第八章-無(wú)機(jī)材料后處理工藝一課件

第八章

無(wú)機(jī)材料后處理工藝第八章

無(wú)機(jī)材料后處理工藝1一、概述

后處理是指對(duì)制品的外觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)形狀、裝配與使用規(guī)格尺寸等進(jìn)行最終加工處理，也包括進(jìn)一步改善與穩(wěn)定制品的質(zhì)量、性能以及加工成復(fù)合產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。主要有熱處理、去除加工、表面處理及結(jié)合與包覆等四種工藝。一、概述2二、熱處理1、內(nèi)應(yīng)力無(wú)機(jī)材料的內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的性質(zhì)可分為三類：熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力。（1）熱應(yīng)力熱應(yīng)力是由于材料中存在溫差而產(chǎn)生的。這種熱應(yīng)力以在玻璃及其制品中存在最具代表性。按其產(chǎn)生的特點(diǎn)又可分為暫時(shí)應(yīng)力和永久應(yīng)力。二、熱處理3①暫時(shí)應(yīng)力在溫度低于應(yīng)變點(diǎn)時(shí)，處于彈性變形溫度范圍內(nèi)的玻璃在經(jīng)受不均勻的溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，隨溫度梯度的存在而存在，隨溫度的梯度的消失而消失，這種應(yīng)力稱為暫時(shí)應(yīng)力。①暫時(shí)應(yīng)力4②永久應(yīng)力當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時(shí)所殘留的熱應(yīng)力稱為永久應(yīng)力。②永久應(yīng)力當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時(shí)所殘留的熱應(yīng)力稱為永久應(yīng)5（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力玻璃因化學(xué)組成不均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的不均而產(chǎn)生的應(yīng)力稱結(jié)構(gòu)應(yīng)力。（3）機(jī)械應(yīng)力由外力作用在無(wú)機(jī)材料上引起的應(yīng)力，當(dāng)外力除去時(shí)應(yīng)力隨之消失，此應(yīng)力稱機(jī)械應(yīng)力。（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力62、玻璃的退火工藝為了消除玻璃中的永久應(yīng)力，必須將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫度進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應(yīng)力松弛。退火工藝可分為四個(gè)階段：加熱階段、均熱階段、慢冷階段和快冷階段。

2、玻璃的退火工藝7第八章-無(wú)機(jī)材料后處理工藝一課件8（1）加熱階段（2）均熱階段把制品加熱到退火溫度進(jìn)行保溫、均熱以消除應(yīng)力。（3）慢冷階段經(jīng)保溫玻璃中原有應(yīng)力消除后，為了使玻璃制品在冷卻后不再產(chǎn)生永久應(yīng)力，或減小到制品所要求的應(yīng)力范圍內(nèi)，均熱后須進(jìn)行慢冷，以防止過(guò)大的溫差。（4）快冷階段（1）加熱階段9三、去除加工去除加工是為了達(dá)到使用及裝配總體要求而進(jìn)行的外形規(guī)格尺寸的形態(tài)加工。不同功能用途的制品對(duì)去除加工的精度要求不同。去除加工通常采用力學(xué)性質(zhì)的機(jī)械加工方法，也有采用化學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)等方法進(jìn)行的。三、去除加工10

11四、表面處理無(wú)機(jī)非金屬材料表面處理涉及面非常廣泛，基本上可歸納為三大類型：（1）表面化學(xué)加工：通過(guò)一定工藝過(guò)程，使無(wú)機(jī)材料具有一個(gè)新的光滑表面或散光表面。實(shí)際上是通過(guò)表面處理以控制材料的凹凸。如化學(xué)蝕刻和化學(xué)拋光。（2）表面改性：通過(guò)一定工藝過(guò)程改善表面性質(zhì)，賦予表面一些新的優(yōu)良性能。如玻璃表面的化學(xué)鋼化等。（3）表面涂層：在基體無(wú)機(jī)材料表面上用其他物質(zhì)通過(guò)一定的工藝方法形成一層薄膜，而得到某些新的性能，如有機(jī)涂層等。四、表面處理121、表面化學(xué)加工（1）化學(xué)蝕刻用氫氟酸對(duì)玻璃制品的局部表面進(jìn)行腐蝕，在其表面刻畫出各種花紋、圖案、刻度、格子等。（2）化學(xué)拋光原理與化學(xué)蝕刻一樣，是利用氫氟酸腐蝕掉玻璃表面原有的硅氧膜形成一層新的硅氧膜，使玻璃表面具有很高的光潔度。1、表面化學(xué)加工132、表面改性使玻璃表面改性的工藝有兩類：一類是工藝處理后表層組成有一定改變，如氣相或液相處理、化學(xué)鋼化、表面著色等；另一類是工藝處理后表面組成沒(méi)有改變，如物理鋼化。（1）氣相處理和液相處理

氣相處理是將玻璃在500~600℃時(shí)置于SO2、CO2、(NH4)2SO4等酸性氣體中，表面的堿與氣體反應(yīng)成鹽被除去而形成富硅的表面。

液相處理是將玻璃（主要是光學(xué)玻璃）在溫度為幾十度的鹽酸、硝酸、硫酸中浸泡，除去堿金屬離子形成折射率小的富硅層。2、表面改性14（2）離子交換法在低于玻璃退火溫度下，玻璃浸于某些金屬離子的熔鹽中，玻璃表面的堿金屬離子與熔鹽中的金屬離子相互擴(kuò)散，達(dá)到離子交換。①化學(xué)鋼化：玻璃浸于含有半徑比玻璃中堿金屬離子大的離子的熔鹽中，進(jìn)行離子交換。使玻璃表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，固而使玻璃強(qiáng)化。②表面著色：將玻璃浸于銀鹽或銅鹽的熔鹽中。

（2）離子交換法15（3）離子注入離子注入是要把注入的雜質(zhì)元素電離成離子，利用加速器使離子加速后以很快的速度打入金屬表層內(nèi)，達(dá)到改變表面的物理化學(xué)性能。（4）物理鋼化玻璃的物理鋼化是把玻璃加熱到低于軟化溫度后進(jìn)行均勻的快速冷卻，使玻璃表面產(chǎn)生了壓應(yīng)力，而內(nèi)部為張應(yīng)力。（3）離子注入163、表面涂層（1）化學(xué)鍍定義化學(xué)鍍是利用合適的還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在經(jīng)催化劑活化的鍍件表面上還原析出金屬鍍層的一種處理方法。

化學(xué)鍍鎳：3、表面涂層17

鍍前預(yù)處理①封閉處理：對(duì)于多孔的非金屬材料，首先封閉表面孔隙。方法是將制件浸在熔融石蠟中。②去應(yīng)力③去除油污④粗化：作用是使非金屬表面粗糙化，增大鍍層與基體的接觸面積。方法有機(jī)械粗化和化學(xué)粗化。鍍前預(yù)處理18⑤敏化：就是在經(jīng)過(guò)粗化的非金屬表面上，吸附一層易被氧化的物質(zhì)。⑥活化：具有自催化作用的金屬離子被還原為金屬微粒附著在非金屬制品表面形成具有催化作用的金屬膜。⑤敏化：就是在經(jīng)過(guò)粗化的非金屬表面上，吸附一層易被氧化的物質(zhì)19（2）物理氣相鍍(PVD)蒸發(fā)鍍

蒸發(fā)鍍是在真空條件下，加熱熔融金屬，使蒸發(fā)的金屬原子或分子沉積在鍍件的表面，形成金屬膜的方法。（2）物理氣相鍍(PVD)20濺射鍍?yōu)R射：當(dāng)具有足夠能量的帶電粒子或中性粒子碰撞物體表面時(shí)．可把能量傳遞給表面的原子。只要表面原子獲得的能量大于本身的電離能，就能擺脫周圍原子的束縛而離開(kāi)物體表面，這種現(xiàn)象稱為濺射。濺射鍍：是在真空條件下導(dǎo)入氬氣，使之輝光放電，帶正電的氬離于(Ar+)在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下轟擊陰極，使構(gòu)成陰極的原子被濺射到鍍件表面形成鍍層的方法。輝光放電是在真空度為幾百帕的真空中在兩個(gè)電極之間加入高壓時(shí)產(chǎn)生的放電現(xiàn)象濺射鍍輝光放電是在真空度為幾百帕的真空中在兩個(gè)電極之間加入高21離子鍍?cè)诟哒婵斩鹊拿芊馊萜髦校ㄟ^(guò)蒸發(fā)源使鍍料（金屬）氣化，金屬蒸氣在高壓直流作用下被電離成正離子，經(jīng)加速猛烈轟擊工件（陰極）從而形成鍍膜。

離子鍍22（3）化學(xué)氣相鍍(CVD)化學(xué)氣相鍍是利用揮發(fā)性金屬鹵化物和金屬的有機(jī)化合物在高溫下的氣相化學(xué)反應(yīng)在工件表面形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔點(diǎn)金屬、半導(dǎo)體等鍍膜的方法。熱分解法：在真空或惰性氣氛中加熱工件至所需的溫度后，導(dǎo)入反應(yīng)氣體，使之發(fā)生熱分解，在工件表面沉積出固體材料鍍膜。

（3）化學(xué)氣相鍍(CVD)23化學(xué)合成法：兩種或多種氣態(tài)反應(yīng)物在熱工件表面相互反應(yīng)并沉積固體材料鍍膜的方法。其中最普遍的是用氫氣還原金屬鹵化物沉積各種金屬和半導(dǎo)體?；瘜W(xué)合成法：兩種或多種氣態(tài)反應(yīng)物在熱工件表面相互反應(yīng)并沉積固24四、結(jié)合與包覆無(wú)機(jī)材料的接合和封接可以采用螺釘、鉚釘?shù)葯C(jī)械接合法，也可采用粘接法和焊接法等。在玻璃工業(yè)中，燈泡、電子管及其它電真空器件等與金屬封接時(shí)則常用真空熔封法。四、結(jié)合與包覆25第八章

無(wú)機(jī)材料后處理工藝第八章

無(wú)機(jī)材料后處理工藝26一、概述

后處理是指對(duì)制品的外觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)形狀、裝配與使用規(guī)格尺寸等進(jìn)行最終加工處理，也包括進(jìn)一步改善與穩(wěn)定制品的質(zhì)量、性能以及加工成復(fù)合產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。主要有熱處理、去除加工、表面處理及結(jié)合與包覆等四種工藝。一、概述27二、熱處理1、內(nèi)應(yīng)力無(wú)機(jī)材料的內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的性質(zhì)可分為三類：熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力。（1）熱應(yīng)力熱應(yīng)力是由于材料中存在溫差而產(chǎn)生的。這種熱應(yīng)力以在玻璃及其制品中存在最具代表性。按其產(chǎn)生的特點(diǎn)又可分為暫時(shí)應(yīng)力和永久應(yīng)力。二、熱處理28①暫時(shí)應(yīng)力在溫度低于應(yīng)變點(diǎn)時(shí)，處于彈性變形溫度范圍內(nèi)的玻璃在經(jīng)受不均勻的溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，隨溫度梯度的存在而存在，隨溫度的梯度的消失而消失，這種應(yīng)力稱為暫時(shí)應(yīng)力。①暫時(shí)應(yīng)力29②永久應(yīng)力當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時(shí)所殘留的熱應(yīng)力稱為永久應(yīng)力。②永久應(yīng)力當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時(shí)所殘留的熱應(yīng)力稱為永久應(yīng)30（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力玻璃因化學(xué)組成不均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的不均而產(chǎn)生的應(yīng)力稱結(jié)構(gòu)應(yīng)力。（3）機(jī)械應(yīng)力由外力作用在無(wú)機(jī)材料上引起的應(yīng)力，當(dāng)外力除去時(shí)應(yīng)力隨之消失，此應(yīng)力稱機(jī)械應(yīng)力。（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力312、玻璃的退火工藝為了消除玻璃中的永久應(yīng)力，必須將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫度進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應(yīng)力松弛。退火工藝可分為四個(gè)階段：加熱階段、均熱階段、慢冷階段和快冷階段。

2、玻璃的退火工藝32第八章-無(wú)機(jī)材料后處理工藝一課件33（1）加熱階段（2）均熱階段把制品加熱到退火溫度進(jìn)行保溫、均熱以消除應(yīng)力。（3）慢冷階段經(jīng)保溫玻璃中原有應(yīng)力消除后，為了使玻璃制品在冷卻后不再產(chǎn)生永久應(yīng)力，或減小到制品所要求的應(yīng)力范圍內(nèi)，均熱后須進(jìn)行慢冷，以防止過(guò)大的溫差。（4）快冷階段（1）加熱階段34三、去除加工去除加工是為了達(dá)到使用及裝配總體要求而進(jìn)行的外形規(guī)格尺寸的形態(tài)加工。不同功能用途的制品對(duì)去除加工的精度要求不同。去除加工通常采用力學(xué)性質(zhì)的機(jī)械加工方法，也有采用化學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)等方法進(jìn)行的。三、去除加工35

36四、表面處理無(wú)機(jī)非金屬材料表面處理涉及面非常廣泛，基本上可歸納為三大類型：（1）表面化學(xué)加工：通過(guò)一定工藝過(guò)程，使無(wú)機(jī)材料具有一個(gè)新的光滑表面或散光表面。實(shí)際上是通過(guò)表面處理以控制材料的凹凸。如化學(xué)蝕刻和化學(xué)拋光。（2）表面改性：通過(guò)一定工藝過(guò)程改善表面性質(zhì)，賦予表面一些新的優(yōu)良性能。如玻璃表面的化學(xué)鋼化等。（3）表面涂層：在基體無(wú)機(jī)材料表面上用其他物質(zhì)通過(guò)一定的工藝方法形成一層薄膜，而得到某些新的性能，如有機(jī)涂層等。四、表面處理371、表面化學(xué)加工（1）化學(xué)蝕刻用氫氟酸對(duì)玻璃制品的局部表面進(jìn)行腐蝕，在其表面刻畫出各種花紋、圖案、刻度、格子等。（2）化學(xué)拋光原理與化學(xué)蝕刻一樣，是利用氫氟酸腐蝕掉玻璃表面原有的硅氧膜形成一層新的硅氧膜，使玻璃表面具有很高的光潔度。1、表面化學(xué)加工382、表面改性使玻璃表面改性的工藝有兩類：一類是工藝處理后表層組成有一定改變，如氣相或液相處理、化學(xué)鋼化、表面著色等；另一類是工藝處理后表面組成沒(méi)有改變，如物理鋼化。（1）氣相處理和液相處理

氣相處理是將玻璃在500~600℃時(shí)置于SO2、CO2、(NH4)2SO4等酸性氣體中，表面的堿與氣體反應(yīng)成鹽被除去而形成富硅的表面。

液相處理是將玻璃（主要是光學(xué)玻璃）在溫度為幾十度的鹽酸、硝酸、硫酸中浸泡，除去堿金屬離子形成折射率小的富硅層。2、表面改性39（2）離子交換法在低于玻璃退火溫度下，玻璃浸于某些金屬離子的熔鹽中，玻璃表面的堿金屬離子與熔鹽中的金屬離子相互擴(kuò)散，達(dá)到離子交換。①化學(xué)鋼化：玻璃浸于含有半徑比玻璃中堿金屬離子大的離子的熔鹽中，進(jìn)行離子交換。使玻璃表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，固而使玻璃強(qiáng)化。②表面著色：將玻璃浸于銀鹽或銅鹽的熔鹽中。

（2）離子交換法40（3）離子注入離子注入是要把注入的雜質(zhì)元素電離成離子，利用加速器使離子加速后以很快的速度打入金屬表層內(nèi)，達(dá)到改變表面的物理化學(xué)性能。（4）物理鋼化玻璃的物理鋼化是把玻璃加熱到低于軟化溫度后進(jìn)行均勻的快速冷卻，使玻璃表面產(chǎn)生了壓應(yīng)力，而內(nèi)部為張應(yīng)力。（3）離子注入413、表面涂層（1）化學(xué)鍍定義化學(xué)鍍是利用合適的還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在經(jīng)催化劑活化的鍍件表面上還原析出金屬鍍層的一種處理方法。

化學(xué)鍍鎳：3、表面涂層42

鍍前預(yù)處理①封閉處理：對(duì)于多孔的非金屬材料，首先封閉表面孔隙。方法是將制件浸在熔融石蠟中。②去應(yīng)力③去除油污④粗化：作用是使非金屬表面粗糙化，增大鍍層與基體的接觸面積。方法有機(jī)械粗化和化學(xué)粗化。鍍前預(yù)處理43⑤敏化：就是在經(jīng)過(guò)粗化的非金屬表面上，吸附一層易被氧化的物質(zhì)。⑥活化：具有自催化作用的金屬離子被還原為金屬微粒附著在非金屬制品表面形成具有催化作用的金屬膜。⑤敏化：就是在經(jīng)過(guò)粗化的非金屬表面上，吸附一層易被氧化的物質(zhì)44（2）物理氣相鍍(PVD)蒸發(fā)鍍

蒸發(fā)鍍是在真空條件下，加熱熔融金屬，使蒸發(fā)的金屬原子或分子沉積在鍍件的表面，形成金屬膜的方法。（2）物理氣相鍍(PVD)45濺射鍍?yōu)R射：當(dāng)具有足夠能量的帶電粒子或中性粒子碰撞物體表面時(shí)．可把能量傳遞給表面的原子。只要表面原子獲得的能量大于本身的電離能，就能擺脫周圍原子的束縛而離開(kāi)物體