材料的使用性能是由其组织形态来决定的。因此．包括成分调整在内，人们通过控制 材料的制备过程以获得理想的组织从而使材料具有所希望的使用性能，控制凝固过程已 成为提高传统材料的性能和开发新材料的重要途径。定向凝固技术由于能得到一些具有 特殊取向的组织和优异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速的发展 [1] ，目前已广泛 地应用于半导体材料、磁性材料以及自身复合材料的生产 [2-3] 。同时，由于定向凝固技术 的出现，也为凝固理论的研究和发展提供了实验基础(由于理论处理过程的简单化)，因为 在定向凝固过程中温度梯度和凝固速率这两个重要的凝固参数能够独立变化，从而可以 分别研究它们对凝固过程的影响。此外，定向凝固组织非常规则，便于准确测量其形态和 尺度特征。 

本文评述了定向凝固技术的发展过程及其在材料的研究和制备过程中的应用，指出 了传统定向凝固技术存在的问题和不足，并介绍了在此基础上新近发展起采的新型定向 凝固技术及其应用前景。 

1 传统的定向凝固技术 

1.1 炉外结晶法(发热铸型法) [4] 

所谓的炉外结晶法就是将熔化好的金属液浇入一侧壁绝热，底部冷却，顶部覆盖发热 剂的铸型中，在金属液和已凝固金属中建立起一个自上而下的温度梯度，使铸件自上而下 进行凝固，实现单向凝固。这种方法由于所能获得的温度梯度不大，并且很难控制，致使凝 固组织粗大，铸件性能差，因此，该法不适于大型、优质铸件的生产。但其工艺简单、成本 低，可用于制造小批量零件。  http://opticsky.net

1.2 炉内结晶法 

炉内结晶法指凝固是在保温炉内完成，具体工艺方法有： 

1.2.1 功率降低法(PD法) [5] 

将保温炉的加热器分成几组，保温炉是分段加热的。当熔融的金属液置于保温炉内 后，在从底部对铸件冷却的同时，自下而上顺序关闭加热器，金属则自下而上逐渐凝固，从 而在铸件中实现定向凝固。通过选择合适的加热器件，可以获得较大的冷却速度，但是在 凝固过程中温度梯度是逐渐减小的，致使所能允许获得的柱状晶区较短，且组织也不够理 想。加之设备相对复杂，且能耗大，限制了该方法的应用。 

1.2.2 快速凝固法(HRS) [6] 

为了改善功率降低法在加热器关闭后，冷却速度慢的缺点，在Bridgman晶体生长技 术的基础上发展成了一种新的定向凝固技术，即快速凝固法。该方法的特点是铸件以一定 的速度从炉中移出或炉子移离铸件，采用空冷的方式，而且炉子保持加热状态。这种方法 由于避免了炉膛的影响，且利用空气冷却，因而获得了较高的温度梯度和冷却速度，所获 得的柱状晶间距较长，组织细密挺直，且较均匀，使铸件的性能得以提高，在生产中有一定 的应用。