四川大学材料科学及工程基础双语Chapter-5

1、1第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工第第5章（自学）章（自学）1Fundamentals of Materials Science and Engineering材料科学与工程基础材料科学与工程基础2第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 本章主要对本章主要对金属材料金属材料（Metals）、）、无机非金无机非金属材属材（Inorganic Nonmetallic）、）、高分子材料高分子材料（Polymer）的）的制备原理及方法制备原理及方法，成型加工性成型加工性作作主要阐述。主要阐述。 第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 （Fabric

2、ation and Processing of Materials）3第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工5 5-1 -1 材料制备原理及方法材料制备原理及方法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 内容目录内容目录4第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工5-1 材料制备原理及方法材料制备原理及方法5第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 金属材料的制备主要介绍金属材料的制备主要介绍铁铁的制备、的制备、 钢钢的制备的制备 、非非铁合金铁合金（铜的制备、铝的制备（铜的制备、铝的制备 ）的制备）的制备5-1-1 金属材料的制

3、备金属材料的制备6第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工磁铁矿磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿、赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿褐铁矿(FeCO3)、菱铁矿、菱铁矿(Fe2O3mH2O) 还原还原 焦碳（焦碳（C）或）或CO 还原剂还原剂 生铁生铁Fe（C%2.11%） 造渣造渣 熔剂熔剂 石灰石石灰石(CaCO3)锰矿石锰矿石(脱脱O、脱、脱S)目的目的有害杂质入渣除去有害杂质入渣除去 有益元素进入铁水有益元素进入铁水 铁的制备7第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 还原反应还原反应25704343COFeCOOFeC243570322COOFeCOOFeC2570

4、433COFeOCOOFeC2570COFeCOFeOCCO间接还原间接还原铁的制备原理铁的制备原理FeO + C = Fe + CO直接还原直接还原高炉下部高温区进行高炉下部高温区进行8第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工造渣反应造渣反应 造渣造渣就是加入一定量的熔剂与矿石中脉石和焦炭就是加入一定量的熔剂与矿石中脉石和焦炭中灰分作用，生成一种多氧化物的熔体。中灰分作用，生成一种多氧化物的熔体。造渣过程造渣过程是是一个复杂的化学反应过程，应根据矿石成分和冶炼要一个复杂的化学反应过程，应根据矿石成分和冶炼要求，控制熔剂数量和熔炼过程，促使需要的元素进入求，控制熔剂数量和熔炼过程

5、，促使需要的元素进入铁水，让有害杂质进入渣中而除去。铁水，让有害杂质进入渣中而除去。 炉渣的炉渣的成分成分是是CaOCaO、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2、和、和MgOMgO。 高炉炉渣可以用作水泥原料和建筑材料，但炉渣高炉炉渣可以用作水泥原料和建筑材料，但炉渣的形成过程对提高高炉冶炼技术经济指标有很重要意的形成过程对提高高炉冶炼技术经济指标有很重要意义。义。9第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工高炉内型构造高炉内型构造铁的制备过程在高炉中进行铁的制备过程在高炉中进行10第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工高炉炼铁生产高炉炼铁生产 高炉炼铁生

6、产高炉炼铁生产主要由高炉开炉，炉内操作和炉前操主要由高炉开炉，炉内操作和炉前操作等生产过程组成。作等生产过程组成。11第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 钢的制备钢的制备钢的制备基本原理：钢的制备基本原理： 所谓钢的制备实际上是钢的冶炼或炼钢。炼钢就所谓钢的制备实际上是钢的冶炼或炼钢。炼钢就是通过冶炼是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害的杂质降低生铁中的碳和去除有害的杂质，再，再根据对钢的成分和性能要求根据对钢的成分和性能要求添加适量的合金元素添加适量的合金元素，炼出炼出具有较高强度和塑性韧性具有较高强度和塑性韧性或具有持殊性能的钢。或具有持殊性能的钢。 整个炼钢过程是整个炼

7、钢过程是氧化氧化和和还原还原过程，关键是清除过程，关键是清除钢水中杂质，其中最主要的因素是钢水中杂质，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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工炼钢过程：炼钢过程：铁水、生铁块、废钢、铁合金铁水、生铁块、废钢、铁合金C%2.11%、Si、Mn、S、P杂质含量较高杂质含量较高 杂质氧化杂质氧化 氧化剂（氧化剂（O2、FeO） 脱氧（还原）脱氧（还原） 脱氧剂脱氧剂 (硅、锰、铝及铁合金硅、锰、铝及铁合金 )造渣造渣 熔剂（石灰、萤石、白云石）熔剂（石灰、萤石、白云石） 钢：钢：C%2.11%，含少量，含少量Si、Mn、S、P 13第五章第五

8、章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工炼钢反应原理：炼钢反应原理：杂质氧化杂质氧化 2Fe + O2 2FeOSi + 2FeO SiO2 + 2FeMn + FeO MnO +FeC + FeO Fe + CO2P + 5FeO P2O5 +5Fe脱氧脱氧(还原还原) 2FeO + Si SiO2 + FeFeO + Mn MnO + Fe3FeO + Al Al2O3 + 3Fe造渣除渣：与炼铁类似造渣除渣：与炼铁类似 氧化后钢液中存在较多氧化后钢液中存在较多FeO，必须除去，必须除去 14第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 钢的制备方法钢的制备方法 钢的制备方法

9、有钢的制备方法有纯氧顶吹转炉炼钢，平炉炼钢和纯氧顶吹转炉炼钢，平炉炼钢和电炉炼钢电炉炼钢，这里主要介绍，这里主要介绍纯氧顶吹转炉炼钢（纯氧顶吹转炉炼钢（LDLD法）法）。氧气转炉炼钢原料氧气转炉炼钢原料 氧气转炉炼钢原料有氧气转炉炼钢原料有金属料金属料( (铁水、生铁块、废钢、铁合金铁水、生铁块、废钢、铁合金) )；造渣材料造渣材料( (石灰、石灰、萤石和白云石萤石和白云石) )；氧化剂氧化剂( (氧气、铁矿石和氧化铁氧气、铁矿石和氧化铁皮皮) )；冷却剂；冷却剂( (皮钢、铁矿石、氧化铁皮皮钢、铁矿石、氧化铁皮) )；脱氧剂脱氧剂( (硅、锰、馅及铁合金硅、锰、馅及铁合金) )。15第五章第

10、五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 纯氧顶吹转炉炼钢纯氧顶吹转炉炼钢生产工艺生产工艺： 倾倒兑铁水，加废钢倾倒兑铁水，加废钢直立加渣料直立加渣料准备吹炼准备吹炼吹吹炼炼停吹停吹一倾倒炉渣一倾倒炉渣直立加二批渣料直立加二批渣料继续吹炼继续吹炼倾倒取样倾倒取样脱氧出钢脱氧出钢浇注浇注16第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工17第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工制备原理制备原理火法炼钢法火法炼钢法 在高温下使铜矿石或含铜原料在高温下使铜矿石或含铜原料( (精矿、焙烧或烧结块精矿、焙烧或烧结块) )先熔炼成冰铜，再将其先

11、熔炼成冰铜，再将其吹成粗铜。吹成粗铜。湿法冶铜法湿法冶铜法 用溶剂浸泡铜矿石，使铜从矿石用溶剂浸泡铜矿石，使铜从矿石中浸出，再从浸出溶液中将金属铜析出。中浸出，再从浸出溶液中将金属铜析出。 非铁合金的制备铜的制备铜的制备 湿法炼铜的溶液由金属溶质和只能溶解金属而不溶解脉石湿法炼铜的溶液由金属溶质和只能溶解金属而不溶解脉石的溶剂组成。常用的溶剂有稀硫酸、硫酸铁溶液及碳酸铵的溶剂组成。常用的溶剂有稀硫酸、硫酸铁溶液及碳酸铵溶液等。对于含酸性脉石的矿石，使用硫酸或硫酸铁溶液，溶液等。对于含酸性脉石的矿石，使用硫酸或硫酸铁溶液，而含有碱性脉石的矿石，宜用碳酸铵溶液。而含有碱性脉石的矿石，宜用碳酸铵溶液

12、。18第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工硫化铜、氧化铜矿硫化铜、氧化铜矿 熔炼熔炼 Fe等杂质随熔渣除去等杂质随熔渣除去 冰铜冰铜(Cu2S)x(FeS)y 吹炼吹炼 Cu2S + 3/2 O2 Cu2O + SO2 Cu2O +FeS Cu2S +FeO2 Cu2O + Cu2S 6Cu + SO2 粗铜（粗铜（Cu%=98.599.5%）含少量金、银、铋、锡、铅、硒含少量金、银、铋、锡、铅、硒、碲、溶解气体、碲、溶解气体 火法炼铜法火法炼铜法火法精炼火法精炼 或电解精炼或电解精炼 目的：目的： 去除杂质去除杂质 提取贵金属提取贵金属 纯铜金属纯铜金属 铜的制备方法铜的制

13、备方法19第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工20第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工21第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工Al2O3的的制备制备 湿碱法：铝矿石湿碱法：铝矿石 + NaOH溶液溶液2NaAlO2水溶液水溶液 Al(OH)3 稀释、过滤、结晶稀释、过滤、结晶 加加Al(OH)3晶核晶核 9501000 煅烧煅烧Al2O3 干碱法：干碱法： 铝矿石铝矿石 + CaCO3 + Na2CO3 1100 烧结烧结 烧结块烧结块加水稀释加水稀释 沉淀杂质沉淀杂质 NaAlO2水溶液水溶液 通入通入CO2 Al(OH)3 950100

14、0煅烧煅烧Al2O3Al2O3自焙电解自焙电解 900 电解电解 Al3+ + 3e Al阴极、铝纯度达阴极、铝纯度达99.7% 2AlO33- 6e Al2O3+ 3/2 O2阳极阳极 铝的制备铝的制备22第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工23第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工传统上无机非金属材料（传统上无机非金属材料（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)四大类四大类.这里这里主要从这四

15、种材料出发。介绍无机非金属材料的制主要从这四种材料出发。介绍无机非金属材料的制备原理和一般的制备方法。备原理和一般的制备方法。5-1-2 无机非金属材料的制备无机非金属材料的制备24第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 陶瓷的制备原理及方法 陶瓷是无机非金属材料中的一个重要的种类。陶瓷是无机非金属材料中的一个重要的种类。它是指一定组成配比的矿物原料粉末或化工原料粉它是指一定组成配比的矿物原料粉末或化工原料粉末成型后，经特定的工艺使其末成型后，经特定的工艺使其致密化致密化，赋予其一定，赋予其一定的强度和密度及其他特殊性能的固体材料。通常陶的强度和密度及其他特殊性能的固体材料。通

16、常陶瓷是一种瓷是一种多晶多相多晶多相的聚集体。的聚集体。25第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工26第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 制备过程大体可以分为制备过程大体可以分为备料、成型、饶结备料、成型、饶结三大部分。三大部分。陶瓷制备的一般工艺过程如图陶瓷制备的一般工艺过程如图5858所示。所示。 27第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与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类矿物粘土类矿物长硅类矿物长硅类矿物石英类矿物石英类矿物BaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、BeO、ZrO2、Si3O4、釉料等、釉料等陶瓷原

17、料及配料28第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 陶瓷原料的的预处理预处理主要是进行淘洗，其目的是尽量主要是进行淘洗，其目的是尽量除去原料中带有的杂质，以保证陶瓷的产品质量。例如除去原料中带有的杂质，以保证陶瓷的产品质量。例如，电子陶瓷的电性能对原料中的碱金属含量非常敏感，电子陶瓷的电性能对原料中的碱金属含量非常敏感，而碱金属盐基本上都是水溶性盐，可以通过淘洗将其溶而碱金属盐基本上都是水溶性盐，可以通过淘洗将其溶解去除。解去除。 陶瓷原料的陶瓷原料的破碎破碎通常分为粗碎、中碎和细碎。通常分为粗碎、中碎和细碎。 有的原料还需进行有的原料还需进行燃烧处理燃烧处理。锻烧的作用锻烧的

18、作用主要有三主要有三个方面：其一是使原料的晶型发生转变，以避免物料在个方面：其一是使原料的晶型发生转变，以避免物料在烧结过程产半晶型转变而使瓷体产生裂纹；其二是利用烧结过程产半晶型转变而使瓷体产生裂纹；其二是利用晶型转变产生的内应力和燃烧过程中产生的热应力使原晶型转变产生的内应力和燃烧过程中产生的热应力使原料进料进步细化；其三是在燃烧过程中除去物料中的有害步细化；其三是在燃烧过程中除去物料中的有害杂质。杂质。原料的预处理与破碎29第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 坯料坯料是指原料经粉碎和适当的加工后，能满足成型工是指原料经粉碎和适当的加工后，能满足成型工艺要求的均匀混合物

19、。艺要求的均匀混合物。 坯料分为坯料分为注浆坯料、可塑坯料注浆坯料、可塑坯料和和压制坯料压制坯料三种。三种。 坯料的制备包括坯料的制备包括配料、混合、细碎、陈化、练泥配料、混合、细碎、陈化、练泥等过等过程。程。 配料配料 选择不同的原料配比，保证坯料组成符合配方选择不同的原料配比，保证坯料组成符合配方要求。要求。 混合混合 采用各种工艺方式使坯料混合均匀。采用各种工艺方式使坯料混合均匀。 细碎细碎 一般采用雷蒙磨一般采用雷蒙磨( (干粉干粉) )或球磨或球磨( (料浆料浆) )使坯料的使坯料的细度达到细度达到0.050.050.07mm0.07mm以下。以下。 陈化陈化 将含水坯料在一定湿度和

20、温度下放置一定时间将含水坯料在一定湿度和温度下放置一定时间( (数大数大) )，使得其中的腐殖质充分腐化。，使得其中的腐殖质充分腐化。 练泥练泥 将坯料在真空装置中反复揉制，使物料进一步将坯料在真空装置中反复揉制，使物料进一步均匀同时将坯料中的气体排除。均匀同时将坯料中的气体排除。坯料的制备30第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工成型方法成型方法压制成型压制成型可塑成型可塑成型 注浆成型注浆成型 将含水将含水3 37 7( (干压法干压法) )或或8 81515( (半干半干压法压法) )的坯料在较高的压力下加压形成坯体的方法的坯料在较高的压力下加压形成坯体的方法利用坯料的可

21、塑性将坯料制成一定的形状。利用坯料的可塑性将坯料制成一定的形状。 成型 成型是采用一定的方法将坯料制作成为具有一定形状成型是采用一定的方法将坯料制作成为具有一定形状和尺寸的坯体的过程。和尺寸的坯体的过程。 注浆成型是将具有流动性的坯料注浆成型是将具有流动性的坯料( (料料浆浆) )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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工干燥干燥 由于成型后的坯料中含有较多的水分，直接烧结由于成型后的坯料中含有较多的水分，直接烧结将由于水的迅速气化使坯体内气压急剧上升而开裂，将由于水的迅速气

22、化使坯体内气压急剧上升而开裂，故烧成前需在一定温度下进行干燥，便坯体中的水基故烧成前需在一定温度下进行干燥，便坯体中的水基本除去。本除去。排蜡排蜡 干压中加入有机塑化剂的坏体亦需在较低温度下干压中加入有机塑化剂的坏体亦需在较低温度下便塑化剂挥发除去，又称为排胶。便塑化剂挥发除去，又称为排胶。 干燥与排蜡干燥与排蜡32第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 釉料釉料是覆盖在陶瓷表面上的玻璃态薄层对陶瓷起表面是覆盖在陶瓷表面上的玻璃态薄层对陶瓷起表面保护、改善性能并使陶瓷具有光泽和色泽的作用。保护、改善性能并使陶瓷具有光泽和色泽的作用。 根据釉料的烧成温度的不同，可以将釉料分为根据

23、釉料的烧成温度的不同，可以将釉料分为高温釉高温釉和和低温釉低温釉。 按照釉科的制备方法可以将釉料分为按照釉科的制备方法可以将釉料分为生釉生釉和和熔块釉熔块釉。施釉施釉 33第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 烧成烧成是指坯体在高温下发生一系列的物理化学变化是指坯体在高温下发生一系列的物理化学变化，坯体逐渐致密化形成预期的矿物组成和显微结构，并，坯体逐渐致密化形成预期的矿物组成和显微结构，并赋予制品预期性能的过程。赋予制品预期性能的过程。 烧成过程中需要严格控制的因素包括：烧成过程中需要严格控制的因素包括：升温速度、升温速度、烧成温度、保温时间、冷却速度、气氛种类与气氛压力烧

24、成温度、保温时间、冷却速度、气氛种类与气氛压力等。等。烧成烧成34第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 使用温度使用温度 过快的升温速率将会使坯体受热不均而产生裂纹过快的升温速率将会使坯体受热不均而产生裂纹；并使水蒸气来不及排除坯体外，在坯体内形成很高的气压而使；并使水蒸气来不及排除坯体外，在坯体内形成很高的气压而使坯体开裂。坯体开裂。 烧成温度烧成温度 温度过低，液相量不足，瓷体不能完全实现致密温度过低，液相量不足，瓷体不能完全实现致密化，也不能达到预期的强度，这种情况在生产中称为化，也不能达到预期的强度，这种情况在生产中称为生烧生烧。反之。反之，过高的烧成温度将使坯体因液

25、相过量而软化变形，这种情况在，过高的烧成温度将使坯体因液相过量而软化变形，这种情况在生产中称为生产中称为过烧过烧。 保温时间保温时间 在达到烧成温度后，需要一定的保温时间来使物在达到烧成温度后，需要一定的保温时间来使物质进行迁移，以保证瓷体的致密化。质进行迁移，以保证瓷体的致密化。 冷却速度冷却速度 降温速度越快，则温度梯度越大，热应力也就越降温速度越快，则温度梯度越大，热应力也就越大，引起瓷体破坏的可能性相应增加。因此，瓷体烧成后，一般大，引起瓷体破坏的可能性相应增加。因此，瓷体烧成后，一般要求采用较慢的降温速度要求采用较慢的降温速度 气氛种类与气氛压力气氛种类与气氛压力 气固反应进行的程度

26、和最终的相组成气固反应进行的程度和最终的相组成对于陶瓷的性能有着决定性的影响。对于陶瓷的性能有着决定性的影响。35第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 主要包括表面打磨抛光、表面金属化、胶装主要包括表面打磨抛光、表面金属化、胶装附件等附件等。陶瓷后加工陶瓷后加工36第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 玻璃玻璃其独特的性能是国民经济不可缺少的基础材料其独特的性能是国民经济不可缺少的基础材料典型的典型的非晶态非晶态（无定型、亚稳态）结构，（无定型、亚稳态）结构，具有降低内能向具有降低内能向晶态转化趋势晶态转化趋势成形加工过程中必须严格控制玻璃生成的热力学和动力

27、学成形加工过程中必须严格控制玻璃生成的热力学和动力学条件，以保证无定型态条件，以保证无定型态成形工艺要求：成形工艺要求：熔融态粘度低；成型后冷却，定型速熔融态粘度低；成型后冷却，定型速度快；消除内应力度快；消除内应力。37第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工玻璃制备过程：玻璃制备过程：配（备）料：主、辅原料配制。配（备）料：主、辅原料配制。熔制成型：硅酸盐的生成、玻璃液的形成、澄熔制成型：硅酸盐的生成、玻璃液的形成、澄清、均化和玻璃液的冷却即熔融成型清、均化和玻璃液的冷却即熔融成型1.深加工：切裁、热处理、钢化、夹层化、中空深加工：切裁、热处理、钢化、夹层化、中空化、镀膜等化

28、、镀膜等 38第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工39第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工玻玻璃璃工工艺艺发发展展 公元公元1世纪，古罗马人铁管吹玻璃世纪，古罗马人铁管吹玻璃 11-15世纪，威尼斯世纪，威尼斯 16-18世纪，欧洲建厂世纪，欧洲建厂 1828，法国罗宾，发明制瓶机，法国罗宾，发明制瓶机 1905，欧文斯发明自动制瓶机，瓶玻璃机械化，欧文斯发明自动制瓶机，瓶玻璃机械化 1925，第一台行列式制瓶机，第一台行列式制瓶机 19世纪末，拉板机世纪末，拉板机引上法引上法 1959，英国皮尔金顿公司，浮法，英国皮尔金顿公司，浮法40第五章第五章 材料的

29、制备与成型加工材料的制备与成型加工玻璃成分及玻璃原料41第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 玻璃的成分为玻璃的成分为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热、耐，提供玻璃所具有的耐热、耐压、脆性、化学稳定性和透明等性能。压、脆性、化学稳定性和透明等性能。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Mg0Mg

30、0 的引入可的引入可以避免玻璃的析晶，提高化学稳定性和机械强度。以避免玻璃的析晶，提高化学稳定性和机械强度。AlAl2 2O O3 3 能能降低玻璃的析晶趋势，同时提高玻璃的化学稳定性。降低玻璃的析晶趋势，同时提高玻璃的化学稳定性。 42第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 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( (铝源原料铝源原料) )、引入、引入CaOCaO和和Mg0Mg0的原料的原料( (钙源和镁源原料钙源和镁源原料) )和引和引人人NaNa2 2O O 的原料。的原料。

31、 辅助原料辅助原料 澄清剂、着色剂、脱色剂、还原剂、乳浊剂澄清剂、着色剂、脱色剂、还原剂、乳浊剂、助熔剂等。、助熔剂等。43第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 配合料的制备配合料的制备 配合料的制备过程主要包括原料选择与配合料的制备过程主要包括原料选择与计算、原料加工及配合料的混合等。计算、原料加工及配合料的混合等。 玻璃的熔制玻璃的熔制 根据原料在过程中的不同变化可以将玻璃的根据原料在过程中的不同变化可以将玻璃的熔制过程分为硅酸盐形成、玻璃形成、玻璃液澄清、玻璃熔制过程分为硅酸盐形成、玻璃形成、玻璃液澄清、玻璃液均化和玻璃液冷却等五个阶段。液均化和玻璃液冷却等五个阶段。4

32、4第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与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）压制法（玻璃容器）压制法（玻璃容器）压延法（压花玻璃）压延法（压花玻璃）浇铸法（光学玻璃）浇铸法（光学玻璃）焊接法（玻璃仪器）焊接法（玻璃仪器） 45第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工46第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 玻璃的退火玻璃的退火 根据退火原理，退火工艺可以分为四个阶根据退火原理，退火工艺可以分为四个阶段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段。段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶

33、段。 平板玻璃的深加工平板玻璃的深加工 随着对玻璃性能要求的日益提高，平随着对玻璃性能要求的日益提高，平板玻璃的一次产品已不能满足要求，需对其进行一定的深加板玻璃的一次产品已不能满足要求，需对其进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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工玻璃的钢化玻璃的钢化物理钢化物理钢化 风钢化风钢化 液体钢化液体钢化化学钢化化学钢化 48第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工水硬性无机胶凝材料的统称，属无机粉体材料。水硬性无机胶凝材料的统称，属无机粉体材料。按活性矿物成份可分为：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、按活性矿物

34、成份可分为：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫酸盐水泥和氟铝酸盐水泥等，其中硅酸盐水泥用硫酸盐水泥和氟铝酸盐水泥等，其中硅酸盐水泥用量最大。量最大。水硬性来自活性矿物成份的水硬性来自活性矿物成份的水化和水解反应水化和水解反应。按用途和性能可分为：通用、专用、特种三大类。按用途和性能可分为：通用、专用、特种三大类。 水泥的制备原理及方法水泥的制备原理及方法49第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工五大水泥五大水泥硅酸盐水泥：硅酸盐水泥： 熟料熟料+石膏石膏普通硅酸盐水泥：普通硅酸盐水泥： 熟料熟料+石膏石膏+ 15%矿渣水泥：矿渣水泥： 熟料熟料+石膏石膏+矿渣矿渣20-70%粉煤灰水泥

35、：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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工硅酸盐水泥硅酸盐水泥活性成份活性成份 硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2(C3S) 4462%硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2(C2S) 1830%铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3(C3A) 512%铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3(C4AF) 1018%硅酸盐水泥及生产工艺硅酸盐水泥及生产工艺51第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工由碱性CaO与酸性氧化物SiO2、

36、Al2O3、Fe2O3在高温下反应而成硅酸盐水泥硅酸盐水泥由石灰石、泥灰石、白垩等提供由石灰石、泥灰石、白垩等提供CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3由黄土、粘土、页岩、由黄土、粘土、页岩、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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工53第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 硅酸盐水泥的生产工艺见图5-11，可概况为“两磨一烧”煅烧过程中，生料经历干燥脱水、碳酸盐分解、氧化物间高温与液相反应、快速冷却等复杂的物化过程而成熟料泥的凝结硬化（水化）也是一复杂的物化过程，石膏的加入可缓凝54第五章第五章 材料的制备与成型加工

37、材料的制备与成型加工耐火材料耐火材料 耐火温度不低于耐火温度不低于15801580的的无机非金属材料无机非金属材料 耐火材料的制备原理及方法耐火材料的制备原理及方法耐火温度耐火温度普通（普通（15801770）高级（高级（17702000）特种（特种（2000以上）以上）55第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 耐火材料的成分主要成分主要成分SiO2为主为主Al2O3及及Cr2O3为主为主MgO和和CaO为主为主56第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工耐火材料的生产工艺57第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工高温使用性能高温使用性能耐火度耐

38、火度高温荷重变形温度高温荷重变形温度高温体积稳定性高温体积稳定性抗热震稳定性抗热震稳定性抗渣性抗渣性耐真空性耐真空性58第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工制备的制备的三个层次三个层次聚合物合成聚合物合成（Synthesis of polymer）聚合物、粒、粉、块料的制备聚合物、粒、粉、块料的制备（Fabrication of polymer）聚合物成型加工聚合物成型加工（Processing of polymer）各层次高分子制备过程示意图见图各层次高分子制备过程示意图见图5-13 5-1-2 高分子材料的制备高分子材料的制备59第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制

39、备与成型加工60第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工聚合物聚合物合成合成 原料精制：蒸馏、重结晶、碱洗等，以保证单体纯度原料精制：蒸馏、重结晶、碱洗等，以保证单体纯度 聚合聚合 聚合机理聚合机理 实施方法：本体、溶液悬浮、乳液、熔融、界面、固相实施方法：本体、溶液悬浮、乳液、熔融、界面、固相 链锁：自由基、阳离子、阴离子、配位催化链锁：自由基、阳离子、阴离子、配位催化逐步：缩聚、加聚逐步：缩聚、加聚 聚合物分离：真空挥发、凝聚、分离、离心分离等，聚合物分离：真空挥发、凝聚、分离、离心分离等， 脱残留单体、溶剂、分离杂质，以获得较纯净聚合物脱残留单体、溶剂、分离杂质，以获得较纯

40、净聚合物 后处理：洗涤、干燥、造粒后处理：洗涤、干燥、造粒61第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工62第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工63第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工5 5-1 -1 材料制备原理及方法材料制备原理及方法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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工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 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工铸造（铸造（Casting） 锻造（锻造（Forging）辊（滚）轧（辊（滚）轧（Rolling）挤压（挤压

41、（Extrusion）拉拔（拉拔（Drawing） 焊接（焊接（Welding）粉末冶金（粉末冶金（Powder Metallurgy）热处理（热处理（Thermal tretment）切削（切削（Cutting）金属材料成型加工金属材料成型加工 (Processing of Metals) 5-2-1 金属材料的加工工艺性金属材料的加工工艺性66第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工铸造性铸造性 熔融流动性（螺旋试样法测定）熔融流动性（螺旋试样法测定）铸型充填条件：铸型阻力、蓄热保温铸型充填条件：铸型阻力、蓄热保温（热交换）能力（热交换）能力收缩性：液态收缩、凝固收缩、固体收

42、收缩性：液态收缩、凝固收缩、固体收缩，易引起铸件缺陷（如缩孔、缩松、缩，易引起铸件缺陷（如缩孔、缩松、裂纹、变形等）裂纹、变形等）67第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工可锻性：可锻性： 压力加工时获得优质零件难易程度压力加工时获得优质零件难易程度锻造、辊轧、锻造、辊轧、挤压、拉拔挤压、拉拔 金属的塑性变形性金属的塑性变形性 化学成份化学成份 组织结构组织结构 变形抗力变形抗力 变形条件变形条件 变形温度变形温度 变形速度变形速度应力状态应力状态 68第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工可焊性：可焊性： 指金属在一定焊接方法、焊接材料、工艺指金属在一定焊接方

43、法、焊接材料、工艺参数及结构形式下，实现优质参数及结构形式下，实现优质焊接接头焊接接头的的难易程度。难易程度。 同一种金属材料，采用不同焊接方法和焊接材同一种金属材料，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：手工电弧焊；埋弧自动焊；：手工电弧焊；埋弧自动焊；氩弧焊；电渣焊；氩弧焊；电渣焊；CO2气体保护焊；电气体保护焊；电阻焊（点焊、对焊；缝焊）；钎焊。阻焊（点焊、对焊；缝焊）；钎焊。69第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工切削加工性切削加工性( (车、铣、刨、钻车、铣、刨、钻) )取决于多种因素取决于多种因素 硬度硬度切削阻力

44、切削阻力切屑的形状与形成切屑的形状与形成 导热性导热性 显微组织结构显微组织结构 70第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 金属材料热处理，可改变其晶相组织结构，从而改变其性能。退火（annealing）处理热处理条件： 热处理温度； 保温时间； 冷却速度 松弛内应力（relieve stresses）; 提高延展性(ductility)、改变硬度(toughness); 产生特殊组织结构（specific microstructure）71第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工新日铁钢铁生产流程新日铁钢铁生产流程72第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制

45、备与成型加工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：聚合物固有的低导热性、低耐热性、低稳定性聚合物固有的低导热性、低耐热性、低稳定性和高热敏性，使传统导热加热熔融方式不再适应。而主要和高热敏性，使传统导热加热熔融方式不再适应。而主要依靠依靠“粘性耗散发热（摩擦热）粘性耗散发热（摩擦热）”方式熔融方式熔融。73第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工 流动特性流动特性a) 通过若干链段运动使大分子重心位移，产生流动通过若干链段运动使大分子重心位移，产生流动b) 链段的取向、长链分子的缠结决

46、定其链段的取向、长链分子的缠结决定其“非牛顿流体非牛顿流体性质性质”c) 大分子的粘弹行为和法向应力，决定了聚合物熔体大分子的粘弹行为和法向应力，决定了聚合物熔体的的“离模膨胀离模膨胀”现象或现象或“末端效应末端效应”，常引起尺寸，常引起尺寸变形变形74第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工影响因素： 聚合物大分子链结构、分子量及外力高聚物的黏流温度及成型温度高聚物的黏流温度及成型温度75第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工聚合物加工中的结构变化u 混合熔融流动（变形）固化定型后处理五阶段伴有一次结构、聚集态结构、织态结构的变化或转变。u聚合过程中会发生结晶、取向、降解、交联等结构的变化。76第五章第五章 材料的制备与成型加工材料的制备与成型加工聚合物加工的基本工艺过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、简单混合，以下、低剪切、简单混合，增加物料分散或无序程度，设增加物料分散或无序程度，设备有低速捏合机和高速混合机备有低速捏合机和高速混合机两类，见图两类，见图5-39物料熔融混合物料熔融混合 高剪切下熔融混合，进一步高剪切下熔融混合，进一步分散均匀，逐出挥发物，设分散均匀，逐出挥发物，设备有双辊开炼机、