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西北工业大学魏炳波教授等科研人员在国家自然科学基金创新研究群体项目、国家杰出青年科学基金项目、重点项目和面上项目的连续支持下，系统开展了液态金属深过冷与快速晶体生长研究，主要在以下五个方面取得了显著的理论研究成果：
1、建立了声悬浮过程的优化设计理论
建立了单轴式声悬浮过程的参数化理论模型，揭示出声悬浮性能与反射端几何参数的本征关系，提出了单轴式声悬浮过程的优化控制方法，发现了声悬浮条件下深过冷与快速凝固的动力学规律，悬浮起自然界中密度最大的固体铱和液体汞，在声悬浮条件下实现了大体积水的深过冷。
2、系统地揭示了深过冷状态的热力学特征
60种液态金属的过冷度创国际最高水平，阐明了熔体过冷能力与形核机制和实验条件的相关规律，测定了多种深过冷熔体的比热、表面张力等热力学性质，指明了广为采用的Turnbull公式仅在小过冷范围适用。
3、发现了深过冷条件下晶体形核的新规律
揭示出"即使过冷度超过0.2Tm，液态金属仍然优先发生异质形核"的新规律，阐明了深过冷条件下共晶、偏晶和包晶合金的形核机制，发现声悬浮过程中液滴表面波动和超声空化效应均诱发异质形核。
4、发展了深过冷条件下快速晶体生长理论
阐明了快速枝晶生长的动力学规律，提出了快速共晶生长的理论机制，发现了快速偏晶凝固的相分离特征，揭示了快速包晶凝固的相选择和组织演变规律，实现了金属间化合物的快速生长。
5、阐明了微重力条件下快速凝固的主要规律
发现了微重力效应和深过冷条件对快速凝固过程的耦合作用机制；揭示出微重力条件下由于自然对流和Stokes运动被抑制，而Marangoni对流发挥显著作用，从而使凝固组织形态和宏观偏析呈现新的特征。
本项目在金属凝固科学领域开拓出一个"超常条件下材料凝固理论研究"的新学科方向，具有重大科学意义。取得的理论成果获得2003年度国家自然科学奖二等奖，得到国际著名的Nature杂志、Science杂志（网络版）、美国《NASA技术备忘录》和《中国COSPAR国家报告》的专题评论，充分肯定了本项研究的原创性和领先性。 |
