现代材料制备技术复习题—w

1、n 1.火法冶金、湿法冶金和电冶金的主要特点是什么？A利用高温加热从矿石中提取金属或其化合物的方法称为火法冶金。其技术原理是将矿石或原材料加热到熔点以上，使之熔化为液态，经过与熔剂的冶炼及物理化学反应再冷凝为固体而提取金属原材料，并通过对原料精炼达到提纯及合金化，以制备高质量的锭坯。用火法冶金提取金属，不仅效率高而且成本低，但是污染环境。B湿法冶金是指利用一些溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。其最大的优点是对环境污染小，并且能处理地品位矿石。C利用电能从矿石或其他原料中提取、回收或精炼

2、金属的冶金过程称为电冶金。电解冶金具有高的选择性，可获得高纯金属，能回收有用金属，因此可处理地品位矿物及组分复杂的多金属矿，有利于资源的综合利用，而且对环境污染小，生产也较易连续化和自动化。n 2.简述火法冶金和湿法冶金的基本工艺过程。A火法冶金的基本过程：矿石准备（选矿、焙烧、球化或烧结等工序处理）冶炼（矿石在高温下用气体或固体还原剂还原出金属单体）精炼（去除杂质元素，提高纯度及合金化）B湿法冶金的基本过程：浸取（选择合适的溶剂溶解金属到溶液)固/液分离（过滤、洗涤及离心分离）、溶液的富集（化学沉淀、离子沉淀、溶剂萃取和膜分离）和从溶液中提取金属或化合物（电解、化学置换和加压氢还原）n 3.

3、电解精炼和电解提取有何不同？在电冶金中，应用水溶液电解精炼金属称为电解精炼或可溶阳极电解，采用电解精炼，即以其他方法炼制的粗金属作为阳极进行电解，通过选择性阳极溶解及阴极沉淀，达到分离杂质和提纯金属的目的。而应用水溶液电解从浸取液中提取金属称为电解提取或不溶阳极电解，采用不溶性阳极，使经浸出，净化处理的电解液中的待提取金属离子在阴极还原，制得纯金属。n 1.单晶材料制备中提拉法的原理。（）要生长的结晶物质材料在坩埚中熔化而不分解，不与周围环境起反应。（）籽晶预热后旋转着下降与熔体液面接触，同时旋转籽品，这一方面是为了获得热对称性，另一方面也搅拌了熔体。待籽晶微熔后再缓慢向上提拉。（）降低坩埚温

4、度或熔体温度梯度，不断提拉，使籽晶直径变大（即放肩阶段），然后保持合适的温度梯度和提拉速度使晶体直径不变（即等径生长阶段）。（）当晶体达到所需长度后，在拉速不变的情况下升高熔体的温度或在温度不变的情况下加快拉速使晶体脱离熔体液面。（）对晶体进行退火处理，以提高晶体均匀性和消除可能存在的内部应力（晶体退火的目的也在于此）。n 2.单晶材料制备中高温溶液法基本原理。 水中难溶，而且又不适合用熔体法生长晶体的物质，一般采用高温（）溶液法生长其晶体。该类方法十分类似于常温溶液法，主要区别是高温溶液生长温度高，体系中的相关系更复杂。（1）高温溶液法是结晶物质在高温条件下溶于适当的助熔剂中形成溶液，在其过

5、饱和的情况下生长为单晶的方法。因此，其基本原理与常温溶液法相同。但助熔剂的选择和溶液相关系的确定是高温溶液法晶体生长的先决条件。（2）高温溶液法中没有一种助熔剂像常温溶液中的水似的，能够溶解多种物质并适合其晶体生长。因此，助熔剂的选择就显得十分重要。n 3.单晶材料制备中区域熔化法的原理。在进行区域熔炼过程中，物质的固相和液相在密度差的驱动下，物质会发生输运。通过在生长界面附近产生一个温度梯度来控制或重新分配存在于原料中的可溶性杂质或相。利用一个或数个熔区在同一方向上重复通过原料烧结以除去有害杂质；利用区域熔炼过程有效地消除分凝效应，也可将所期望的杂质均匀地掺入到晶体中去，并在一定程度上控制和

6、消除位错、包裹体等结构缺陷n 1.复合铸造定义和方法。 复合铸造是指将两种或两种以上具有不同性能的金属材料铸造成为一个完整的铸件，使铸件的不同部位具有不同的性能，以满足使用的要求。通常是一种合金具有较高的力学性能，而另一种或几种合金则具有抗磨、耐蚀、耐热等特殊使用性能。常见方法：镶铸工艺：将一种或两种金属预制成一定形状的镶块，镶铸到另一种金属液体内，得到兼有两种或多种特性的双(多)金属铸件。 目前生产的铸件有：高压阀门、高压柱塞泵等耐磨耐蚀耐热关键性金属零部件、硬质合金导卫板等。 重力复合铸造：将两种或多种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，采用特定的浇注方式或浇注系统，在重力条件下先后浇入同

7、一铸型内，获得复合铸件的工艺。重力复合铸造生产的铸件有：挖掘机斗齿、双金属锤头保险柜材料等。 离心复合铸造：离心复合铸造是将两种或多种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，先后浇人离心机旋转的模筒内，获得复合铸件的工艺。离心复合铸造生产的铸件有：轧辊辊环，陶瓷内衬复合铸铁等。 新工艺：水平磁场(LMF)制动复合连铸法：水平磁场安装在结晶器的下部，两种不同化学成分的金属液分别通过长型和短型的浸入式浇口同时注入结晶器的上部和下部。水平磁场的制动力对垂直穿过水平磁场的钢液流产生作用，从而阻止两种金属液的混合。根据磁流体动力学的原理，在结晶器中形成以水平磁场为界的上下两部。冷却仍然采用水冷铜结晶器和出结

8、晶器后喷水冷却两种方式。位于结晶器上部的熔融钢液凝固形成复合钢坯的外层，位于结晶器下部的钢液凝固成复合钢坯的芯部。 充芯连铸法（CFC)：是一种用于制备高熔点金属包覆低熔点金属的复合材料的新工艺，是在连铸外层金属管壳中充填芯部金属液体并使之凝固，以实现两种金属的复合。n 2.实现连续挤压的条件 。(1) 不需借助挤压轴和挤压垫片的直接作用，即可对坯料施加足够的力以实现挤压变形；(2) 挤压筒应具有无限连续工作长度，以便使用无限长的坯料。n 3.Conform连续挤压特点。优点：(1)由于挤压型腔与坯料之间的摩擦大部分得到有效利用，挤压变形的能耗大大降低。在其它条件基本相同的条件下，Confor

9、m连续挤压可比常规正挤压的能耗降低30以上。(2)可以省略常规热挤压中坯料的加热工序，节省加热设备投资，通过有效利用摩擦发热而节省能耗。（Conform连续挤压时，作用于坯料表面上的摩擦所产生的摩擦热，连同塑性变形热，可以使挤压坯料上升到400-500(铝及铝合金)甚至更高(铜及铜合金)，以至于坯料不需加热或采用较低温度预热即可实现热挤压，从而大大节省挤压生产的热电费用。）(3)可以实现真正意义上的无间断连续生产，获得长度达到数千米乃至数万米的成卷制品，如小尺寸薄壁铝合金盘管、铝包钢导线等。 显著减少间隙性非生产时间，提高劳动生产率；对于细小断面尺寸制品，可以大大简化生产工艺、缩短生产周期；大

10、幅度地减少挤压压余、切头尾等几何废料，可将挤压制品的成品率提高到90以上，甚至可高达95-98.5；大大提高制品沿长度方向组织、性能的均匀性。(4)具有较为广泛的适用范围。从材料种类来看，Coform连续挤压法已成功地应用于铝及软铝合金、铜及部分铜合金的挤压生产；坯料的形状可以是杆状、颗粒状，也可以是熔融状态；制品种类包括管材、线材、型材，以及以铝包钢线为典型代表的包覆材料。(5)设备紧凑，占地面积小，设备造价及基建费用较低。缺点：(1)对坯料预处理(除氧化皮、清洗、干燥等)的要求高。生产实际表明，线杆进入挤压轮前的表面清洁程度，直接影响挤压制品的质量，严重时甚至会产生夹杂、气孔、针眼、裂纹、

11、沿焊缝破裂等缺陷。(2)尽管采用扩展模挤压等方法，Conform连续挤压法也可生产断面尺寸较大、形状较为复杂的实心或空心型材，但不如生产小断面型材时的优势大。这主要是由于坯料尺寸与挤压速度的限制，生产大断面型材时Conform连续挤压单台设备产量远低于常规正挤压法(3)虽然如前所述Conform连续挤压制品沿长度方向的组织、性能均匀性大大提高，但由于坯料的预处理效果、难以获得大挤压比等原因，采用该法生产的空心制品在焊缝质量、耐高压性能等方面不如常规正挤压-拉拔法生产的制品好。这一缺点限制了连续挤压生产对于某些本应具有很大优势的产品的应用。(4)挤压轮凹槽表面、槽封块、堵头等始终处于高温高摩擦状

12、态，因而对工模具材料的耐磨耐热性能要求高。(5)由于设备结构与挤压工作原理上的特点，工模具更换比常规挤压困难。(6)对设备液压系统、控制系统的要求高由上所述可知，Conform连续挤压法具有许多常规挤压法所不具有的优点，尤其适合于热挤压温度较低(如软铝合金)、小断面尺寸制品的连续成形。n 1.连续铸轧及其基本条件？（1）直接将金属熔体“轧制”成半成品带坯或成品带材的工艺称为连续铸轧。（2）条件：A浇汁系统预热温度1铸轧浇注系统包括控制金属液面高度的前箱、横浇道、供料嘴底座和供料嘴四部分.作为液体金属流过的通道，必须具备良好的保温性能，使液体金属不过多地散热,保持铸轧的正常进行；2整个浇注系统内

13、，不应有潮气、油膜、氧化渣以及其他杂物存在。3经整体装配并调试好后，入炉进行预热。预热温度为300左右，保温4h以上。4浇注系统如果预热不好，液体金属失热过多，不能进行正常铸轧，即使勉强开了头，也会因供料嘴内由凝块而中断铸轧。因此浇注系统预热温度是铸轧的基本工艺参数。B金属的液面高度5整个浇注系统是一个连通器。前箱内液面水平高度就决定着供料嘴出口处液体金属压力的大小。若液面低，供应金属的压力过小，则铸轧板面易于产生孔洞；若液面过高，金属静压力过大，或在铸轧扳面上出现被冲破的氧化皮，影响板面质量；或使液体金属进入辊隙，造成铸轧中断。n 1.名称：喷丸强化、离子注入、离子束溅射、离子镀、等离子渗氮

14、。喷丸强化：是弹丸流不断冲击金属材料表层并使表层材料发生循环塑性变形, 从而形成变形强化层的过程离子注入：把气体或金属元素蒸气，通人电离室电离形成正离子,经高压电场加速，使离子获得很高速度后打人固体中的物理过程.离子束溅射：离子枪产生一定束强度、一定能量的离子流，以一定的入射角度轰击靶材并溅射出其表层的原子，后者沉积到衬底表面形成薄膜。离子镀：将镀层材料气化并电离成离子，通过扩散和电场作用，沉积于制件表面，形成与基体牢固结合的满足所需性能的镀覆层。等离子渗氮：利用低真空稀薄气体辉光放电产生的离子束轰击金属或合金表面，使工件加热到所需温度，在金属表面渗入一种或几种化学元素并向其内部扩散，改变表层

15、的化学成分与组织结构，达到强化目的。n 2.化学气相沉积原理及其应用。（1） 原理：气相元素或化合物被输运到基体(衬底)表面附近，在一定条件下使它们发生化学反应，并在基体表面发生固相反应成膜；化学反应大致可分为分解反应(热分解)、还原反应、氧化反应、水解反应、聚合反应和输运反应等；使化学反应激活的方法包括加热、高频电压、激光、X射线、等离子体、电子碰撞和催化等。（2） 应用：耐磨镀层：以氮化物、氧化物、碳化物和硼化物为主，主要应用于金属切削刀具。在切削应刷中，镀层性能上主要包括硬度、化学稳定性、耐磨性、低摩擦系数、高导热与热稳定性和与基体酬结合强度。这类镀层主要有TiN、TiC、TaC、HfN

16、、Al2O3、TiB2等，都已得到应用；摩擦学镀层：降低接触的滑动面或转动面之间的摩擦系数，减少粘着、摩擦或其他原因造成的磨损。这类镀层主要是难熔化合物。在镀层性能上主要是硬度、弹性模量、断裂韧性、与基体的结合强度、晶粒尺寸等。高温应用镀层：镀层的热稳定性。高分解温度的难熔化合物，比较适合予高温环境应用。涉及到反应性气氛，就须考虑它的氧化和化学稳定性，可选用难熔化合物和氧化物的混合物。此外有相容的热膨胀特性和强度，如环境有经常性的热震，选择难熔金属硅化物和过渡金属铝化物。这类应用包括火箭喷嘴、加力燃烧室部件、返回大气层的锥体、高温燃气轮机热交换部件和陶瓷汽车发动机缸套、活塞等。开发新材料：陶瓷

17、材料中增韧的化合物晶须可用CVD来生产，已有的Si3N4、TiC、Al2O3、TiN、Cr3C2、SiC、ZrC、ZrO2等。n 3.物理气相沉积原理及其应用。(1) 原理：利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。1）镀料的气化；使镀料蒸发、升华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。2）镀料原子、分子或离子在相对较低的气体压力环境的迁移；由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。3）镀料原子、分子或离子在基体上不发生化学反应沉积。(2) 应用：电子束物理气相沉积被广泛应用于航空、航天、船舶和冶金等工业领域。

18、而离子镀广泛用于机械、电子、航空、航天、轻工、光学和建筑等部门，用以制备耐磨、耐蚀、耐热、超硬、导电、磁性和光电转换等镀层。n 4.列举激光表面处理工艺。（1） 激光淬火：高能激光束表面快速加热，通过固态自激冷却淬火(固态相变重结晶)，改变表面组织结构而产生强化效果。（2） 激光熔凝：利用比激光淬火更高的激光能量，通过表面熔化及熔化薄层快速凝固(重熔再结晶)，改变表面组织结构而产生强化效果。（3） 激光上釉：处理工艺参数与熔凝有差别，激光能量密度很高，快速扫描时，表面熔化薄层(110微米)与基体形成陡峭的温度梯度，急冷(通常冷却速度超过熔层金属的临界冷却速度)使表面熔层形成非晶态组织。（4）

19、激光合金化：材料的表面加入其他合金成分(预置涂层或吹送粉末) ，高能激光辐照下，添加的成分和基体同时快速熔化，凝固改变表层化学成分及组织结构，形成新合金层(液态合金化)，具有工件变形小，能使难以接近的和局部区域进行合金化等特点，合金层晶粒细小、成分均匀，对于不规则零件亦可得到深度均匀合金层。（5） 激光冲击硬化：采用高峰值功率密度的激光束辐照工件，表面薄层迅速气化，在表面原则逸出期间，发生动量脉冲，产生强机械冲击波或应力波，冲击金属表面，使其产生塑性变形，表层显微组织中位错密度增加。（6） 激光增强电沉积：将激光与电镀结合起来采用高能激光束辐照阴极液一固物质分界面，造成局部温升与微区搅拌，从而

20、诱发或增强其化学反应，引起液体物质的分解并在固体表面沉积出反应生成物。n 1.半固态加工原理及特点。（1） 原理：金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生因相的固-液浆料(固相组分一般为50左右)，即流变浆料， 利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形(rheoforming)；如果将流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。利用金属的半固态坯料进行成形加工，称之为触变成形(thixofo

21、rming)。（2） 金属学与力学特点：（a）由于固液共存，在两者界面熔化、凝固不断发生，产生活跃的扩散现象。因此溶质元素的局部浓度不断变化；（b）由于晶粒间或固相粒子间夹有液相成分，固相粒子间几乎没有结合力，因此，其宏观流动变形抗力很低；（c）随着固相分数的降低，呈现黏性流体特性，在微小外力作用下很容易变形流动；（d）当固相分数在极限值（约75）以下时，浆料可以进行搅拌，并可很容易混入异种材料的粉末、纤维等；(e)由于固相粒子间几乎无结合力，在特定部位虽然容易分离，但由于液相成分的存在，又可很容易地将分离的部位连接形成一体化而且与一般固态金属材料也容易形成很好的结合；（3） 加工特点：（a）

22、粘度比液态金属高，容易控制：模具夹带的气体少，减少氧化、改善加工性，减少模具粘接，可进行更高速的部件成形，改善表面光洁度，易实现自动化和形成新加工工艺；（b）流动应力比固态金属低：半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，而且可进行复杂件成形，缩短加工周期，提高材料利用率，有利于节能节材，并可进行连续形状的高速成形(如挤压)，加工成本低；（c）应用范围广：凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。可适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻压等，并可进行材料的复合及成形。n 2.半固态浆料的制备方法。(1) 电磁搅拌法：是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸形方向的

23、强磁场对处于液固相线之间的金属液形成强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动，使金属凝固析出的枝晶充分破碎并球化，进行半固态浆料或坯料的制备。(2) 机械搅拌法：机械旋转的叶片或搅拌棒改变凝固中的金属初晶的生长与演化，以获得球状或类球状的初生固相的半固态金属流变浆料。机械搅拌法分为非连续机械搅拌法和连续机械搅拌法。(3) 液态异步轧挤法：实质是剪切-冷却-轧制(shearing-coolin-rolling)，简称SCR法，其工艺原理是：利用一个机械旋转的辊轮把静止的弧状结晶壁上生长的初晶不断碾下、破碎,并与剩余的液体一起混合，形成流变金属浆料，是一种高效制备半固态坯料的方法。(4) 超声振动法：利用超

24、声机械振动波扰动金属的凝固过程，细化金属晶粒，获得球状初晶的金属浆料。(5) 粉末冶金：是一种金属或合金快速凝固技术，它利用金属雾化技术的方法制备细小的金属粉末。雾化技术就是利用离心力、机械力或高速流体冲击力等外力的作用使金属熔体分散成尺寸很小的雾状熔滴，并使熔滴在与流体或冷模接触中迅速冷却凝固。n 2.快速凝固合金组织和性能特征（1）快速凝固特征：偏析形成倾向减小；形成非平衡相；细化凝固组织；改变析出相的结构；形成非晶态n 6.简述注射技术及其应用金属粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量热塑性粘结剂与粉料一起注入

25、成形模中，施于低而均匀的等静压力，使之固结成形，然后脱粘结剂烧结。应用：这种技术能够制造用常规模压粉末的技术无法制造的复杂形状结构（如带有螺纹、垂直或高叉孔锐角、多台阶、壁、翼等）制品，具有更高的材质密度（93%100%的理论密度）和强韧性，并具有材质各向同性等特性。目前该项技术成为粉末冶金领域最具活力的新技术 并已进入工业化生产阶段。 金属粉末注射成型技术制作的产品有齿轮汽车部件、通信器械元件(如手机的情报通信器械和计算机的 OA 器件)、电动工具、门锁、乐器、医疗器件和缝纫机元件、工业设备元件和磁性元件、枪支瞄准器支架、手枪退子钩和撞针、窗户锁扇形块、纺织机的三角块、眼镜框架的柔性铰链、眼

26、镜脚、手表表壳等。产品都有一个明显的特点：其结构小而复杂，密度和精度高等。制作材料除铁 镍合金外，还有钛及钛合金、铝及铝合金、超硬合金和重合金等。n 2简述高铝瓷（透明陶瓷）生产工艺过程. 工业氧化铝的预烧预烧使原料中的- Al2O3全部转变为- Al2O3，减少烧成收缩。预烧还能排除原料中大部分Na2O杂质。原料的细磨由于工业Al2O3是由氧化铝微晶组成的疏松多孔聚集体，很难烧结致密。为了要破坏这种聚集体的多孔性，必须将原料细磨。酸洗 如果采用钢球磨粉磨，料浆要经过酸洗除铁。盐酸能与铁生成FeCl2，或FeCl3而溶解，然后再水洗以达到除铁的目的。成形。采用干压、挤制、注浆、轧膜、捣打、热压

27、及等静压等方法成形，以适应各种不同形状的要求。烧成。烧成温度对刚玉制品的密度及显微结构起着决定性作用，适当地控制加热温度和保温时间。表面处理。对于高温、高强度构件或表面要求平整而光滑的制品，烧成后往往要经过研磨及抛光。n 3金属陶瓷的一般生产工艺是什么？金属陶瓷是一种由金属或合金同陶瓷组成的非均质复合材料，其性能是金属与陶瓷二者性能的综合，故起到了取长补短的作用。（）粉末的制备。硬质合金粉末的制备，主要是把各种金属氧化物制成金属或金属碳化物的粉末。（）混合料制备。制备混合料的目的，在于使碳化物和黏结金属粉末混合均匀，并且把它们进一步磨细。这对硬质合金成品的性能有很大影响。（）成形。金属陶瓷制品

28、的成形方法有干压、注浆、挤压、等静压、热压等方法。（）烧成。金属陶瓷在空气中烧成往往会氧化或分解。所以必须根据坯料性质及成品质量控制炉内气氛，使炉内气氛保持真空或处于还原气氛。n 4热压烧结法生产Si3N4陶瓷的原理和方法是什么？原理：热压烧结是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速致密化的过程。热压烧结的温度更低，烧结时间更短。方法：热压烧结法是将Si3N4粉和少量添加剂（如MgO，Al2O3，MgF2，AlF3，或FeO等）在19.6MPa以上的压强和16001700条件下热压成形烧结。n 5.陶瓷烧结技术有哪些？特种烧结技术(1)热压烧结热压烧结（hot pressing）是在烧结过程中同

29、时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时间更短。（2）常压烧结，热等静压烧结，气氛烧结，电火花烧结(3) 反应烧结，粉末混合料中至少有两种组分相互发生反应的烧结(4) 微波烧结(5)爆炸烧结(6)放电等离子烧结（SPS） 4、5、6此三种为较新技术1.列举（物理法、化学法、化学物理法）制备纳米粉末的方法。并选择其一阐述其原理、过程、主要控制参数。(1)除了机械法（机械粉碎、电化腐蚀、雾化），制备方法主要有：物理法和化学法。其中物理法有：蒸发凝聚法、氢电弧等离子体法、激光聚集原子沉积法、非晶晶化法、机械球磨法、原子法、离子注入法；化学法有：液相沉积法、化学沉淀法、溶胶

30、凝胶法、电解法、模板合成法、微乳液法、水热法、溶液蒸发法、化化学气相反应法包括：激光诱导化学 沉淀法、等离子体诱导化学气相沉淀法、热化学气相沉淀法等。物理化学法：喷雾法、化学气相沉积法 CVD、爆炸反应法、冷冻-干燥法、反应性球磨法、超临界流体干燥法、微波辐照法(2)蒸发冷凝法蒸发冷凝法是指在高真空的条件下，试样经蒸发后冷凝。试样蒸发方式包括电弧放电产生高能电脉冲或高频感应等以产生高温等离子体，使金属蒸发。纳米粉体是在真空状态及惰性气体氩气和氢气中，利用电阻发热体将金属、合金或陶瓷蒸发气化，然后与惰性气体碰撞、冷却、凝结而形成纳米微粒。蒸发冷凝法制备的超微颗粒具有如下特征：高纯度；粒径分布窄；

31、良好结晶和清洁表面；粒度易于控制。在原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。控制参数：惰性气体压力，温度，原子量、蒸发速率。斜体的表示不考。n 4.试述炼钢的基本过程。元素的氧化（多余的碳和杂质元素被氧化去除）造渣脱磷和脱硫（加入石灰石造渣）脱氧及合金化（加入硅铁、铝或镁等易氧化元素（1）元素的氧化:炼钢的主要途径是向液体金属供氧，使多余的碳和杂质元素被氧化去除。炼钢过程可以直接向高温金属熔池吹入工业纯氧，也可以利用氧化性炉气和铁矿石供氧。氧进入金属熔液后首先和铁发生氧化反应：然后（FeO）再和金属中的其他元素发生氧化反应：当上述杂质元素和氧直接接触时，也将发生直接的氧化反应：上述氧化反应的产

32、物不熔于金属，而上浮进入熔渣或炉气（2）造渣脱磷和脱硫： 在采用碱性氧化法炼钢时，可通过加入石灰石造渣的方法去除磷和硫这两种元素：熔渣中的碱性越高，脱硫和脱磷的效果越好（3）脱氧及合金化：随着金属液中碳和其他杂质元素的氧化，钢液中溶解的氧（以FeO形式存在）相应增多，致使钢中氧夹杂含量升高，钢的质量下降，而且还有碍于钢液的合金化及成分控制。因此，冶炼后期应对钢液进行脱氧处理，通常加入硅铁、铝或镁等易氧化元素来完成。钢液脱氧后可以向钢液中加入需要的各种合金元素，进行合金化处理，以将钢液调整到规格要求的成分，最后浇铸成锭坯。n 5.工业上如何从铝矾土矿中提取出金属铝？A氧化铝的制备：1湿碱法(拜尔

33、法)：将矿石磨细，在160-170，0.3-0.4MPa的高压釜内和氢氧化钠溶液反应生成铝酸钠溶液铝酸钠与水则生成氢氧化铝将氢氧化铝在950-1000煅烧得Al2O3；2干碱法（碱石灰烧结法）：烧结法生产氧化铝的实质，是将铝矿粉、石灰石和纯碱按比例混匀加热至1100，发生化学反应将熔融烧结的产物磨细后与稀NaOH溶液反应生成的NaAlO2进入溶液，而Fe2O3·Na2O生成Fe(OH)3 沉淀，SiO2·CaO本身经过滤得铝酸钠溶液。向过滤液内通入CO2，即得Al(OH)3将Al(OH)3 经过滤、清洗和煅烧后可得Al2O3B氧化铝的电解：从氧化铝中提取金属铝是通过熔盐电解

34、法来实现的，用氟化铝、冰晶石(Na3AlF6) 或其他氟化盐作为电解质，将其放入有碳素阳极和阴极所组成的电解槽中，然后通入直流电，使电解质发生一系列物理化学变化，结果在阴极得到液体铝，在阳极得到氧，它使碳阳极氧化而析出。n 6.铝合金的制备过程中为什么要进行精炼和变质？精炼的目的是除气除渣；变质的目的为细化有害的初生硅和共晶硅常用的变质剂为氟化钠、氯化钠、氯化镁等组成的复合钠盐。变质温度一般为720730，以钟罩搅拌法压入铝液。精炼的目的是除气除渣。精炼方法很多，主要应用的有吹气精炼和氯盐精炼这两种方法。其工艺要点是精炼温度700720，加入量23Kg/t，精炼后将熔体静置510minn 7.

35、镁合金制备时熔体保护的方法有哪些？由于镁合金液很容易氧化,而且表面生成的氧化膜比较疏松,因此熔炼镁合金时,防止氧化至关重要。镁合金的熔体保护主要有两种方法,即熔剂保护和气体保护。（1）用保护熔剂熔炼通常会带来以下问题：氯盐和氟盐高温下易挥发产生有毒气体，如HCl，HF等。由于熔剂的密度较大，部分熔剂会随同镁液混入铸型造成“熔剂夹渣”。熔剂挥发产生的气体有可能渗入合金液中，成为材料使用过程中的腐蚀源，加速材料腐蚀，降低使用寿命。因此，寻找氯盐和氟盐的代用材料或减少氯盐和氟盐的使用量，减少污染，提高保护效果，是开发镁合金熔炼保护熔剂的努力目标。（2）通过大量实验，发现了对镁合金液有一定保护作用的气

36、体，如SF6，BF3，CF4， CClF2，CO2等。通过进一步研究，SF6的保护性能较好，使用SF6存在的问题主要是用量的控制问题，生产中如何根据熔炼保护状态自动调节SF6的压力、流量，达到既有利于保护，又减少SF6用量的目的，仍是SF6气体保护正在有待深入研究的课题。n 3.单晶材料制备中区域熔化法的原理。区域熔化技术是半导体提纯的主要技术。也可以作为一种单晶生长技术，因为在用它进行提纯时的确常常得到单晶。要制备单晶，可将单晶体籽晶放在料舟的左边。籽晶须部分熔化，以便提供一个清洁的生长表面。然后熔区向右移动，倘若材料很容易结晶也可以不要籽晶。热源可以是熔体、料舟或受感器耦合的射频加热。其他

37、热源包括电阻元件的辐射加热、电子轰击以及强灯光或日光的聚焦辐射。n 4.单晶材料制备中定向凝固法原理。（1）本质上，定向凝固法是借助在一个温度梯度内进行结晶，从而在单一的固-液界面上成核。 （2）要结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内，使该坩埚下降通过一个温度梯度，或者使加热器坩埚上升。通常把坩埚固定在一个设计得能产生近似一线性梯度的温度的炉子内，然后冷炉子n 1.何谓复合铸造？复合铸造是指将两种或两种以上具有不同性能的金属材料铸造成为一个完整的铸件，使铸件的不同部位具有不同的性能，以满足使用的要求。通常是一种合金具有较高的力学性能，而另一种或几种合金则具有抗磨、耐蚀、耐热等特殊使用性能。n

38、2.常见的复合铸造有哪些？（1）镶铸工艺：将一种或两种金属预制成一定形状的镶块，镶铸到另一种金属液体内，得到兼有两种或多种特性的双(多)金属铸件。 目前生产的铸件有：高压阀门、高压柱塞泵等耐磨耐蚀耐热关键性金属零部件、硬质合金导卫板等。（2）重力复合铸造：将两种或多种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，采用特定的浇注方式或浇注系统，在重力条件下先后浇入同一铸型内，获得复合铸件的工艺。重力复合铸造生产的铸件有：挖掘机斗齿、双金属锤头保险柜材料等。（3）离心复合铸造：是将两种或多种不同成分、性能的铸造合金分别熔化后，先后浇人离心机旋转的模筒内，获得复合铸件的工艺。离心复合铸造生产的铸件有：轧辊辊环

39、，陶瓷内衬复合铸铁等。n 3.列举几个复合铸造新工艺（原理、特点）n （1）水平磁场(LMF)制动复合连铸法：水平磁场安装在结晶器的下部，两种不同化学成分的金属液分别通过长型和短型的浸入式浇口同时注入结晶器的上部和下部。水平磁场的制动力对垂直穿过水平磁场的钢液流产生作用，从而阻止两种金属液的混合。根据磁流体动力学的原理，在结晶器中形成以水平磁场为界的上下两部。冷却仍然采用水冷铜结晶器和出结晶器后喷水冷却两种方式。位于结晶器上部的熔融钢液凝固形成复合钢坯的外层，位于结晶器下部的钢液凝固成复合钢坯的芯部。1-包覆层金属熔体；2-芯材金属熔体3-金属熔体界面；4-结晶器；5-LMF；6-双金属界面；

40、7-芯材凝固体；8-包覆层凝固体（2）反向凝固连铸复合法：母带6从下向上以一定速度穿过熔池5，熔池内装有一定量和温度的包覆层金属液4，包覆层金属液附在母带表面凝固，凝固的厚度逐步增加，直至完全通过包覆层金属液；然后通过一对轧辊2对母带及附在母带表面凝固层3进行轧制，达到平整表面、控制复合带材厚度的目的，最终获得所需的复合带材产品。反向凝固工艺中，凝固方向为从里向外(即从母带表面开始凝固)，有别于一般连铸的从外向里的凝固工艺，因此称为反向凝固工艺。1-钢丝；2-保温炉；3-铝液；4-结晶器；5-冷却水；6-拉拔模；7-复合线材（3）复合线材铸拉法：复合线材铸拉法是传统的热浸镀、连续铸造和拉伸变形

41、三项工艺的结合。它主要包括钢丝表面处理、钢丝预热、铸拉和后处理四个工艺环节。将预先处理好的钢丝1由上向下穿过保温炉2、结晶器4和拉拔模6，然后浇注铝液3，拉拔钢丝带动复合导线经过拉拔模6，获得表面光滑的复合导线。(4)双流连铸梯度复合法在传统的连续铸造基础上增加一个内浇包2及其内导管4。内浇包2及外浇包3分别容纳不同成分的两种金属液体，流经外浇包的金属液体经出水口后直接进入结晶器6中，受激冷而首先凝固成具有一定厚度的薄壳，当内浇包的熔体脱离内导管口时则被凝固薄壳和富含籽晶和熔断枝晶的残余外部金属液包围。通过调整铸造时的工艺参数，可以控制内、外浇包中两种液体的凝固时间差，促进结晶器内熔体由外向内

42、顺序凝固，实现两种液体的部分混合。内浇包熔体的流量由内导管中的液流控制阀5来调节，外浇包熔体的流量由拉锭速度所规定的总物质流和内浇包熔体的流量间接控制。(5)双结晶器连铸法双结晶器连铸双金属复合材料的原理如图所示，其工艺的思路是：沿拉坯方向设置两个同轴的结晶器4和10，芯部金属在上结晶器4中凝固，进入到下保温坩埚7中的外层包覆金属液中，在下结晶器10中外层金属凝固并与芯部金属形成冶金结合，实现连铸包覆。(6)充芯连铸法(core filling continuous cast，简称CFC)是一种用于制备高熔点金属包覆低熔点金属的复合材料的新工艺，是在连铸外层金属管壳中充填芯部金属液体并使之凝固

43、，以实现两种金属的复合。结晶器9和芯部金属液导流管4沿引锭方向配置于同一轴线上；芯部金属液导流管4的上端紧密与芯部金属控温坩埚2连接，下端伸人外层包覆金属控温坩埚7和结晶器9中，形成外层金属凝固的型芯；结晶器9上端紧密与外层金属控温坩埚7连接；控温坩埚2、7通过感应加热器1、5进行加热和保温，在结晶器9的出口处设置有二次冷却装置。连铸复合成形工艺过程为：外层金属由控温坩埚7加热和保温，并注入由结晶器9和芯部金属液导流管4构成的铸型中，凝固成外层金属管；芯部金属由控温坩埚2加热和保温，通过芯部金属液导流管4浇注到外层金属管中与其熔合并凝固。包覆金属和芯部金属所需的冷却速度由牵引机构的引锭速度、结

44、晶器9的冷却强度、控温坩埚2和7、二次冷却装置冷却强度控制。n 2.连续铸轧常见的缺陷与防止？（1）条痕：在铸轧版面的固定位置出现未被轧辊轧上的条痕，有时呈不连续状态。这是由于在该位置的供料嘴被氧化膜堵塞，使该处不能流出金属，只能靠近堵塞处两侧供给给液体金属，不等到这部分的液体金属补充到版面缺少金属的地方，就被轧辊扎上，未被充填金属版面即出现发亮的条痕。供料嘴被严重堵塞的时候，由于供液体金属不足，会出现一条较宽的未被轧着的铸态条带解决措施：a使供料嘴内部结构合理，尽量减少氧化膜被挂住的可能B整个浇注系统内，包括前箱、横浇道、供料嘴都要干净，要经300度4h以上预热处理C液体金属铸轧前，应经过过

45、滤和除气处理D在立板前，不能有局部硬块存在，如有硬块就意味着有氧化膜堵塞之处E提高铸轧速度，适当提高页面高度，技术处理堵塞之处，但是彻底消除氧化膜的堵塞是很困难的（2）孔洞：在板面出现断续的穿透未穿透的表面光亮孔洞，主要是因为金属液流供应不足，通常是前箱液面过低，或铸轧速度过高所致，一般在立板后一段时间，由于铸轧速度过高，此种孔洞常常出现解决措施：a前箱的液面高度要稳定控制在-5-10mm为宜，液面过低或过高均对板面之恋没有好处 B采取降低铸轧速度也可消除，但如铸轧速度降低到一定程度（如轧制电流过大）后仍在板面留有孔洞，则是由于供料嘴中有氧化膜堵塞，需要采取其他措施进行处理（3）横波：在板面出

46、现横向的微波纹，严重的可用手摸出，甚至有轻微的层状出现 解决措施：a提高铸轧速度，使铸轧区温度高一点，特别是提高铸轧辊和供料嘴接触处的温度，使液穴外围的氧化膜拉断，缩短和铸轧辊接触时间，相对提高该处温度 B前箱金属液面太高，液体金属静压力过大，液穴向辊间隙伸展，造成金属未被轧制时降温很多，流动性不好，故出现横波或轻微的层状，降低金属液面高度会立刻奏效 C提高金属铸轧温度，提高金属的流动性也是有效措施。（4）白条：由于供料嘴和连铸辊间隙调整过小，当液体金属通过供料嘴时，供料嘴受热膨胀而和住轧辊接触，受一定的轧制力。供料嘴局部破坏，使该处液体金属接触铸轧辊早，冷却强度大，因而在板面上出现白条。另外

47、，供料嘴即使没坏，有的部位贴在住轧辊上，使供料嘴的材料粉末与铸轧板面摩擦也会出现很多粉尘的细小白条 解决措施：a改进供料嘴材质使其致密且受热膨胀小，有一定的弹性和刚性 B根据供料嘴的性能，经过试验找到供料嘴和铸轧辊间隙的数据。一般使用硅藻土、石棉泥、粘土和其他粘结剂烧结而成的供料嘴，铸轧间隙在0.5mm左右。（5）黑条：由于前箱液面控制不稳定或过高，使包裹液面金属的氧化膜破坏而附在板面上呈现出断续的块状黑皮 解决措施：a采用机械或光电装置控制前箱液面的稳定性，保证液面高度在-5-10mm范围内 B静置炉流口也应采取控制措施，以防波及前箱金属液面高度（6）边布不齐：当铸轧温度过高，铸轧速度过大，液面过高或过低时，均能使铸轧板坯边不呈圆弧形而呈扁平的刮痕 解决措施：主要调整铸轧速度和液面高度，使液穴位置控制稍向上一些，以便能从侧面观察到液穴向上窜，即可得到铸轧板侧面呈鱼鳞状圆弧，当然供料嘴两侧的“耳子开得斜度也要合适。n 1.简述快速凝固技术、大块非晶制备技术快速凝固技术:(1)急冷凝固技术:设法减小同一时刻凝固的熔体体积并减小熔体体积与其散热表面积之比，并没法减小形体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻以及主要通过传导的方式散热。急冷凝固技术的核心是要提高凝固过程中熔体的冷速。(2)大过冷凝固技术:在形体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件，从而获得