文献综述（或调研报告）：
温度梯度区域熔化（TGZM）是关于凝固过程中同时伴随熔化的现象。定向凝固工艺通常在大的温度梯度下进行，使得糊状区发生局部的熔化和再凝固，导致一些典型现象，如固相中的液滴以及液相中的二次枝晶臂沿温度梯度向高温端移动。在不考虑热传输的条件下，温度梯度区域熔化的动力学是由液相中的溶质扩散控制的。由于局部平衡浓度的调整，在界面处建立了沿温度梯度方向的浓度梯度，溶质原子在液相中从较冷的高浓度区域向温度较高的低浓度区域扩散。结果在冷端的溶质原子消耗引起液相局部凝固，而在热端的溶质原子富集导致固相局部熔化[1]。温度梯度区域熔化会改变凝固微观组织并显著影响微观偏析。
1955年，Pfann[2]首先描述了温度梯度区域熔化下枝晶臂迁移的例子，引入了“温度梯度区域熔化”这一术语来描述这一现象，并将TGZM应用于材料提纯和晶体生长。1963年，Tiller[3-4]首次描述了TGZM下液滴迁移的现象。Tiller理论上分析了在温度梯度影响下，板状、圆柱状和球状的液相区域通过大块固相的迁移过程。Tiller的模型预测界面的迁移速率正比于温度梯度，并且取决于熔化和凝固过程中与晶向相关原子吸附的动力学效应。
Weinberg 和Teghtsoonian[5]最早观察到在大的温度梯度下，枝晶臂的生长会偏向于枝晶臂的一侧优先生长，根据对定向凝固的铸造铜合金的测量，这将导致溶质浓度呈锯齿状分布。相似的浓度分布情况也在其他一些合金系的试验中被发现，但是这些研究中都没有考虑是TGZM带来的影响。
1976年，Allen和Hunt[6]提出TGZM会影响微观偏析。他们在对“类金属透明合金”丁二腈-樟脑的定向凝固实验中首次观察到了糊状区二次枝晶臂迁移的现象。他们发现，在定向凝固稳态枝晶生长过程中，所有的二次枝晶臂都沿温度梯度向高温端迁移，表明在枝晶生长过程中发生了大量的熔化和凝固现象。基于这些实验观察现象，Allen和Hunt提出了一个描述在一维（1-D）固定温度梯度下的TGZM的动力学解析模型。根据Allen和Hunt的研究，TGZM导致糊状区的溶质浓度呈锯齿状分布，且相对二次枝晶臂中心并不对称，即二次枝晶臂上端部分溶质浓度较高，而二次枝晶臂下端部分浓度较低。TGZM还通过改变粗化行为影响了最终的二次枝晶臂间距。
基于Allen和Hunt（AH）模型，Brody 等[7]通过解析计算得出了TGZM效应对枝晶臂中的溶质分布、粗化以及Al-4wt.%Cu合金中共晶相数量的影响。Riedl 和 Fischmeister[8]通过对高速钢凝固过程中淬火，使保留下凝固组织进而进行金相观察，发现了TGZM效应引起的枝晶臂迁移，并且指出TGZM有助于减小枝晶间的共晶相数量，但这里TGZM效应并非枝晶粗化的主要机制。Riedl 的实验直接证明了Allen和Hunt关于TGZM的理论。Kraft等[9]通过数学模型和Al-6.8wt.%Cu合金定向凝固实验研究了TGZM效应对微观偏析的影响，发现只有在高温度梯度下，TGZM 效应才会显著减弱微观偏析。
TGZM对合金定向凝固中的枝晶形态和微观偏析有很大的影响，但是此过程难以在合金中直接观察和测量，之前的大多数实验都是依赖于凝固后分析，即在样品凝固后或用淬火等方法中断凝固后，对试样金相进行形态观察和成分分析；也有一些研究人员是通过观察凝固试样的表面来观察原位凝固过程。但是这些都是间接的实验观察，无法提供TGZM现象的实时信息。Li等[10]使用同步辐射X射线显微仪实时观测了Sn-13wt.%Bi合金的定向凝固过程，他们发现在一个恒定的温度梯度下，对不同的固相分数有不同的TGZM迁移速度。他们认为在凝固区间内持续冷却时，TGZM效应对枝晶形貌有显著的影响，且三次枝晶臂的出现加快了由TGZM引起的二次枝晶臂上的熔化/生长速度。当在恒定的温度梯度下持续维持在凝固区间内，定向凝固得到的组织失去了枝晶特征。他们还发现在连续冷却的时候，TGZM的迁移速度反比于冷却速度而正比于温度梯度。
Thi等[11]利用同步辐射X射线显微仪对Al-3.5wt.%Ni合金以及Al-7.0wt.%Si合金进行了原位实时观测实验来研究TGZM现象。在他们的实验中，枝晶臂的凝固速度比熔化速度快，并且实验得到的迁移速度比AH模型得到的结果快3~4倍，这可能是由于AH模型未考虑固/液界面曲率或者是三次枝晶臂的出现改变了传质，加快了TGZM迁移速度。他们发现，由于晶间通道与温度梯度方向垂直，它的温度梯度趋近于液相中的温度梯度；而被固相包裹的液滴中的温度梯度趋近于固相中的温度梯度，所以在TGZM的作用下，晶间通道的迁移速度比液滴的迁移速度快。他们还观察到，在TGZM的作用下，二次枝晶臂发生了旋转和熔断现象。
彭鹏[12]在定向凝固 Sn-36at.%Ni 包晶合金动态糊状区内也观察到了TGZM效应引起的二次枝晶臂上的熔化/凝固现象；而且发现当存在三次枝晶臂时，在二次枝晶臂间液相上方二次臂上发现了一“锯齿状”形貌。提出了描述三次枝晶臂存在时二次枝晶臂上的熔化/凝固模型，可很好的表征三次枝晶臂对二次枝晶臂迁移的影响。同时发现包晶反应越完全，这种“锯齿状”形貌越明显。此外，他认为在大的温度梯度和低的生长速度条件下，TGZM效应越显著。
采用X射线透视则需要复杂的实验装置和条件控制，不是一种方便易行的实验研究方法。1965年Jackson和Hunt发现了一批透明有机物晶体，通过进行实验观察证明确实可以用它们来模拟研究金属凝固过程，从此透明有机模型合金模拟实验方法就成为一种有效的凝固科学研究方法而日益受到重视。1981年Lemaignan用电子显微镜直接观察Al-Cu共晶生长过程与有机物模拟结果取得了惊人的一致，进一步证明了有机物模拟方法的可行性。采用透明模型合金来模拟金属的凝固过程，动态实时观察凝固组织和结构特征的演化，已经成为对凝固理论深入研究的重要手段[13]。
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