四川大學(xué)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)雙語(yǔ)Chapter-5課件

1、1第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工第第5章（自學(xué)）章（自學(xué)）1Fundamentals of Materials Science and Engineering材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)2第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 本章主要對(duì)本章主要對(duì)金屬材料金屬材料（Metals）、）、無(wú)機(jī)非金無(wú)機(jī)非金屬材屬材（Inorganic Nonmetallic）、）、高分子材料高分子材料（Polymer）的）的制備原理及方法制備原理及方法，成型加工性成型加工性作作主要闡述。主要闡述。 第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 （Fabric

2、ation and Processing of Materials）3第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工5 5-1 -1 材料制備原理及方法材料制備原理及方法5 5-2 -2 材料的材料的成型加工性成型加工性第五章第五章 內(nèi)容目錄內(nèi)容目錄4第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工5-1 材料制備原理及方法材料制備原理及方法5第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 金屬材料的制備主要介紹金屬材料的制備主要介紹鐵鐵的制備、的制備、 鋼鋼的制備的制備 、非非鐵合金鐵合金（銅的制備、鋁的制備（銅的制備、鋁的制備 ）的制備）的制備5-1-1 金屬材料的制

3、備金屬材料的制備6第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工磁鐵礦磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦、赤鐵礦(Fe2O3)、褐鐵礦褐鐵礦(FeCO3)、菱鐵礦、菱鐵礦(Fe2O3mH2O) 還原還原 焦碳（焦碳（C）或）或CO 還原劑還原劑 生鐵生鐵Fe（C%2.11%） 造渣造渣 熔劑熔劑 石灰石石灰石(CaCO3)錳礦石錳礦石(脫脫O、脫、脫S)目的目的有害雜質(zhì)入渣除去有害雜質(zhì)入渣除去 有益元素進(jìn)入鐵水有益元素進(jìn)入鐵水 鐵的制備7第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 還原反應(yīng)還原反應(yīng)25704343COFeCOOFeC243570322COOFeCOOFeC2570

4、433COFeOCOOFeC2570COFeCOFeOCCO間接還原間接還原鐵的制備原理鐵的制備原理FeO + C = Fe + CO直接還原直接還原高爐下部高溫區(qū)進(jìn)行高爐下部高溫區(qū)進(jìn)行8第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 造渣反應(yīng)造渣反應(yīng) 造渣造渣就是加入一定量的熔劑與礦石中脈石和焦炭就是加入一定量的熔劑與礦石中脈石和焦炭中灰分作用，生成一種多氧化物的熔體。中灰分作用，生成一種多氧化物的熔體。造渣過(guò)程造渣過(guò)程是是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，應(yīng)根據(jù)礦石成分和冶煉要一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，應(yīng)根據(jù)礦石成分和冶煉要求，控制熔劑數(shù)量和熔煉過(guò)程，促使需要的元素進(jìn)入求，控制熔劑數(shù)量和熔煉過(guò)

5、程，促使需要的元素進(jìn)入鐵水，讓有害雜質(zhì)進(jìn)入渣中而除去。鐵水，讓有害雜質(zhì)進(jìn)入渣中而除去。 爐渣的爐渣的成分成分是是CaOCaO、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2、和、和MgOMgO。 高爐爐渣可以用作水泥原料和建筑材料，但爐渣高爐爐渣可以用作水泥原料和建筑材料，但爐渣的形成過(guò)程對(duì)提高高爐冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很重要意的形成過(guò)程對(duì)提高高爐冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很重要意義。義。9第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工高爐內(nèi)型構(gòu)造高爐內(nèi)型構(gòu)造鐵的制備過(guò)程在高爐中進(jìn)行鐵的制備過(guò)程在高爐中進(jìn)行10第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工高爐煉鐵生產(chǎn)高爐煉鐵生產(chǎn) 高爐煉鐵

6、生產(chǎn)高爐煉鐵生產(chǎn)主要由高爐開(kāi)爐，爐內(nèi)操作和爐前操主要由高爐開(kāi)爐，爐內(nèi)操作和爐前操作等生產(chǎn)過(guò)程組成。作等生產(chǎn)過(guò)程組成。11第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 鋼的制備鋼的制備鋼的制備基本原理：鋼的制備基本原理： 所謂鋼的制備實(shí)際上是鋼的冶煉或煉鋼。煉鋼就所謂鋼的制備實(shí)際上是鋼的冶煉或煉鋼。煉鋼就是通過(guò)冶煉是通過(guò)冶煉降低生鐵中的碳和去除有害的雜質(zhì)降低生鐵中的碳和去除有害的雜質(zhì)，再，再根據(jù)對(duì)鋼的成分和性能要求根據(jù)對(duì)鋼的成分和性能要求添加適量的合金元素添加適量的合金元素，煉出煉出具有較高強(qiáng)度和塑性韌性具有較高強(qiáng)度和塑性韌性或具有持殊性能的鋼。或具有持殊性能的鋼。 整個(gè)煉鋼過(guò)程是整個(gè)

7、煉鋼過(guò)程是氧化氧化和和還原還原過(guò)程，關(guān)鍵是清除過(guò)程，關(guān)鍵是清除鋼水中雜質(zhì)，其中最主要的因素是鋼水中雜質(zhì)，其中最主要的因素是造渣造渣和和除渣除渣。12第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工煉鋼過(guò)程：煉鋼過(guò)程：鐵水、生鐵塊、廢鋼、鐵合金鐵水、生鐵塊、廢鋼、鐵合金C%2.11%、Si、Mn、S、P雜質(zhì)含量較高雜質(zhì)含量較高 雜質(zhì)氧化雜質(zhì)氧化 氧化劑（氧化劑（O2、FeO） 脫氧（還原）脫氧（還原） 脫氧劑脫氧劑 (硅、錳、鋁及鐵合金硅、錳、鋁及鐵合金 )造渣造渣 熔劑（石灰、螢石、白云石）熔劑（石灰、螢石、白云石） 鋼：鋼：C%2.11%，含少量，含少量Si、Mn、S、P 13第五章第

8、五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工煉鋼反應(yīng)原理：煉鋼反應(yīng)原理：雜質(zhì)氧化雜質(zhì)氧化 2Fe + O2 2FeOSi + 2FeO SiO2 + 2FeMn + FeO MnO +FeC + FeO Fe + CO2P + 5FeO P2O5 +5Fe脫氧脫氧(還原還原) 2FeO + Si SiO2 + FeFeO + Mn MnO + Fe3FeO + Al Al2O3 + 3Fe造渣除渣：與煉鐵類似造渣除渣：與煉鐵類似 氧化后鋼液中存在較多氧化后鋼液中存在較多FeO，必須除去，必須除去 14第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 鋼的制備方法鋼的制備方法 鋼的制備方

9、法有鋼的制備方法有純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，平爐煉鋼和純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，平爐煉鋼和電爐煉鋼電爐煉鋼，這里主要介紹，這里主要介紹純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼（純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼（LDLD法）法）。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼原料氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼原料 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼原料有氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼原料有金屬料金屬料( (鐵水、生鐵塊、廢鋼、鐵合金鐵水、生鐵塊、廢鋼、鐵合金) )；造渣材料造渣材料( (石灰、石灰、螢石和白云石螢石和白云石) )；氧化劑氧化劑( (氧氣、鐵礦石和氧化鐵氧氣、鐵礦石和氧化鐵皮皮) )；冷卻劑；冷卻劑( (皮鋼、鐵礦石、氧化鐵皮皮鋼、鐵礦石、氧化鐵皮) )；脫氧劑脫氧劑( (硅、錳、餡及鐵合金硅、錳、餡及鐵合金) )。15第五章

10、第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼 純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝： 傾倒兌鐵水，加廢鋼傾倒兌鐵水，加廢鋼直立加渣料直立加渣料準(zhǔn)備吹煉準(zhǔn)備吹煉吹吹煉煉停吹停吹一傾倒?fàn)t渣一傾倒?fàn)t渣直立加二批渣料直立加二批渣料繼續(xù)吹煉繼續(xù)吹煉傾倒取樣傾倒取樣脫氧出鋼脫氧出鋼澆注澆注16第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工17第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工制備原理制備原理火法煉鋼法火法煉鋼法 在高溫下使銅礦石或含銅原料在高溫下使銅礦石或含銅原料( (精礦、焙燒或燒結(jié)塊精礦、焙燒或燒結(jié)塊) )先熔煉成冰銅，再將其

11、先熔煉成冰銅，再將其吹成粗銅。吹成粗銅。濕法冶銅法濕法冶銅法 用溶劑浸泡銅礦石，使銅從礦石用溶劑浸泡銅礦石，使銅從礦石中浸出，再?gòu)慕鋈芤褐袑⒔饘巽~析出。中浸出，再?gòu)慕鋈芤褐袑⒔饘巽~析出。 非鐵合金的制備銅的制備銅的制備 濕法煉銅的溶液由金屬溶質(zhì)和只能溶解金屬而不溶解脈石濕法煉銅的溶液由金屬溶質(zhì)和只能溶解金屬而不溶解脈石的溶劑組成。常用的溶劑有稀硫酸、硫酸鐵溶液及碳酸銨的溶劑組成。常用的溶劑有稀硫酸、硫酸鐵溶液及碳酸銨溶液等。對(duì)于含酸性脈石的礦石，使用硫酸或硫酸鐵溶液，溶液等。對(duì)于含酸性脈石的礦石，使用硫酸或硫酸鐵溶液，而含有堿性脈石的礦石，宜用碳酸銨溶液。而含有堿性脈石的礦石，宜用碳酸銨溶

12、液。18第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工硫化銅、氧化銅礦硫化銅、氧化銅礦 熔煉熔煉 Fe等雜質(zhì)隨熔渣除去等雜質(zhì)隨熔渣除去 冰銅冰銅(Cu2S)x(FeS)y 吹煉吹煉 Cu2S + 3/2 O2 Cu2O + SO2 Cu2O +FeS Cu2S +FeO2 Cu2O + Cu2S 6Cu + SO2 粗銅（粗銅（Cu%=98.599.5%）含少量金、銀、鉍、錫、鉛、硒含少量金、銀、鉍、錫、鉛、硒、碲、溶解氣體、碲、溶解氣體 火法煉銅法火法煉銅法火法精煉火法精煉 或電解精煉或電解精煉 目的：目的： 去除雜質(zhì)去除雜質(zhì) 提取貴金屬提取貴金屬 純銅金屬純銅金屬 銅的制備方法銅的

13、制備方法19第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工20第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工21第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工Al2O3的的制備制備 濕堿法：鋁礦石濕堿法：鋁礦石 + NaOH溶液溶液2NaAlO2水溶液水溶液 Al(OH)3 稀釋、過(guò)濾、結(jié)晶稀釋、過(guò)濾、結(jié)晶 加加Al(OH)3晶核晶核 9501000 煅燒煅燒Al2O3 干堿法：干堿法： 鋁礦石鋁礦石 + CaCO3 + Na2CO3 1100 燒結(jié)燒結(jié) 燒結(jié)塊燒結(jié)塊加水稀釋加水稀釋 沉淀雜質(zhì)沉淀雜質(zhì) NaAlO2水溶液水溶液 通入通入CO2 Al(OH)3 95010

14、00煅燒煅燒Al2O3Al2O3自焙電解自焙電解 900 電解電解 Al3+ + 3e Al陰極、鋁純度達(dá)陰極、鋁純度達(dá)99.7% 2AlO33- 6e Al2O3+ 3/2 O2陽(yáng)極陽(yáng)極 鋁的制備鋁的制備22第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工23第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工傳統(tǒng)上無(wú)機(jī)非金屬材料（傳統(tǒng)上無(wú)機(jī)非金屬材料（inorganic nonmetallic materials）主要包括）主要包括陶瓷陶瓷 (ceramics)、玻璃玻璃(glass)、水泥水泥(cement)和和耐火材料耐火材料(firebrick)四大類四大類.這里這里主要從這

15、四種材料出發(fā)。介紹無(wú)機(jī)非金屬材料的制主要從這四種材料出發(fā)。介紹無(wú)機(jī)非金屬材料的制備原理和一般的制備方法。備原理和一般的制備方法。5-1-2 無(wú)機(jī)非金屬材料的制備無(wú)機(jī)非金屬材料的制備24第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 陶瓷的制備原理及方法 陶瓷是無(wú)機(jī)非金屬材料中的一個(gè)重要的種類。陶瓷是無(wú)機(jī)非金屬材料中的一個(gè)重要的種類。它是指一定組成配比的礦物原料粉末或化工原料粉它是指一定組成配比的礦物原料粉末或化工原料粉末成型后，經(jīng)特定的工藝使其末成型后，經(jīng)特定的工藝使其致密化致密化，賦予其一定，賦予其一定的強(qiáng)度和密度及其他特殊性能的固體材料。通常陶的強(qiáng)度和密度及其他特殊性能的固體材料。

16、通常陶瓷是一種瓷是一種多晶多相多晶多相的聚集體。的聚集體。25第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工26第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 制備過(guò)程大體可以分為制備過(guò)程大體可以分為備料、成型、饒結(jié)備料、成型、饒結(jié)三大部分。三大部分。陶瓷制備的一般工藝過(guò)程如圖陶瓷制備的一般工藝過(guò)程如圖5858所示。所示。 27第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工陶瓷原料陶瓷原料 天然原料天然原料 化工原料化工原料粘土類礦物粘土類礦物長(zhǎng)硅類礦物長(zhǎng)硅類礦物石英類礦物石英類礦物BaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、BeO、ZrO2、Si3O4、釉料等、釉料等陶瓷

17、原料及配料28第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 陶瓷原料的的預(yù)處理預(yù)處理主要是進(jìn)行淘洗，其目的是盡量主要是進(jìn)行淘洗，其目的是盡量除去原料中帶有的雜質(zhì)，以保證陶瓷的產(chǎn)品質(zhì)量。例如除去原料中帶有的雜質(zhì)，以保證陶瓷的產(chǎn)品質(zhì)量。例如，電子陶瓷的電性能對(duì)原料中的堿金屬含量非常敏感，電子陶瓷的電性能對(duì)原料中的堿金屬含量非常敏感，而堿金屬鹽基本上都是水溶性鹽，可以通過(guò)淘洗將其溶而堿金屬鹽基本上都是水溶性鹽，可以通過(guò)淘洗將其溶解去除。解去除。 陶瓷原料的陶瓷原料的破碎破碎通常分為粗碎、中碎和細(xì)碎。通常分為粗碎、中碎和細(xì)碎。 有的原料還需進(jìn)行有的原料還需進(jìn)行燃燒處理燃燒處理。鍛燒的作用鍛燒

18、的作用主要有三主要有三個(gè)方面：其一是使原料的晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，以避免物料在個(gè)方面：其一是使原料的晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，以避免物料在燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)半晶型轉(zhuǎn)變而使瓷體產(chǎn)生裂紋；其二是利用燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)半晶型轉(zhuǎn)變而使瓷體產(chǎn)生裂紋；其二是利用晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力使原晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力使原料進(jìn)料進(jìn)步細(xì)化；其三是在燃燒過(guò)程中除去物料中的有害步細(xì)化；其三是在燃燒過(guò)程中除去物料中的有害雜質(zhì)。雜質(zhì)。原料的預(yù)處理與破碎29第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 坯料坯料是指原料經(jīng)粉碎和適當(dāng)?shù)募庸ず?，能滿足成型工是指原料經(jīng)粉碎和適當(dāng)?shù)募庸ず螅軡M足成型工藝要求的均勻混合

19、物。藝要求的均勻混合物。 坯料分為坯料分為注漿坯料、可塑坯料注漿坯料、可塑坯料和和壓制坯料壓制坯料三種。三種。 坯料的制備包括坯料的制備包括配料、混合、細(xì)碎、陳化、練泥配料、混合、細(xì)碎、陳化、練泥等過(guò)等過(guò)程。程。 配料配料 選擇不同的原料配比，保證坯料組成符合配方選擇不同的原料配比，保證坯料組成符合配方要求。要求。 混合混合 采用各種工藝方式使坯料混合均勻。采用各種工藝方式使坯料混合均勻。 細(xì)碎細(xì)碎 一般采用雷蒙磨一般采用雷蒙磨( (干粉干粉) )或球磨或球磨( (料漿料漿) )使坯料的使坯料的細(xì)度達(dá)到細(xì)度達(dá)到0.050.050.07mm0.07mm以下。以下。 陳化陳化 將含水坯料在一定濕度

20、和溫度下放置一定時(shí)間將含水坯料在一定濕度和溫度下放置一定時(shí)間( (數(shù)大數(shù)大) )，使得其中的腐殖質(zhì)充分腐化。，使得其中的腐殖質(zhì)充分腐化。 練泥練泥 將坯料在真空裝置中反復(fù)揉制，使物料進(jìn)一步將坯料在真空裝置中反復(fù)揉制，使物料進(jìn)一步均勻同時(shí)將坯料中的氣體排除。均勻同時(shí)將坯料中的氣體排除。坯料的制備30第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工成型方法成型方法壓制成型壓制成型可塑成型可塑成型 注漿成型注漿成型 將含水將含水3 37 7( (干壓法干壓法) )或或8 81515( (半干半干壓法壓法) )的坯料在較高的壓力下加壓形成坯體的方法的坯料在較高的壓力下加壓形成坯體的方法利用坯料的

21、可塑性將坯料制成一定的形狀。利用坯料的可塑性將坯料制成一定的形狀。 成型 成型是采用一定的方法將坯料制作成為具有一定形狀成型是采用一定的方法將坯料制作成為具有一定形狀和尺寸的坯體的過(guò)程。和尺寸的坯體的過(guò)程。 注漿成型是將具有流動(dòng)性的坯料注漿成型是將具有流動(dòng)性的坯料( (料料漿漿) )注入石膏模中，利用石膏的吸水性注入石膏模中，利用石膏的吸水性使含水量降低而固化成型使含水量降低而固化成型31第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工干燥干燥 由于成型后的坯料中含有較多的水分，直接燒結(jié)由于成型后的坯料中含有較多的水分，直接燒結(jié)將由于水的迅速氣化使坯體內(nèi)氣壓急劇上升而開(kāi)裂，將由于水的迅速

22、氣化使坯體內(nèi)氣壓急劇上升而開(kāi)裂，故燒成前需在一定溫度下進(jìn)行干燥，便坯體中的水基故燒成前需在一定溫度下進(jìn)行干燥，便坯體中的水基本除去。本除去。排蠟排蠟 干壓中加入有機(jī)塑化劑的壞體亦需在較低溫度下干壓中加入有機(jī)塑化劑的壞體亦需在較低溫度下便塑化劑揮發(fā)除去，又稱為排膠。便塑化劑揮發(fā)除去，又稱為排膠。 干燥與排蠟干燥與排蠟32第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 釉料釉料是覆蓋在陶瓷表面上的玻璃態(tài)薄層對(duì)陶瓷起表面是覆蓋在陶瓷表面上的玻璃態(tài)薄層對(duì)陶瓷起表面保護(hù)、改善性能并使陶瓷具有光澤和色澤的作用。保護(hù)、改善性能并使陶瓷具有光澤和色澤的作用。 根據(jù)釉料的燒成溫度的不同，可以將釉料分為根

23、據(jù)釉料的燒成溫度的不同，可以將釉料分為高溫釉高溫釉和和低溫釉低溫釉。 按照釉科的制備方法可以將釉料分為按照釉科的制備方法可以將釉料分為生釉生釉和和熔塊釉熔塊釉。施釉施釉 33第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 燒成燒成是指坯體在高溫下發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化是指坯體在高溫下發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，坯體逐漸致密化形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，并，坯體逐漸致密化形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，并賦予制品預(yù)期性能的過(guò)程。賦予制品預(yù)期性能的過(guò)程。 燒成過(guò)程中需要嚴(yán)格控制的因素包括：燒成過(guò)程中需要嚴(yán)格控制的因素包括：升溫速度、升溫速度、燒成溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度、氣氛種類與氣氛壓力

24、燒成溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度、氣氛種類與氣氛壓力等。等。燒成燒成34第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 使用溫度使用溫度 過(guò)快的升溫速率將會(huì)使坯體受熱不均而產(chǎn)生裂紋過(guò)快的升溫速率將會(huì)使坯體受熱不均而產(chǎn)生裂紋；并使水蒸氣來(lái)不及排除坯體外，在坯體內(nèi)形成很高的氣壓而使；并使水蒸氣來(lái)不及排除坯體外，在坯體內(nèi)形成很高的氣壓而使坯體開(kāi)裂。坯體開(kāi)裂。 燒成溫度燒成溫度 溫度過(guò)低，液相量不足，瓷體不能完全實(shí)現(xiàn)致密溫度過(guò)低，液相量不足，瓷體不能完全實(shí)現(xiàn)致密化，也不能達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，這種情況在生產(chǎn)中稱為化，也不能達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，這種情況在生產(chǎn)中稱為生燒生燒。反之。反之，過(guò)高的燒成溫度將使坯體因

25、液相過(guò)量而軟化變形，這種情況在，過(guò)高的燒成溫度將使坯體因液相過(guò)量而軟化變形，這種情況在生產(chǎn)中稱為生產(chǎn)中稱為過(guò)燒過(guò)燒。 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 在達(dá)到燒成溫度后，需要一定的保溫時(shí)間來(lái)使物在達(dá)到燒成溫度后，需要一定的保溫時(shí)間來(lái)使物質(zhì)進(jìn)行遷移，以保證瓷體的致密化。質(zhì)進(jìn)行遷移，以保證瓷體的致密化。 冷卻速度冷卻速度 降溫速度越快，則溫度梯度越大，熱應(yīng)力也就越降溫速度越快，則溫度梯度越大，熱應(yīng)力也就越大，引起瓷體破壞的可能性相應(yīng)增加。因此，瓷體燒成后，一般大，引起瓷體破壞的可能性相應(yīng)增加。因此，瓷體燒成后，一般要求采用較慢的降溫速度要求采用較慢的降溫速度 氣氛種類與氣氛壓力氣氛種類與氣氛壓力 氣固反應(yīng)進(jìn)行的程

26、度和最終的相組成氣固反應(yīng)進(jìn)行的程度和最終的相組成對(duì)于陶瓷的性能有著決定性的影響。對(duì)于陶瓷的性能有著決定性的影響。35第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 主要包括表面打磨拋光、表面金屬化、膠裝主要包括表面打磨拋光、表面金屬化、膠裝附件等附件等。陶瓷后加工陶瓷后加工36第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 玻璃玻璃其獨(dú)特的性能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可缺少的基礎(chǔ)材料其獨(dú)特的性能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可缺少的基礎(chǔ)材料典型的典型的非晶態(tài)非晶態(tài)（無(wú)定型、亞穩(wěn)態(tài)）結(jié)構(gòu)，（無(wú)定型、亞穩(wěn)態(tài)）結(jié)構(gòu)，具有降低內(nèi)能向具有降低內(nèi)能向晶態(tài)轉(zhuǎn)化趨勢(shì)晶態(tài)轉(zhuǎn)化趨勢(shì)成形加工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制玻璃生成的熱力學(xué)和動(dòng)

27、力學(xué)成形加工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制玻璃生成的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，以保證無(wú)定型態(tài)條件，以保證無(wú)定型態(tài)成形工藝要求：成形工藝要求：熔融態(tài)粘度低；成型后冷卻，定型速熔融態(tài)粘度低；成型后冷卻，定型速度快；消除內(nèi)應(yīng)力度快；消除內(nèi)應(yīng)力。37第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工玻璃制備過(guò)程：玻璃制備過(guò)程：1.配（備）料：主、輔原料配制。配（備）料：主、輔原料配制。2.熔制成型：硅酸鹽的生成、玻璃液的形成、澄熔制成型：硅酸鹽的生成、玻璃液的形成、澄清、均化和玻璃液的冷卻即熔融成型清、均化和玻璃液的冷卻即熔融成型3.深加工：切裁、熱處理、鋼化、夾層化、中空深加工：切裁、熱處理、鋼化、夾層化、中空化

28、、鍍膜等化、鍍膜等 38第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工39第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工玻玻璃璃工工藝藝發(fā)發(fā)展展 公元公元1世紀(jì)，古羅馬人鐵管吹玻璃世紀(jì)，古羅馬人鐵管吹玻璃 11-15世紀(jì)，威尼斯世紀(jì)，威尼斯 16-18世紀(jì)，歐洲建廠世紀(jì)，歐洲建廠 1828，法國(guó)羅賓，發(fā)明制瓶機(jī)，法國(guó)羅賓，發(fā)明制瓶機(jī) 1905，歐文斯發(fā)明自動(dòng)制瓶機(jī)，瓶玻璃機(jī)械化，歐文斯發(fā)明自動(dòng)制瓶機(jī)，瓶玻璃機(jī)械化 1925，第一臺(tái)行列式制瓶機(jī)，第一臺(tái)行列式制瓶機(jī) 19世紀(jì)末，拉板機(jī)世紀(jì)末，拉板機(jī)引上法引上法 1959，英國(guó)皮爾金頓公司，浮法，英國(guó)皮爾金頓公司，浮法40第五章第五

29、章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工玻璃成分及玻璃原料41第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 玻璃的成分為玻璃的成分為SiOSiO2 2 、NaNa2 2O O、 K K2 20 0、 CaOCaO、 Mg0Mg0和和 AlAl2 2O O3 3 SiOSiO2 2是玻璃中最主要的成分是玻璃中最主要的成分，提供玻璃所具有的耐熱、耐，提供玻璃所具有的耐熱、耐壓、脆性、化學(xué)穩(wěn)定性和透明等性能。壓、脆性、化學(xué)穩(wěn)定性和透明等性能。NaNa2 20 0和和K K2 20 0 的引入能的引入能降低玻璃的粘度，有利于熔化和成型，降低玻璃的粘度，有利于熔化和成型， CaOCaO和和

30、Mg0Mg0 的引入可的引入可以避免玻璃的析晶，提高化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。以避免玻璃的析晶，提高化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。AlAl2 2O O3 3 能能降低玻璃的析晶趨勢(shì)，同時(shí)提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。降低玻璃的析晶趨勢(shì)，同時(shí)提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。 42第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 主要原料主要原料 引入引入SiOSiO2 2的原料的原料( (硅源原料硅源原料) )、引入、引入AlAl2 2O O3 3 的原的原料料( (鋁源原料鋁源原料) )、引入、引入CaOCaO和和Mg0Mg0的原料的原料( (鈣源和鎂源原料鈣源和鎂源原料) )和引和引人人NaNa2 2O O 的原料

31、。的原料。 輔助原料輔助原料 澄清劑、著色劑、脫色劑、還原劑、乳濁劑澄清劑、著色劑、脫色劑、還原劑、乳濁劑、助熔劑等。、助熔劑等。43第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 配合料的制備配合料的制備 配合料的制備過(guò)程主要包括原料選擇與配合料的制備過(guò)程主要包括原料選擇與計(jì)算、原料加工及配合料的混合等。計(jì)算、原料加工及配合料的混合等。 玻璃的熔制玻璃的熔制 根據(jù)原料在過(guò)程中的不同變化可以將玻璃的根據(jù)原料在過(guò)程中的不同變化可以將玻璃的熔制過(guò)程分為硅酸鹽形成、玻璃形成、玻璃液澄清、玻璃熔制過(guò)程分為硅酸鹽形成、玻璃形成、玻璃液澄清、玻璃液均化和玻璃液冷卻等五個(gè)階段。液均化和玻璃液冷卻等五

32、個(gè)階段。44第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工玻璃成型玻璃成型加工方法加工方法 浮法（平板玻璃）浮法（平板玻璃）吹制法（空心制品）吹制法（空心制品）壓制法（玻璃容器）壓制法（玻璃容器）壓延法（壓花玻璃）壓延法（壓花玻璃）澆鑄法（光學(xué)玻璃）澆鑄法（光學(xué)玻璃）焊接法（玻璃儀器）焊接法（玻璃儀器） 45第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工46第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 玻璃的退火玻璃的退火 根據(jù)退火原理，退火工藝可以分為四個(gè)階根據(jù)退火原理，退火工藝可以分為四個(gè)階段：加熱階段、均熱階段、慢冷階段和快冷階段。段：加熱階段、均熱階段、慢冷階

33、段和快冷階段。 平板玻璃的深加工平板玻璃的深加工 隨著對(duì)玻璃性能要求的日益提高，平隨著對(duì)玻璃性能要求的日益提高，平板玻璃的一次產(chǎn)品已不能滿足要求，需對(duì)其進(jìn)行一定的深加板玻璃的一次產(chǎn)品已不能滿足要求，需對(duì)其進(jìn)行一定的深加工以使其具有特定的性能。工以使其具有特定的性能。 47第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工玻璃的鋼化玻璃的鋼化物理鋼化物理鋼化 風(fēng)鋼化風(fēng)鋼化 液體鋼化液體鋼化化學(xué)鋼化化學(xué)鋼化 48第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料的統(tǒng)稱，屬無(wú)機(jī)粉體材料。水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料的統(tǒng)稱，屬無(wú)機(jī)粉體材料。按活性礦物成份可分為：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、

34、按活性礦物成份可分為：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥和氟鋁酸鹽水泥等，其中硅酸鹽水泥用硫酸鹽水泥和氟鋁酸鹽水泥等，其中硅酸鹽水泥用量最大。量最大。水硬性來(lái)自活性礦物成份的水硬性來(lái)自活性礦物成份的水化和水解反應(yīng)水化和水解反應(yīng)。按用途和性能可分為：通用、專用、特種三大類。按用途和性能可分為：通用、專用、特種三大類。 水泥的制備原理及方法水泥的制備原理及方法49第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工五大水泥五大水泥硅酸鹽水泥：硅酸鹽水泥： 熟料熟料+石膏石膏普通硅酸鹽水泥：普通硅酸鹽水泥： 熟料熟料+石膏石膏+ 15%礦渣水泥：礦渣水泥： 熟料熟料+石膏石膏+礦渣礦渣20-70%

35、粉煤灰水泥：粉煤灰水泥： 熟料熟料+石膏石膏+粉煤灰粉煤灰20-40%火山灰水泥：火山灰水泥： 熟料熟料+石膏石膏+火山灰火山灰20-50%50第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥活性成份活性成份 硅酸三鈣硅酸三鈣 3CaOSiO2(C3S) 4462%硅酸二鈣硅酸二鈣 2CaOSiO2(C2S) 1830%鋁酸三鈣鋁酸三鈣 3CaOAl2O3(C3A) 512%鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3(C4AF) 1018%硅酸鹽水泥及生產(chǎn)工藝硅酸鹽水泥及生產(chǎn)工藝51第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工由堿性CaO與酸性氧化物

36、SiO2、Al2O3、Fe2O3在高溫下反應(yīng)而成硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥由石灰石、泥灰石、白堊等提供由石灰石、泥灰石、白堊等提供CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3由黃土、粘土、頁(yè)巖、由黃土、粘土、頁(yè)巖、粉煤灰、煤酐石等提供粉煤灰、煤酐石等提供 52第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工53第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖5-11，可概況為“兩磨一燒”煅燒過(guò)程中，生料經(jīng)歷干燥脫水、碳酸鹽分解、氧化物間高溫與液相反應(yīng)、快速冷卻等復(fù)雜的物化過(guò)程而成熟料泥的凝結(jié)硬化（水化）也是一復(fù)雜的物化過(guò)程，石膏的加入可緩凝54第五章第五章 材料的制備

37、與成型加工材料的制備與成型加工耐火材料耐火材料 耐火溫度不低于耐火溫度不低于15801580的的無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 耐火材料的制備原理及方法耐火材料的制備原理及方法耐火溫度耐火溫度普通（普通（15801770）高級(jí)（高級(jí)（17702000）特種（特種（2000以上）以上）55第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 耐火材料的成分主要成分主要成分SiO2為主為主Al2O3及及Cr2O3為主為主MgO和和CaO為主為主56第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工耐火材料的生產(chǎn)工藝57第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工高溫使用性能高溫使用性

38、能耐火度耐火度高溫荷重變形溫度高溫荷重變形溫度高溫體積穩(wěn)定性高溫體積穩(wěn)定性抗熱震穩(wěn)定性抗熱震穩(wěn)定性抗渣性抗渣性耐真空性耐真空性58第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工制備的制備的三個(gè)層次三個(gè)層次聚合物合成聚合物合成（Synthesis of polymer）聚合物、粒、粉、塊料的制備聚合物、粒、粉、塊料的制備（Fabrication of polymer）聚合物成型加工聚合物成型加工（Processing of polymer）各層次高分子制備過(guò)程示意圖見(jiàn)圖各層次高分子制備過(guò)程示意圖見(jiàn)圖5-13 5-1-2 高分子材料的制備高分子材料的制備59第五章第五章 材料的制備與成型加

39、工材料的制備與成型加工60第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工聚合物聚合物合成合成 原料精制：蒸餾、重結(jié)晶、堿洗等，以保證單體純度原料精制：蒸餾、重結(jié)晶、堿洗等，以保證單體純度 聚合聚合 聚合機(jī)理聚合機(jī)理 實(shí)施方法：本體、溶液懸浮、乳液、熔融、界面、固相實(shí)施方法：本體、溶液懸浮、乳液、熔融、界面、固相 鏈鎖：自由基、陽(yáng)離子、陰離子、配位催化鏈鎖：自由基、陽(yáng)離子、陰離子、配位催化逐步：縮聚、加聚逐步：縮聚、加聚 聚合物分離：真空揮發(fā)、凝聚、分離、離心分離等，聚合物分離：真空揮發(fā)、凝聚、分離、離心分離等， 脫殘留單體、溶劑、分離雜質(zhì)，以獲得較純凈聚合物脫殘留單體、溶劑、分離雜質(zhì)，

40、以獲得較純凈聚合物 后處理：洗滌、干燥、造粒后處理：洗滌、干燥、造粒61第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工62第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工63第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工5 5-1 -1 材料制備原理及方法材料制備原理及方法5 5-2 -2 材料的材料的成型加工性成型加工性64第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工5-2 材料的成型加工性材料的成型加工性65第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工鑄造（鑄造（Casting） 鍛造（鍛造（Forging）輥（滾）軋（輥（滾）軋（Rolling）

41、擠壓（擠壓（Extrusion）拉拔（拉拔（Drawing） 焊接（焊接（Welding）粉末冶金（粉末冶金（Powder Metallurgy）熱處理（熱處理（Thermal tretment）切削（切削（Cutting）金屬材料成型加工金屬材料成型加工 (Processing of Metals) 5-2-1 金屬材料的加工工藝性金屬材料的加工工藝性66第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工鑄造性鑄造性 熔融流動(dòng)性（螺旋試樣法測(cè)定）熔融流動(dòng)性（螺旋試樣法測(cè)定）鑄型充填條件：鑄型阻力、蓄熱保溫鑄型充填條件：鑄型阻力、蓄熱保溫（熱交換）能力（熱交換）能力收縮性：液態(tài)收縮、凝固收

42、縮、固體收收縮性：液態(tài)收縮、凝固收縮、固體收縮，易引起鑄件缺陷（如縮孔、縮松、縮，易引起鑄件缺陷（如縮孔、縮松、裂紋、變形等）裂紋、變形等）67第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工可鍛性：可鍛性： 壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)零件難易程度壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)零件難易程度鍛造、輥軋、鍛造、輥軋、擠壓、拉拔擠壓、拉拔 金屬的塑性變形性金屬的塑性變形性 化學(xué)成份化學(xué)成份 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 變形抗力變形抗力 變形條件變形條件 變形溫度變形溫度 變形速度變形速度應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 68第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工可焊性：可焊性： 指金屬在一定焊接方法、焊接材料、工藝指金屬在

43、一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式下，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式下，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接接頭焊接接頭的的難易程度。難易程度。 同一種金屬材料，采用不同焊接方法和焊接材同一種金屬材料，采用不同焊接方法和焊接材料，其可焊性不同。料，其可焊性不同。 常用常用焊接方法焊接方法：手工電弧焊；埋弧自動(dòng)焊；：手工電弧焊；埋弧自動(dòng)焊；氬弧焊；電渣焊；氬弧焊；電渣焊；CO2氣體保護(hù)焊；電氣體保護(hù)焊；電阻焊（點(diǎn)焊、對(duì)焊；縫焊）；釬焊。阻焊（點(diǎn)焊、對(duì)焊；縫焊）；釬焊。69第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工切削加工性切削加工性( (車、銑、刨、鉆車、銑、刨、鉆) )取決于多種因素取決于多種因素 硬度硬

44、度切削阻力切削阻力切屑的形狀與形成切屑的形狀與形成 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 顯微組織結(jié)構(gòu)顯微組織結(jié)構(gòu) 70第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 金屬材料熱處理，可改變其晶相組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能。退火（annealing）處理熱處理?xiàng)l件： 熱處理溫度； 保溫時(shí)間； 冷卻速度 松弛內(nèi)應(yīng)力（relieve stresses）; 提高延展性(ductility)、改變硬度(toughness); 產(chǎn)生特殊組織結(jié)構(gòu)（specific microstructure）71第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工新日鐵鋼鐵生產(chǎn)流程新日鐵鋼鐵生產(chǎn)流程72第五章第五章 材料的制備與成型加

45、工材料的制備與成型加工5-2-2 聚合物的成型加工特性及成型加工方法聚合物的成型加工特性及成型加工方法 聚合物的加工特性聚合物的加工特性 熔融特性熔融特性：聚合物固有的低導(dǎo)熱性、低耐熱性、低穩(wěn)定性聚合物固有的低導(dǎo)熱性、低耐熱性、低穩(wěn)定性和高熱敏性，使傳統(tǒng)導(dǎo)熱加熱熔融方式不再適應(yīng)。而主要和高熱敏性，使傳統(tǒng)導(dǎo)熱加熱熔融方式不再適應(yīng)。而主要依靠依靠“粘性耗散發(fā)熱（摩擦熱）粘性耗散發(fā)熱（摩擦熱）”方式熔融方式熔融。73第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工 流動(dòng)特性流動(dòng)特性a) 通過(guò)若干鏈段運(yùn)動(dòng)使大分子重心位移，產(chǎn)生流動(dòng)通過(guò)若干鏈段運(yùn)動(dòng)使大分子重心位移，產(chǎn)生流動(dòng)b) 鏈段的取向、長(zhǎng)鏈分

46、子的纏結(jié)決定其鏈段的取向、長(zhǎng)鏈分子的纏結(jié)決定其“非牛頓流體非牛頓流體性質(zhì)性質(zhì)”c) 大分子的粘彈行為和法向應(yīng)力，決定了聚合物熔體大分子的粘彈行為和法向應(yīng)力，決定了聚合物熔體的的“離模膨脹離模膨脹”現(xiàn)象或現(xiàn)象或“末端效應(yīng)末端效應(yīng)”，常引起尺寸，常引起尺寸變形變形74第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工影響因素： 聚合物大分子鏈結(jié)構(gòu)、分子量及外力高聚物的黏流溫度及成型溫度高聚物的黏流溫度及成型溫度75第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工聚合物加工中的結(jié)構(gòu)變化u 混合熔融流動(dòng)（變形）固化定型后處理五階段伴有一次結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、織態(tài)結(jié)構(gòu)的變化或轉(zhuǎn)變。u聚合過(guò)程中會(huì)

47、發(fā)生結(jié)晶、取向、降解、交聯(lián)等結(jié)構(gòu)的變化。76第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工聚合物加工的基本工藝過(guò)程聚合物材料的配制 物料的初混合物料的初混合Tm以下、低剪切、簡(jiǎn)單混合，以下、低剪切、簡(jiǎn)單混合，增加物料分散或無(wú)序程度，設(shè)增加物料分散或無(wú)序程度，設(shè)備有低速捏合機(jī)和高速混合機(jī)備有低速捏合機(jī)和高速混合機(jī)兩類，見(jiàn)圖兩類，見(jiàn)圖5-39物料熔融混合物料熔融混合 高剪切下熔融混合，進(jìn)一步高剪切下熔融混合，進(jìn)一步分散均勻，逐出揮發(fā)物，設(shè)分散均勻，逐出揮發(fā)物，設(shè)備有雙輥開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)、備有雙輥開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)等。雙螺桿擠出機(jī)等。77第五章第五章 材料的制備與成型加工材料的制備與成型加工熱塑性聚合物熔體熱塑性聚合物熔體(Polymer Viocous Liquid)(Polymer Viocous Liquid)成型方法成型方法 a. 擠出成型（擠出成型（Extrusion Molding）圖）圖5-41，42b. 注射成型（注射成型（Injection Molding）圖）圖5-43，44c. 模壓與傳遞模塑（模壓與傳遞模塑（Compression and Transfer Molding） 圖圖5-45d. 壓延成型壓延成型 圖圖5-46e. 熱成型（熱成型（Heat Molding）圖）圖5-47f. 中空吹塑成型（中空吹塑成型（Blow Mo