材料制备与加工原理（无机部分）

1、一、粉体材料制备粉体：指的是在常态下以较细的粉粒状态存在的物料。团聚体：粉体颗粒之间由于存在着较弱的吸附力作用（范德华力、静电力等），颗粒之间会发生聚集，形成的颗粒聚集体叫做团聚体。1区分一次颗粒二次颗粒：一次颗粒：即单个颗粒，指内部没有孔隙的致密材料，可以是非晶、单晶或多晶。二次颗粒：由单个颗粒以弱结合力构成，包含了一次颗粒与孔隙。从密度上讲，二次颗粒要低于该材料的理论密度；从结合强度上讲，内部的单颗粒间是弱连接方式结合。一次颗粒是内部原子的断键过程，要求较高的能量输入；而二次颗粒主要是界面的弱结合力断开，由界面能转变为表面能，能量的输入相对较弱。2粒径不同表示方法：单颗粒的粒径不规则形状的

2、颗粒，其尺寸的表示方法：三轴径、当量径、定向径。1三轴径： 将颗粒放置于每边与其相切的外接长方体中，长方体的三条边为颗粒的三轴径2当量径 ： 颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径。 3定向径 ： 沿一定方向的颗粒的一维尺度。 粉体的粒径（1）平均粒径： 假设颗粒为立方体，利用颗粒群的总长(nd)、总表面积(6nd2)、总体积(nd3)、总质量r(nd3)、比表面积(6nd2)/(nrd3)等物理量可推导出颗粒群的平均粒径表达式。 （2）粒度分布： 频率分布与累积分布3球磨制粉球磨制粉的四个基本要素：球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质。 球磨方式：滚筒式、振动式、搅动式。提高球磨效率的

3、两个基本准则。（1）动能准则：提高磨球的动能。（2）碰撞几率准则：提高磨球的有效碰撞几率。 气流研磨法与机械研磨法不同的是，气流研磨不需要研磨介质。研磨时，粉料随着高速气流的流动获得动能，通过粉末颗粒间的相互摩擦，撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗大颗粒细化。由于不使用研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。4液相合成法（沉淀法）沉淀法的原理在难溶盐的溶液中，当浓度大于它在该温度下的溶解度时，就出现沉淀。溶质分子或离子互相碰撞聚结成晶核，然后溶质分子扩散到晶核表面使其长大成为晶粒A. 直接沉淀法在盐溶液中直接滴加沉淀剂，利用沉淀反应得到沉淀物，经过滤、洗涤、干燥、煅烧获得所需粉

4、体。B. 共沉淀法两种或两种以上金属盐溶液的混合沉淀过程。C. 均匀沉淀法沉淀剂不是从外部加入，而是在溶液内部缓慢均匀生成的，消除了直接沉淀法的不均匀性。 二、粉末材料的成形与固结成形：将松散的粉体加工成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块造粒：是将小颗粒粉末制成大颗粒或团粒的工序，目的是为了改善粉末的流动性，以使粉末能顺利地充填模腔。外扩散：干燥时，当外界热源将热量传递到坯体表面时，坯表水分汽化蒸发，并向外界扩散的方式。内扩散：由于坯表水分蒸发引起坯体内外水分浓度不一致，以及传热作用，水分将从坯体内部不断向外表扩散的方式。干燥制度：指坯体干燥各阶段的干燥速度。 脱脂和排腊：当采用热压铸

5、、注射成形等方法时，因坯料需加入塑化剂等有机物，故坯体中含有较多有机物，需在烧成前排除，这个过程称为脱脂或排蜡。 1造粒的方法、区别.制粒方法：普通制粒、加压造粒和喷雾干燥法三类。普通造粒就是在粉料中加入适量的粘合剂，研磨搅拌后过筛。这个方法适用于少量试料。加压造粒是将混合了粘合剂的粉料预压成块，然后再粉碎过筛。这个方法的特点是固体颗粒体积密度大，机械强度高，能满足各种大型和异型制品的成形要求。喷雾干燥法是把混合好粘合剂的粉料先制成料浆，再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化干燥。这种方法很容易得到流动性好的球状团粒，而且产量大，可连续生产，同时大大减轻了劳动程度，并为自动化成形工艺创造了良好的工艺条件

6、。2模压成形的加压方式，及密度分布特点.加压方式：有单向加压和双向加压两种。单向加压受压一段压力大，离加压端越远胚体密度越小。即在任何垂直的截面上，上层密度比下层密度大。而在水平截面上，接近上模冲的截面的密度分布是两边打、中间小。远离上摸冲的截面密度的截面密度则是中间大、两边小。双向加压时两端的直接受压密度大，中间密度小。双向加压密度不均匀性要比单向加压小得多，但双向加压的模具比较复杂。3成形剂及其作用。成形剂指能改善成形过程的物质，包括润滑剂、粘合剂、造孔剂、解凝剂、增塑剂、溶剂、分散剂等。润滑剂：主要用来减小粉末颗粒与模腔及模冲之间的摩擦力；粘合剂：主要用来提高坯料成形时的流动性、增加颗粒

7、间的结合力并提高坯体的机械强度、减小粉尘飞扬；造孔剂：主要是在制备多孔材料时用于在烧结体中产生一定的孔隙；解凝剂：能调节浆料中胶团的双电层厚度和z电位，从而改变浆料的流变性能的物质；增塑剂：主要用来提高坯体的可塑性；溶剂：用来溶解粘合剂和增塑剂，促进各个组分互溶；分散剂：使料浆具有较好的流动性和稳定性。成形剂的加入量不合理：降低粉末流动性；减小坯体密度；降低坯体强度；后期的排除问题。4成形方法（3类）每个大类举出两个左右典型的成形方法。压力成形、增塑成形和浆料成形压力成形：模压成形，等静压成形，三轴压制、高能成形增塑成形：挤压成形，轧膜成形、注射成形、车坯成形、可塑料准备浆料成形：注浆成形、热

8、压铸成形、流延成形、压力渗滤、凝胶铸模、直接凝固5干燥过程的4个阶段、划分依据、各阶段物理性质。根据干燥时坯体发生的物理变化特征可将干燥过程：升速阶段、等速阶段、降速阶段、平衡阶段。干燥加速阶段：坯体得到的热量高于汽化热，水分蒸发速度较快，排水量少，坯体温度升高，此阶段时间短。干燥等速阶段：坯体吸收的热量与蒸发水分所需热量相等，干燥进入等速阶段，此时坯表挥发的水分通过内扩散不断被补充，坯表保持不变，而坯体在毛细管力作用下产生明显体积收缩，这是干燥的关键阶段。干燥降速阶段：由于坯体中水分显著降低，坯体致密，水分扩散阻力增大，坯体水分内扩散速度小于表面蒸发速度，坯表不能被润湿，干燥速度开始降低，坯

9、表温度开始升高，坯体收缩基本停止。干燥平衡阶段：坯体干燥至表面水分与外界或介质湿度达到平衡时，其干燥速度为零，干燥过程结束。三、烧结固相烧结：没有液相参加的烧结。 液相烧结：凡有液相参加的烧结称为液相烧结。无压烧结： 指在大气压或真空状态下，将坯体置于烧结炉中，按一定的烧结制度进行加热的普通烧结。反应烧结：先将原材料粉末以适当方式成形后，在一定气氛中加热发生原位反应合成所需要的材料并同时发生烧结的工艺。 1无压烧结的三个阶段、三个阶段应注意的问题一个完整周期包括：升温阶段（从室温至最高温度）：有机物和水的挥发、结晶水的排除、相变等过程，在发生这些过程的温区要注意升温速度不能太快。 烧成阶段（在

10、最高温度的保温）：如果烧成温度选择在允许范围的下限，应当适当延长保温时间，反之，则应缩短保温时间。 冷却阶段（从最高温度降至室温）：冷却速度会对材料的结构和性能产生很大影响。2物质迁移机制分为哪两类，区别。烧结时的物质迁移可大致分为表面迁移和体积迁移两类机制。表面迁移是由物质在颗粒表面流动而引起的，主要的传质机理是表面扩散和蒸发-凝聚，烧结体的基本尺寸不发生变化，密度也保持原来的大小。体积迁移的主要传质机理是体积扩散和粘塑性流动，可引起烧结体基体尺寸的变化，主要发生在烧结的后期。四、胶凝固化胶凝材料：是指能将散粒材料或块状材料粘结成一个整体的材料。气硬固化：指胶凝材料水化形成的胶粒或胶粒晶体在

11、水中具有溶解性，因而材料只能在空气中保持强度，在水中则由于胶粒的溶解而不发生凝结或使已凝结的材料发生破坏。水硬固化：主要是指水泥材料的固化机理。是指既能在空气中又能在水中硬化并保持强度的固化方式。五、玻璃的熔炼与凝固澄清：指排除可见气泡的过程。随着温度的继续提高，粘度逐渐下降，玻璃液中的可见气泡慢慢跑出玻璃进入炉气。普通玻璃的澄清过程在1400 1500 。均化：在玻璃液中消除条纹和其他不均匀体，使玻璃液的各部分在化学组成上达到预期的均匀一致。1简述玻璃的性质。性质：五点特性；各向同性：质点排列无规，物理和化学性质各个方向相同无固定熔点：其固液转变发生在一定温度范围，无固定熔点亚稳性：玻璃态物质能量处于亚稳态变化的可逆性：玻璃态物质熔融和冷却间的转变，其内能和体积的变化是可逆的可变性：指玻璃的性质随成分发生逐渐和连续的变化六陶瓷复合材料化学气相沉积：简称CVD，通过某种方法使气相物质（有机金属盐）发生气-固相变或气相化学反应，生成金属或陶瓷材料的方法。气相渗透：简称CVI,将气相反应形成的物质渗透到纤维等多孔预成型体等低密度的材 料中，以形成更加致密的材料的方法 两者区别：CVD主要从外表面开始沉积，而CVI是通过孔隙渗入内部沉积。11复合材料的1颗粒可分为两类（刚性与延性），对基体的增韧方式有何不同。按相对于基体弹性模量大小，