凝固界面生长形态是由材料液固界面性质和凝固驱动力的性质所决定的。界面性质决定了界面形态对驱动力的相应反应,因此相似的界面性质在相似的驱动力作用下将产生相似的动力学行为,导致相似的界面形态。丁二腈(SCN)就是这样一种与金属具有相似界面性质的体心立方结构的透明有机物,由于它的热力学数据较全,与金属凝固行为相似,多年来被国际凝固理论界广泛地应用于凝固理论研究。论文通过改进提纯装置高效率制备了高纯丁二睛,并在此基础上开展了宏微观凝固模拟研究。微观上,通过过冷熔体的自由枝晶生长动力学实验,对枝晶生长形态选择的稳定性参数进行了研究,宏观上,通过模拟铸件的凝固过程,对铸造析出性气孔形成过程和机理进行了分析。取得的主要成果如下: 1.对比研究了减压蒸馏加区域熔炼与减压精馏对丁二腈的提纯效果,发现,对于丁二腈来说,减压精馏具有更高的提纯效率,制备出纯度超过99.99%的高纯丁二腈。 2.设计并实现了控温精度为±0.004℃的实验温场条件,并以水三相点作为基标准进行了校验,在此基础上设计并制造了自由枝晶生长系统。 3.采用制备的高纯丁二腈试样进行了过冷熔体自由晶体生长动力学研究,发现,实验测得的稳定性参数与MSC原理和LM-K原理较为接近,但与GIW理论差别较大。 4.透明模型合金应用到对铸造中的宏观现象的模拟,发现,纯合金铸件凝固时,气孔的析出基本与铸件的凝固过程同步进行,并呈现气条生长,由型壁向中心会聚,而在合金铸件中,气孔在凝固末期伴随着局部热裂的形核以及残余液相沿枝晶间隙的流动不断析出,伴随着缩松和热裂的发展。真空除气可以有效的防止析出性气孔的产生。