利用熔体浸浮和电弧熔炼技术，系统地研究了快速凝固Si_66.7Ni_33.3包晶合金的亚稳凝固机制及微观力学性能。熔体浸浮样品的过冷度高达230 K，凝固组织由Si、NiSi₂和NiSi三相构成。随着过冷度的升高，初生Si相的体积分数逐渐增多，其层片状的形貌会演变为枝晶状形貌。与此同时，片状初生Si相的厚度基本保持不变，其长度和宽度则会呈现减小趋势。高过冷条件下随后的包晶反应更加剧烈，包晶NiSi₂相变得更窄。在123 K临界过冷度时，共晶生长速度会突然上升，NiSi₂相间隙中的规则共晶形貌会转变为异常共晶，组织的显微硬度也会骤降。NiSi₂和NiSi两个金属间化合物中的溶质Ni含量随过冷度而线性增加，意味着溶质的固溶度大幅扩展，开始出现显著的溶质截留效应。对于8 mm直径的电弧熔炼样品，快速凝固组织主要以被包晶NiSi₂相包围的初生Si相和NiSi₂相间隙的共晶(NiSi + NiSi₂)相为形貌特征，并且离样品底部越远，其过冷度越小，样品显微硬度也越高。当样品直径减小到2 mm时，包晶NiSi₂相直接在样品底部形核，其他区域的组织特征与大尺寸样品相似。在样品顶部和中部区域，初生Si相分别具有层状和树枝状结构。这项研究具有重要的科学和工业意义，能为复杂合金系统的开发和加工提供理论支撑。

在电弧熔炼设备中使用纯度分别为99.999% Ni和99.99% Si的高纯金属制备了直径约为4.5 mm的Ni_66.7Si_33.3母合金。在熔体浸浮和电弧熔炼实验之后，收集、切割和抛光这些快速凝固的样品。通过X射线计算机断层扫描(XCT)设备(XPloreVista 2000 4D)定量研究了熔体浸浮样品内部初生Si相的三维形貌特征及空间分布。

利用X射线计算机断层扫描(XCT)技术对深过冷Si_66.7Ni_33.3合金内部的初生Si相进行了三维重建，如图1(e)和(j)所示，并从三维图像中截取了完整的初生Si相的3D形貌。结果显示，初生Si相在小过冷条件下以小面相方式进行生长，在大过冷状态下小面相生长特征逐渐消失，此时初生Si相倾向于以枝晶方式进行快速生长。

1. 在熔体浸浮实验中，获得的最大过冷度为230 K，过冷样品的相结构始终由Si固溶相、NiSi₂和NiSi金属间化合物相组成。过冷度对初生Si相的形貌特征、NiSi₂相间隙的共晶形貌特征、金属间化合物内部的溶质含量以及凝固组织的微观硬度具有重要影响。

2. 在电弧熔炼条件下，直径为2-8 mm的包晶Si_66.7Ni_33.3合金颗粒在水冷铜模表面迅速凝固。样品尺寸和区域位置对凝固组织形貌特征及其维氏硬度都有显著影响。