先進材料制備復習

1、一、材料制備加工1定義：材料制備技術是指材料的合成與加工，使材料經(jīng)過制備過程后獲得的新材料在化 學成份、元素分布或組織結構上與原材料有顯著的不同。2、作用：可以通過材料制備技術控制現(xiàn)有的內部組織，如宏觀微觀結構、原子排列、元素分布、能量狀態(tài)等，來控制現(xiàn)有材料的性能，特別是新的制備技術的出現(xiàn)，如快速冷凝技術 可極大的提高凝固速率、改善金屬的組織；復合材料制備技術的出現(xiàn)還克服了材料在各自性 能上的缺點實現(xiàn)優(yōu)勢互補。此外，通過一些新的制備技術還能獲得一些新的組織結構，得到一些新的材料，如高速冷卻下可以得到金屬非晶材料；不同的制備技術控制不同的實驗條件還可以得到新的相，從而改善原有材料的性能。3、意義

2、：材料制備時新材料的獲取和應用的關鍵，也是對材料進行加工、成形和應用的品質保證，現(xiàn)已成為材料研究和材料加工領域引人注目的技術熱點。其地位和作用已經(jīng)超出了技術經(jīng)濟的范疇，而與整個人類社會有密不可分的關系。高新技術的發(fā)展，資源能源的有效利用，通信技術的進步，工業(yè)產(chǎn)品的質量，環(huán)境的保護都與材料的制備密切相關。先進制備與成形加工技術的發(fā)展對于新材料的研制、應用和產(chǎn)業(yè)化具有決定性的作用，其的出現(xiàn)與應用加速了新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)應用進程、促進如微電子和生物醫(yī)用材料等新興產(chǎn)業(yè)的形成。促進了現(xiàn)代航空航天、交通運輸、能源保護等高新技術發(fā)展?，F(xiàn)有結構材料向高性能化、 復合化、結構功能一體化發(fā)展， 尤其需要先進制

3、備與成形技術的支撐，可使材料生產(chǎn)過程更加高效、節(jié)能、清潔。4、 應用：材料制備、合成與成形在材料科學研究中占有核心支柱地位，主要用于納米材料、 薄膜材料、金屬復合材料、高溫柱狀合金、單晶合金、非晶合金、亞晶合金以及磁性材料等的制備。二、快速凝固1、快速凝固技術： 一般指以大于 105k/s級的冷卻速度或以數(shù)米每秒的固液界面前進速度 使液相凝固成固相的過程。2、 基本原理：根據(jù)材料設計的要求，選擇適當反應劑（氣相、液相或粉末固相），在適當?shù)臏囟认拢ㄟ^元素之間或元素與化合物之間的化學反應，在金屬基體內原位生成一種或N種高硬度、高彈性模量的增強相，從而達到增強金屬基體目的。3、 快速凝固工藝可以粗

4、分為三類：用高速氣流打擊金屬液流，或在離心力的作用下，使之霧化變成十分細小的液滴，最后凝固成粉末。把金屬液噴到極冷板或轉動的錕輪上，凝固成很薄的金屬箔或絲材。 用激光或電子束熔化極薄一層金屬表層，整塊金屬基體起到自身冷卻劑的作用，也能獲得很高冷速。4、 獲得快冷的三個途徑：在凝固前施加一個足夠大的過冷，使凝固過程放出的潛熱能夠消散在正在凝固的熔體中施加一個很高的冷卻速度，用高速排熱造成很大的過冷度在連續(xù)凝固時施加一個很高的固液界面前進速度。方法有：霧化法，液態(tài)急冷法，束流表層急冷法，電流體動力法，電火花剝蝕法5、快冷材料特點： 快速凝固為亞穩(wěn)創(chuàng)造了條件，一是成分亞穩(wěn)，如過飽和固溶體，二是結 構

5、亞穩(wěn)，如非晶和準晶。三是形態(tài)亞穩(wěn)，如微晶，納米晶，成分調幅帶和彌散相?？炖涔に嚳傻玫饺缦滦Ч?擴大亞穩(wěn)固溶度 發(fā)現(xiàn)新的亞穩(wěn)相 生成微晶、納米晶、準晶和非晶。 減小偏析。6、 快冷對性能的影響： 提高強度，快冷使晶粒細化，對提高性能有益。提高塑性 提高耐磨性，快速凝固后金屬的硬度往往大幅度提高。 提高耐蝕性，快冷材料成分均勻，組織細化，必然能改善耐蝕性。提高磁性能 提高催化劑效率。雖然快速定向凝固技術能獲得小偏析甚至無偏析的超細化的組織等，具有廣闊的應用前景，但仍有一些問題要解決。第一，激光超高溫度梯度定向凝固技術存在的問題是：從熔池底部到頂部短距離定向凝固，而不是沿掃描速度方向長距離連續(xù)定向凝

6、固，從熔池底部到頂部溫度梯度和凝固速度不斷變化，且兩者不能獨立控制；凝固組織是從機體外延生長的，界面上不同位置的生長方向也不相同，這樣對凝固組織進行定量分析結果產(chǎn)生影響。第二，深過冷快速定向凝固技術需解決兩個問題。一是研究不同過冷條件下，過冷熔體激發(fā)形核晶體生長方式和組織形成規(guī)律。確定適用于形成枝晶陣列微觀組織的試驗條件和工藝因素。其次是解決大體積深過冷激發(fā)快速定向凝固技術。第三，快速定向凝固技術只適合于制備一維或二維小尺度材料，在應用上受到一定限制。由于在快速定向凝固過程中，大的凝固速率將導致固液界面的下凹，從而影響定向凝固組織以及凝固過程的穩(wěn)定性。要實現(xiàn)快速的定向凝固過程，必須提高定向凝固

7、設備的溫度梯度，但是超高的溫度梯度又給設備帶來一定的麻煩，所以合理調節(jié)溫度梯度和過冷度是快速定向凝固的一個方向。隨著實驗技術的改進和人們的努力，快速凝固技術必將更進一步為提高材料的使用性做出貢獻?？焖倌碳夹g是在比常規(guī)工藝條件下的冷卻速度(10-4-10K/s )快得多的冷卻條件(103-10 9K/s )下，使液態(tài)合金轉變?yōu)楣虘B(tài)的工藝方法。它使合金材料具有優(yōu)異的組織和性 能，如很細的晶粒(通常0.1-0.01um，甚至納米級的晶粒)，合金無偏析缺陷和高分散度的 超細析出相，材料的高強度、高韌性等?？焖倌碳夹g可使液態(tài)金屬脫開常規(guī)的結晶過程(形核和生長)，直接形成非晶結構的固體材料，即所謂的金

8、屬玻璃。此類非晶態(tài)合金為遠程無 序結構，具有特殊的電學性能、磁學性能、電化學性能和力學性能，已得到廣泛的應用。女口 用作控制變壓器鐵芯材料、計算機磁頭及外圍設備中零件的材料、釬焊材料等?？焖倌陶找媸艿蕉喾降闹匾暋?、合金快速凝固組織基本特征： 消除凝固偏析。隨凝固速度的增大，溶質的分配系數(shù)偏離平衡，實際溶質分配系數(shù)總是隨 凝固速度的增大趨近于 1,消除凝固偏析。 形成非平衡相。在快速凝固條件下，平衡相的析出被抑制，常析出非平衡的亞穩(wěn)相。 細化晶粒和微觀組織。 大的冷卻速率不但可以細化枝晶，而且由于形核速度增大而使晶粒細化。隨冷卻速度的增大，晶粒尺寸減小，可獲得微晶乃至納米晶。 析出相的機構

9、發(fā)生變化。 某些相同成分的合金在不同的冷卻速度下可獲得完全不同的組織。 形成非晶態(tài)。過冷度極大時，結晶過程完全被抑制，從而獲得非晶態(tài)固體。 擴大固溶極限。過飽和固溶快速凝固可顯著擴大溶質組元的固溶極限，共晶合金通過快速凝固甚至可以形成單向的固溶體組織。因此，既可以通過保持高度過飽和固溶以增加固溶強化的作用，也可使固溶元素隨后析出，提高其沉淀強化的作用。 高的點缺陷密度。由于原子有序程度突然降低，液態(tài)金屬中的缺陷密度比同溫下的固態(tài)金屬高的多，在快速凝固的過程中，會較多地保存在固態(tài)金屬中。8合金快速凝固組織性能特點： 快速凝固合金微觀組織結構的明顯細化和均勻化，具有很好的晶界強化與韌化，微疇強化與

10、韌化等作用，而成分均勻，偏析減小不僅提高了合金元素的使用效率，還避免了一些會降低合金性能的有害相的產(chǎn)生，消除了微裂紋萌生的隱患，因而改善了合金的強度、延性和韌性。 固溶度的擴大，過飽和固溶體的形成不僅起到了很好的固溶強化作用，也為第二相析出，彌散強化提供了條件；位錯層錯密度的提高還產(chǎn)生了位錯強化的作用。此外，快速凝固過程中形成的一些亞穩(wěn)相也能起到很好的強化和韌化作用。三、金屬基復合材料1對制造技術要求：能使增強材料以設計的體積分數(shù)和排列方式分布于金屬基體中滿足 復合材料結構和強度的要求不能使增強材料和金屬基體原有性能下降特別是不能對高性 能增強材料造成損傷； 能確保復合材料界面效應、混雜效應或

11、復合效應得到充分發(fā)揮，有利于復合材料性能的提高和互補；不能因工藝不當造成材料性能下降盡量避免增強材料和金 屬基體間各種不利化學反應的發(fā)生， 得到合適的界面結構和性能， 充分發(fā)揮增強材料增強增 韌的效果設備投資少，工藝簡單易行，可操作性強，便于實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)盡量制造出接近最終產(chǎn)品的形狀、尺寸和結構，減少或避免后加工工序。2、技術難點及解決方法： 加工溫度易發(fā)生不利的化學反應，解決：盡量縮短高溫加工時間，使增強材料與基體界面反應時間降至最低程度；通過提高工作壓力使增強材料與基體浸潤速度加快；采用擴散粘接法可以有效控制溫度并縮短時間。增強材料與基體濕潤性太差是金屬復合材料的一難點，解決：加入合金元素，

12、優(yōu)化基體組織，改善基體對增強材料的浸 潤性；對增強材料進行表面處理， 涂敷一層可抑制界面反應的涂層，可有效改善其浸潤性按結構設計要求，使增強材料按設計要求分布于基體中是難點，解決：對增強材料進行表面處理， 使其浸潤基體的速率加快； 加入適當?shù)暮辖鹪馗纳苹w 的分散性，施加適當?shù)膲毫?，使其分散性加大?、制造技術的分類： 固態(tài)制造技術：金屬基體處在固態(tài)情況下，制成復合材料體系的方 法，包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、擠壓法、拉拔法和爆炸焊接法等。 液態(tài)制造技術：金屬基體處于熔融狀態(tài)下，與增強材料混合組成新的復合材料的方法，包括浸滲法、擠壓法、鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、

13、熱噴涂法。 其他方法：原位自生成法、物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、化學鍍和電鍍法。4、 主要問題：a產(chǎn)品價格b、質量問題c、由于長期結構不穩(wěn)定性，內擴散以及界面反應 導致性能降低 d、加工技術如機械加工，焊接，表面改性等e、修補f、回收再利用5、措施：提高工藝水平，降低生產(chǎn)成本，選擇合適的金屬基體和增強提高材料性能，減少 界面反應及相的穩(wěn)定性對性能的影響，加大對金屬基復合材料在工業(yè)上應用的投入和研發(fā)。四、制備合金粉末的非平衡新技術。 機械合金化法（MA ）是一種制備合金粉末的非平衡新技術，其過程是：把欲合金化的元素粉末混合起來，在高能球磨機等設備中長時間運轉，粉末經(jīng)磨球的碰撞、擠壓、重復地發(fā)

14、生變形，斷裂焊合，原子間相互擴散而形成粉末，成為彌散分布的超微細粒子 所用設備：行星式球磨機、回轉式球磨機、攪拌式球磨機和高性能球磨機。 機械合金化的影響因素：a磨球的種類、尺寸；b球磨氣氛；c過程控制劑；d機械合金化裝置；e球磨轉速和裝球量 機械合金化的優(yōu)點：a可以避免復雜的凝固過程，工藝條件簡單、經(jīng)濟；b能形成納米晶結構，從而提高金屬間化合物的韌性，改善加工性能；c可在金屬基體中加入均勻彌散的環(huán)狀金屬間化合物 d有完全不經(jīng)過融化過程的特點， 特別適合難熔金屬的合金化以及非平衡 相的生成。 尚存在的問題：a高能球磨過程中磨罐和磨球的磨損摻雜造成粉末材料的污染；bMA法制備的亞穩(wěn)態(tài)合金粉末成形

15、困難；c操作缺乏靈活性和經(jīng)濟可行性、在球磨過程中無法連續(xù)添加粉料。五、金屬間化合物1定義：金屬間化合物是指金屬與金屬之間，類金屬和金屬原子之間以共價鍵形式結合形 成的化合物，其原子的排列遵循某種有序化的規(guī)律，當以微小顆粒形式存在于金屬合金的組織中時，將會使金屬合金的整個強度得到提高，特別是在一定溫度范圍內，合金的強度隨溫度升高而增加，這使得金屬間化合物材料在高溫結構應用方面具有極大的潛在優(yōu)勢。2、性能特點：屈服強度隨溫度的升高而提高；密度低，比剛度高；韌性很低或者說是脆性 抗氧化性能優(yōu)良；高溫強度好。3、強化途徑：a提高合金的原子間結合力，提高其理論強度，并得到無缺陷完整晶體，無 晶須。b向晶

16、體中引入大量晶體缺陷， 如位錯、點缺陷、異類原子等。具體方法有固熔強化、 形變強化、沉淀強化和彌散強化、細晶強化等。4、塑化和強化方法：通常有微量元素合金化，主要有元素合金化、控制微觀組織、纖維強 塑化、快速凝固細化晶粒方法。5、 提高韌性：a加入置換元素，改變原子間鍵合狀態(tài)和電荷分布以改善塑性；b通過合金化改變有序結構的類型；c微量合金強化晶界；d材料純化；e細化晶粒，細化第二相組織以 及加入彌散第二相質點從而提高合金塑性。f用韌性的纖維與其復合增強其韌性，同時還保留金屬間化合物的諸多優(yōu)點。六、單晶鎳基咼溫合金性能優(yōu)點。優(yōu)良的高溫強度、良好的塑性；良好的抗高、低疲勞性能；優(yōu)良的抗冷熱疲勞，抗

17、高溫氧化、 腐蝕性能。七、定向凝固1定義：定向凝固就是指在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和未凝固金屬熔體中建立起沿特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向，按要求的結晶取向進行凝固的技術。2、凝固柱狀晶及單晶合金的高溫力學性能。凝固柱狀晶由于消除了橫向晶界具有較高的蠕變極限及斷裂強度，具有較低的彈性模量故熱疲勞壽命得到顯著提高。單晶合金由于加入難熔的合金元素具有較高的強度及熱穩(wěn)定性，由于晶界強化元素的消 除具有較高的初始熔化溫度。八、激光快速成型技術利用快速原型制造技術在無需任何模CAD實體模型離散 通過金屬材料的激光熔煉 性能優(yōu)異的高性能金屬材 "新材料設計、新材料制

18、該技術以快速凝固激光材料制備加工技術為核心，具和工裝條件下，可以快速成型任意形狀零件的基本原理，在金屬零件 切片數(shù)控系統(tǒng)驅動下， 以快速凝固激光熔覆材料制備技術為手段， 快速凝固逐層沉積，直接制備并成形出組織細小致密、 成分均勻、 料及其近凈成形零件，是一種材料技術與制造技術有機融為一體的 備與近凈成形高性能復雜零件快速成形一體化”新技術。同、收回房屋：丄"I1.承租人擅自將房屋轉租、轉讓或轉借的租賃期共年 房屋租賃合同出租方（甲方）：XXX，男/女，XXXX 年XX月XX日出生，身份證號碼 XXXXXXXX 承租方（乙方）：XXX，男/女，XXXX 年XX月XX日出生，身份證號碼 XXXXXXXX甲、乙雙方就房屋租賃事宜，達成如下協(xié)議：一、甲方將位于 XX市XX街道XX小區(qū)X號樓XXXX號的房屋出租給乙方居住使用，租賃期限自X