枝晶大量重熔是枝晶细化的主要因素。过冷度大于200K时，枝晶高速生长导致枝晶各部位的不均匀收缩及枝晶骨架间液相的高速流动会使枝晶受力产生碎断。在此阶段，枝晶重熔和枝晶碎断共同作用使得枝晶发生细化。

通过等离子体与铜膜表面的分步反应合成了厚约4 nm的CuSiN自组装层。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、纳米电子束探针(EDS)和 X射线衍射仪(XRD)表征CuSiN和Si/SiO2/TaN/Ta/Cu(CuSiN)/SiC:H/SiOC:H 多层膜基体系的微结构和热稳定性。结果表明：CuSiN层的引入显著提高Cu/SiC:H/SiOC:H结构的热稳定性，其机制是在500℃退火温度条件下CuSiN层能够稳定存在，从而阻碍了Cu原子向SiC:H/SiOC:H介质薄膜体内的扩散。

采用“阶梯”模具，设计了压铸过程模具温度测量的实验方案并进行了压铸实验，以实验中测得的铸型内部不同位置的温度为基础，采用热传导反算法求解了压铸过程中铸件/铸型界面热流以及换热系数。分析了铸件的厚度对于界面热流以及换热系数的影响，研究结果表明：压铸过程铸件/铸型界面热流或是换热系数随着压射过程的进行迅速升高直至最大值，然后随着凝固过程的进行而减小。同时，铸件的不同厚度部位与铸型之间的界面热流和换热系数的变化规律也不同，随着铸件厚度的增大，件/型之间的界面热流和换热系数峰值都要减小，但是界面热流和换热系数的较大值保持的时间则逐渐增大。

通过采用本文第1部分提出的数学模型，本文的第2部分将求解各种工艺参数下铸件/铸型间的界面热流和换热系数，重点研究不同工艺参数如铸造压力、低速速度、高速速度、浇铸温度和铸型温度等对于界面热流和换热系数的影响。在现有的“阶梯”块铸件的条件下，计算结果表明：压铸过程各种工艺参数对于铸件/铸型界面热流和换热系数有着不同的影响规律。铸型初始的模腔表面温度对于界面热流的峰值有着很大的影响，而且随着铸型初始模腔表面温度的上升，热流峰值在不断地下降。其它工艺参数对于热流峰值则没有很大的影响作用。对于较厚的 “阶梯”面，铸型初始的模腔表面温度对于界面换热系数的影响较大，与对热流的影响相似，随着该温度的上升，界面换热系数的峰值也在不断地下降。而其他工艺参数则对其影响不大。对于较薄的 “阶梯”面，各种工艺参数对于界面换热系数的影响不大。

利用X射线四轴衍射仪测定了四点弯曲弹性加载条件下镍基单晶高温合金表层的宏观应变与应力，并与应变片及机械拉伸测定的数据进行了比较。分析了采用不同弹性常数及不同分峰方式处理得到的应力数据的差异。结果表明，实验数据重复性较好，实验误差为±30MPa；XRD测量得出的应力应变结果与室温拉伸以及应变片测量结果符合较好；室温下合金基体相(γ)的弹性常数大于沉淀强化相(γ')，且基体相(γ)承受的应力大于沉淀强化相(γ')。

采用分子束外延技术在GaAs(001)-4×6衬底上外延出Fe/MgO/Fe(001) 单晶磁性隧道结。原位的表面磁光克尔效应（SMOKE）测量表明：当外磁场沿[1-10]方向时，隧道结的SMOKE回线具有典型的双矫顽力特性。下电极Fe层的矫顽力（~200 Oe）约是上电极Fe层矫顽力（~10 Oe）的20倍。矫顽力的增强主要被归结为MgO/Fe (001)界面对下电极铁磁层的钉扎作用。自旋分辩的光电子能谱测量表明，在MgO覆盖到Fe(001)表面后，Fe(001)费密面的自旋极化率P由负值转变为正值。P符号的改变被归结为MgO/Fe (001)界面电子自旋结构的改变。

研究了微量Sr（0.01-0.1%，质量分数）对AZ91D镁合金枝晶生长和相析出的影响. 结果表明，加入微量Sr可明显细化AZ91D合金晶粒；随着添加量增加，初生相α-Mg枝晶逐渐球化，非平衡析出相β-Mg17A112增多；加入0.1% Sr后，在枝晶间β-Mg17A112相上依附析出针状或杆状Al4Sr新相. AZ91D合金凝固过程中Sr在固液界面前沿富集，并且优先在曲率较大的枝晶端面富集，抑止晶粒长大，从而增加允许形核时间，提高了形核数量，同时Sr的尖端富集降低了初生相α-Mg的尖端生长优势，球化了枝晶组织.

基于平界面溶质扩散假设，改进界面物质守恒边界条件求得层片共晶稳态生长的溶质边界层。结果表明，层片共晶组织生长过程中沿生长方向的溶质边界层与沿界面方向的溶质边界层相关。对于CBr4-C2Cl6透明合金系的分析表明，共晶成分合金，其层片组织生长过程界面处液、固相平均成分的差值随凝固速度的增大而增大。合金成分偏离共晶成分时，界面处液相平均成分与共晶成分非常接近。在给定凝固速度条件下，共晶相界面处液、固相平均成分差值与层片宽度的比值随合金成分变化关系不同。

摘 要 采用座滴法研究了PdNi-Cr-V合金钎料对SiC陶瓷的润湿性. 设计的PdNi-(10-25)Cr-(5-25)V-Si-B钎料可用于SiC的连接，使用急冷态箔状钎料，在1190℃/10 min的连接条件下得到的接头室温三点抗弯强度为84. 6 MPa. 微观分析表明，在靠近SiC的界面反应层中，主要是Pd和Ni优先与SiC反应生成相应的Pd-Si相，Ni-Si相和石墨；接头中在离SiC稍远的区域，主要是Cr和V与母材扩散进入钎缝且未与Pd和Ni反应的C和Si发生反应，生成Cr(V)-C, Cr(V)-Si, Cr(V)5Si3C 等相；钎缝中心区的基体由Pd-Si，Ni-Si和V-Si相组成，其上弥散分布着块状碳化物V2C和Cr23C6.

将不同形态AZ31B镁合金植入实验动物（兔子）体内，并以钛合金作对照组，研究镁合金对实验动物的影响及其在实验动物体内的降解情况。研究结果表明，镁合金植入2周后，植入物周围有骨痂生成，8周时生成成熟的骨组织。镁合金植入并未对机体的循环、免疫、泌尿系统产生影响，体内降解产物主要为钙镁磷灰石，可经肾脏代谢，血液中的镁离子浓度在正常值范围内波动。本文实验研究提示，镁合金植入动物体内早期阶段是安全的，且有诱导机体新骨生成的作用。

利用旅行薄片微元体能量守恒原理，引入喂钢带相对速度参量，建立了结晶器喂钢带连铸工艺的数学模型。采用有限体积法, 用Visual Basic语言独立编制源码模拟程序，并对一典型喂钢带的连铸工艺进行模拟分析，得到了连铸坯温度分布和喂进钢带凝固状态的曲线。喂进钢带改变了结晶器内温度场的分布和传统的由表及里凝固方式；钢带在结晶器内先凝固后熔化，降低了钢水过热度和铸坯断面温度梯度，使的温度分布更有利于等轴晶结晶过程的进行，有利于铸坯断面形核率的提高。同时该模型也给出了钢带尺寸、拉速和过热度等参数对连铸坯凝固过程的影响，为喂钢带工艺的工业化提供了理论依据。

采用数值模拟方法研究了板坯连铸机内钢液流动、夹杂物碰撞聚合行为。由于凝固坯壳的向下运动和上升流股的相互作用，在结晶器窄面附近形成一个角部涡。此角部涡的存在使夹杂物的浓度、数量密度和特征尺寸的分布在结晶器窄面附近产生一个极值。数值结果还表明钢液的对流输运是影响夹杂物分布的重要因素。由于钢液上部回流区的存在，夹杂物分布显现环状特征。在结晶器下部，由于壁面效应和夹杂物碰撞聚合，夹杂物在中心截面上形成“W”形分布，在水平截面上形成“8”字形分布；而在铸坯窄面和水口下方对称面处，夹杂物形成“V”形分布。

本文实验研究了梯度磁场对纯Al在强磁场和交流电复合所产生的电磁振荡下凝固组织的影响规律。发现在不同的梯度磁场中，施加电磁振荡凝固后纵截面细化组织分布发生很大变化。建立模型分析了这一现象，结果表明初生晶核在梯度磁场中所受有效磁悬浮力影响了细化组织分布规律。利用梯度磁场这一效应，可以控制凝固过程中的“结晶雨”现象和模拟无重力凝固。

本研究采用非平衡磁控溅射沉积技术在Si(111)单晶硅片和镜面抛光的渗碳淬火SCM415基片上沉积了无氢高纯类金刚石(DLC)薄膜和无氢Ti添加类金刚石(Ti-DLC)薄膜。高纯DLC采用高纯石墨靶溅射沉积，Ti-DLC采用高纯Ti靶和高纯石墨靶同时溅射沉积而成，通过调节Ti靶的溅射功率获得了含Ti量分别为1.9at.% 、2.14at. %、3at.% 、10.5at.% 、14at.%、25at.% 、34at.%的Ti-DLC薄膜。利用拉曼分光光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS) 、X射线衍射仪(XRD)及原子力显微镜(AFM)分析研究了Ti-DLC的组织结构及表面形貌。研究发现，利用非平衡磁控溅射得到的Ti-DLC薄膜，仍具有类金刚石薄膜的sp2、sp3结构，但Ti的加入促进了sp3键向sp2键的转变。添加的Ti以TiC微晶的形式存在于非晶态的DLC中。与Ti添加DLC相比无添加高纯DLC具有更加平滑光洁的表面，但是对于本身就具有一定表面粗躁度的基体来说，Ti的添加有利于弥补基体表面的凸凹缺陷，使DLC表面变得更平滑。

利用DSC（示差扫描热量分析）热流-温度曲线和马氏体体积分数与自由能增量间的微分关系，建立了一个新的余弦型形状记忆合金马氏体相变模型。在Tanaka和Liang研究的基础上，推导了一个新的形状记忆合金本构方程。研究表明：Liang建立的马氏体相变模型和本构方程分别为本文建立的马氏体相变模型和本构方程所描述的一种特殊情况；本文建立的马氏体相变模型和本构方程比Liang及其它现存马氏体相变模型和本构方程能更准确地描述形状记忆合金的相变行为和力学行为。

采用区熔定向凝固技术制备了<110>取向(Tb0.36Dy0 64)1-xHoxFe2合金，研究了在0MPa、5MPa、10MPa不同预压力下该合金的磁致伸缩性能，及其磁致伸缩的滞后特性。结果表明：在外加轴向压应力作用下，<110>取向(Tb0.36Dy0 64)1-xHoxFe2合金具有明显的磁致伸缩“跳跃效应”；在x<0.3时(Tb0.36Dy0 64)1-xHoxFe2合金在较宽的温度范围（-60 oC—80 oC）内具有巨磁致伸缩特性；随Ho含量的增加，其磁致伸缩滞后显著降低。在外加压力为0MPa、5MPa、10MPa时，相对于滞后宽度为104Oe，135Oe，166Oe的Tb0.36Dy0.64Fe1.95合金，在Ho含量为x=0.1，即Tb0.324Dy0.576Ho0.1Fe1.95合金滞后宽度减小为93Oe、116Oe、137Oe，减小幅度分别为10.6％、14.1％、17.5％；在Ho含量为x=0.2时，即Tb0.288Dy0.512Ho0.2Fe1.95合金，滞后宽度减小为75Oe、108Oe、129Oe，减小幅度分别为27.9％，20.2％，22.3％，在Ho含量为x=0.3，即Tb0.252Dy0.448Ho0.3Fe1.95合金，滞后宽度减小为54Oe、88Oe、98Oe，减小幅度分别为48.1％，34.8％，41.0％。

利用低温分解型造孔剂与梯级热等静压烧结和常规烧结的匹配工艺成功制备出了梯度孔隙率及大孔隙尺寸多孔NiTi形状记忆合金；多孔合金的孔隙率为30～61％，孔隙平均尺寸可根据不同预处理工艺在50～500 μm之间变化，开孔度可达85％，且具有较高的开孔率。结果还表明，所制备的梯度孔隙率多孔NiTi合金具有良好的力学性能，线性超弹性应变大于4％；热分析和X射线衍射分析表明，所制备的多孔合金呈现明显的马氏体转变和逆转变特征，相变特征温度随孔隙率的提高而降低。

采用固相合成法制备了BaCe0.9Y0.1O3-α、BaCe0.85Y0.15O3-α和BaCe0.9Sm0.1O3-α质子导体。X射线衍射（XRD）结果表明掺10%Y的物料形成了纯净的钙钛矿型固溶体；而掺15%Y的物料不含Y2O3，主相为钙钛矿型固体电解质。据此推断，Y在BaCeO3中的固溶度极限大于0.15。掺10%Sm物料的XRD谱未显示有Sm2O3存在，因此Sm在BaCeO3的固溶度极限大于0.10。激光散射粒度分析结果表明合成后粉体颗粒的平均粒径变大，粒径5μm左右的颗粒所占比例最高。TG-DSC分析表明质子导体的合成温度为1360℃。扫描电镜（SEM）的结果显示，质子导体由分布均匀的大小两种颗粒构成，颗粒尺寸在1μm—10μm之间。BaCe0.9Y0.1O3-α和BaCe0.9Sm0.1O3-α脱氢电池对铝液的脱氢结果表明，脱氢电流随着铝液温度的升高，水蒸气压的增大，外加电压的增加而依次增大。用自制的CaZr0.9In0.1O3-α测氢传感器测得铝液温度780℃，水蒸气压为4122.8Pa和4366.0Pa时铝液中的氢活度分别为0.0536和0.0445 mlH2/100gAl。