工程材料技术制备技术

1、定义纳米：纳米是一个长度单位，简写为nm。1nm=10-9m=10埃。纳米材料：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（10-910-7m），或由它们作为基本单元构成的材料。纳米技术：在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的技术。直接沉淀法：原理是在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下生成沉淀析出，沉淀经洗涤、热分解等处理工艺后得到纳米粉体。共沉淀法：在混合的金属盐溶液（含有两种或两种以上的金属离子）中加入合适的沉淀剂，反应生成组成均匀的沉淀，沉淀经洗涤、热分解等处理得到高纯的超微粉体。均匀沉淀法：均匀沉淀法是利用某一化

2、学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，保证溶液中的沉淀处于一种平衡状态，从而均匀的析出。水解沉淀法：水解法是在一定条件下使前驱物分子在水溶液体系进行充分水解，以制备氧化物超细粉体的方法。水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压（或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。溶剂热法：指在高压下将反应物和溶剂加热至一定温度，通过成核和生长，制备形貌和粒度可控的氧化物、非氧化物或金属超微粉体的过程。将水热法中的水换成有机溶剂

3、或非水溶液（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。溶胶：溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1100nm之间。凝胶：凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1%3%之间。溶胶-凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了

4、失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。电镀：是用电解原理在基体表面上沉积一薄层金属或合金的过程，也叫电沉积。是指在直流电（或脉冲电流、周期换向电流等）的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成金属镀层的过程。电极反应：在阴极上发生金属离子（Mn+）还原成金属（M）的电沉积反应。溶液中的金属离子（Mn+）通过扩散和电迁移到达阴极表面，并获得n个电子，被还原成金属（M）与阴极上发生的过程正好相反，在阳极上发生了金属（M）的溶解，金属原子（M）失去n个电子，生成了Mn+。Mn+离子通过扩散和电迁移从电极与溶液的界面运动到溶液中。电镀原理：电镀是

5、一种电化学过程，也是一种氧化还原过程。电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属板作为阳极，接直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层。阳极性镀层：阳极性镀层即镀层金属的活泼性比基体大。在使用条件下，当镀层完整时对金属基体和外界起隔离作用而保护基体；当镀层破损后镀层金属又会在电化学腐蚀中充当阳极率先腐蚀而保护基体不受腐蚀，具有牺牲镀层保护基体的特点。影响镀层性能的主要因素是镀层的厚度。阴极性镀层：阴极性镀层金属基体的活泼性比金属镀层的大。在使用条件下，只有镀层完整地将基体包覆起来使之与外界隔离，才能起到保护基体的作用。如果镀层不完整或有孔隙、破损，当发生腐蚀的时候，基体会先受到腐蚀而损

6、坏，镀层反而因受到阳极保护而不发生腐蚀，并且因而使基体腐蚀速度更快。这种镀层就是阴极性镀层。化学气相沉积：又称化学气相反应合成，是利用挥发性的金属化合物的蒸气，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而制备超细微粒的方法。合金电镀：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金镀层。复合电镀：复合镀是将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过程。镀层中，固体微粒均匀弥散地分布在基体中，故又称为分散镀或弥散镀内亥姆霍兹层：距电极表面0.1nm以内的近电极层。在这层内，裸阳离子在量子力学效应的作用下，在电极表面发生特性吸附，而阴离子及其基团则不与表

7、面发生这种作用，也不能在内亥姆霍兹层内整齐排列。外亥姆霍兹层：距电极表面0.20.3nm的薄层。在这层内，裸阴离子及水合离子能够进入该层内，这是由于内亥姆霍兹层吸附在电极表面的阳离子对外亥姆霍兹层所引起的静电引力而发生的。内层：内、外亥姆霍兹层统称为内层或固定层，也称为亥姆霍兹双电层。扩散双电层：从固定层向溶液方向的数百纳米的溶液层称为扩散双电层。扩散层：由扩散双电层再向溶液本体延伸的液层称为扩散层。结晶沉淀的两个阶段：晶粒的形成和晶粒的长大。这两个阶段的相对速率决定了生成粒子的大小和形状。当晶核的形成速率高，而晶核的生长速率低时，可以得到纳米分散系。纳米材料的主要形式：纳米粒子、纳米线、纳米

8、管、纳米带、纳米膜、纳米固体材料沉淀法的化学原理：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。或者说，在难溶电解质的溶液中，如果溶解的阴、阳离子各以其离子数为乘幂的浓度的乘积(即离子积)大于该难溶物的溶度积Ksp时，这种物质就会沉淀下来。简答与论述1*每种方法制备材料的特点、原理与实例(步骤，反应方程式)。(实例与反应方程式：均匀沉淀法、共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法)均匀沉淀法：特点：(1)具有非平衡或接近平衡的特点，得到的纳米粒子密实、粒径小、分布宽，团聚较少。(2)构晶离子的过饱和度在整个溶液中比较均匀，所以沉淀物的颗粒均匀而致密，容易洗涤；(3)可以避免杂质的共沉淀。

9、实例：尿素在70C左右发生水解:(NH2)2CO+3H2O-2NH4OH+CO2t先将尿素和金属盐溶液混合，然后加热使尿素水解生成沉淀剂NH40H水热与溶剂热法的区别与联系两者的定义+区别:水热法采用水溶液作为反应体系，溶剂热法为有机溶剂或非水溶液高压釜是两者的基本设备。联系：在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大；由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶；反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏，同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方

10、面有潜在应用的材料。金属阴极还原的可能性金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。*71金耳从水需販周期兀素第-第四第五WMgK6耳Tiv|_宀SrY兀Mb加MnFr3NiTcRuRhRdAl11JS5Zn字屯险血CdInSrllV：；ArBlKrIXr第為CsLt.HITaWRe5lrF：AilllMliiiTlAlRil一水濬灌中有可能电汎积u*気比物薔谩=訂以临|沉枳E通电时金属离子的放电历程电镀的目的是使金属离子在工

11、件（电极）表面电化学还原而析出金属层，这一过程可分为如下4个步骤：（1）金属离子（水合离子或配离子）从溶液的内部向电极表面扩散。（2）金属离子在电场的作用下向电极表面的双电层内进行迁移（在这一步骤中，金属离子要脱去其表面的配体）。（3）金属离子在电极表面接受电子（放电），形成吸附原子。金属离子的放电是在内亥姆霍兹层与外亥姆霍兹层的中间位置发生。（4）吸附原子向晶格内嵌入（形成镀层）。电镀溶液中各成分的作用主盐，能够在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐。络合剂，在溶液中能与被沉积金属离子生成络合物。导电盐，能提高溶液的电导率，而对放电金属离子不起络合作用的物质。缓冲剂，用来稳定溶液的pH，特别是阴极

12、表面附近的pH。稳定剂，防止镀液中主盐水解或金属离子氧化，保持溶液的清澈稳定。阳极活化剂，在电镀过程中能够消除或降低阳极极化的物质，它可以促进阳极正常溶解，提高阳极电流密度。添加剂，在镀液中含量很低，但对镀液和镀层的性能却有着显著影响的物质。如光亮剂、整平剂、润湿剂、应力消除剂、镀层细化剂、抑雾剂等。特殊添加剂：光亮剂可提高镀层的光亮度。晶粒细化剂能改变镀层的结晶状况，细化晶粒，使镀层致密。例如锌酸盐镀锌液中，添加环氧氯丙烷与胺类的缩合物之类的添加剂，镀层就可从海绵状变为致密而光亮。整平剂可改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表面变平整。润湿剂可以降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附

13、着，减少针孔。应力消除剂可降低镀层应力。镀层硬化剂可提高镀层硬度。掩蔽剂可消除微量杂质的影响。定向凝固技术定义：定向凝固(DirectionalSolidification)是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，获得具有特定取向柱状晶的技术。定向凝固工艺类型：传统（1）炉外法（发热剂法）是定向凝固工艺中最原始的一种。基本原理：将铸型预热至一定温度后，迅速放到激冷板上并进行浇铸，激冷板上喷水冷却，从而在金属液和已凝固金属中建立一个自下而上的温度梯度，实现单向凝固。也有采用发热铸型的，铸型不预热，而是将发热材料充在铸型壁四

14、周，底部采用喷水冷却。优点：工艺简单，生产成本低。缺点：温度梯度不大而且很难控制，不适合大型件生产。（2）功率降低法（PD法）在这种工艺过程中，铸型加热感应圈分两段，铸件在凝固过程中不移动，其底部采用水冷激冷板。当模壳内建立起所要求的温度场时，铸入过热的合金液，切断下部电源，上部继续加热，通过调节上部感应圈的功率，使之产生一个轴向的温度梯度，以此控制晶体生长。该工艺可以根据预定的冷却曲线来控制凝固速率，可以获得较大的冷却速率。但是在凝固过程中温度梯度是逐渐减小的，致使所能允许获得的柱状晶区较短，且组织也不够理想。加之设备相对复杂，且能耗大，限制了该法的应用。优点：温度梯度容易控制缺点：设备较复

15、杂，能耗消耗比较大，温度梯度小（3）快速凝固法（HRS）快速凝固法是对功率降低法的进一步改进，是在借鉴Brindgman（布里奇曼）晶体生长技术特点的基础上发展起来的。它与功率降低法的主要区别是：铸型加热器始终被加热，凝固是铸件与加热器相对移动。另外，在热区底部使用辐射挡板和水冷套，从而在挡板附近产生较大的温度梯度。其主要技术特点是：铸型以一定速度从炉中一处，或者炉子以一定速度移离铸件，并采用空冷方式。缺点：容易造成点状偏析(4)液态金属冷却法(LMC法)为了获得更高的温度梯度和生长速度在HRS法的基础上发展了液态金属冷却法。当合金液浇入铸型后，按选择的速度将铸件拉出炉体浸入金属浴。液态金属冷

16、却剂要求：熔点低、沸点高、热容量大和导热性能好。通常的液态金属有Ga-In合金和Ga-In-Sn合金。二者熔点低但价格昂贵，因此只适用于在实验室条件下使用这种方法加大了铸件冷却速度和凝固过程中的温度梯度，而且在较大的生长速度范围内可使界面前沿温度梯度保持稳定，使结晶在相对稳定的条件下进行，得到长的单向柱晶。影响因素：冷却剂的温度，模壳传热性、厚度和形状，挡板位置，熔液温度液态金属冷却剂的选择条件：有低的蒸气压，可在真空中使用，熔点低，热容量大，热导率高，不溶解在合金中，价格便宜(5)流态床冷却法(FBQ法)新型(1)区域熔化液态金属冷却法(ZMLMC)加热和冷却是定向凝固过程的两个基本环节，对

17、固液界面前沿温度梯度具有决定性的影响。西北工业大学李建国等人通过改变加热方式，在液态金属冷却法(LMC法)的基础上发展的一种新型定向凝固技术一区域熔化液态金属冷却法(ZoneMelting&LiquidMetalCooling，简称ZMLMC)，即ZMLMC法。(2)电磁约束成形定向凝固(DSEMS)基本原理：利用电磁感应加热熔化感应器内的金属材料，并利用在金属熔体表层部分产生的电磁压力来约束已熔化的金属熔体成形。同时，冷却介质与铸件表面直接接触，增强了铸件固相的冷却能力，在固液界面附近熔体内可以产生很高的温度梯度，使凝固组织超细化，显著提高铸件的表面质量和内在综合性能。在ZMLMC法基础上，

18、凝固剂属国家重点实验室提出并探索研究了近十年的电磁约束成形定向凝固技术。该技术是将电磁约束成型技术与定向凝固技术相结合而产生的一种新型定向凝固技术。利用电磁感应加热熔化感应器内的金属材料，并利用在金属熔体部分产生的电磁压力来约束已熔化的金属熔体成形，获得特定形状铸件的无坩埚熔炼、无铸型、无污染定向凝固成形。由于电磁约束成形定向凝固取消了粗厚、导热性能查的陶瓷模壳、实现无接触铸造，使冷却介质可以直接作用于金属铸件上，可获得更大的温度梯度，用于生产无(少)偏析、组织超细化、无污染的高纯难熔金属及合金，具有广阔的应用前景。(3)激光超高温梯度快速凝固技术(LRM)在激光表面快速熔凝时，凝固界面的温度

19、梯度可高达5x104K/cm，凝固速度高达数米每秒。但一般的激光表面熔凝过程并不是定向凝固，因为熔池内部局部温度梯度和凝固速度是不断变化的，且两者都不能独立控制；同时，凝固组织是从集体外延生长的，界面上不同位置生长方向也不相同。利用激光表面熔凝技术实现超高温度梯度快速定向凝固的关键在于：在激光熔池内获得与激光扫描速度方向一致的温度梯度。根据合金凝固特性选择适当的激光激光工艺参数以获得胞晶组织，现在激光超高温度梯度快速定向凝固还处于探索性试验阶段。(4)深过冷定向凝固ZMLMC法的一个显著特点是通过提高温度梯度，扩大所允许的抽拉速率，从而达到亚快速凝固水平，实现组织超细化。但是单纯采用强制加热的

20、方法增大温度梯度来提高凝固速率，人不能获得很大的冷却速率，因为此时要求散发的热量更多了，一般来说采用这样的技术很难实现快速凝固。(5)连续定向凝固技术(OCC法)连续定向凝固的思想首先是由日本的大野笃美提出的。上世纪60年代末，大野笃美在研究Chalmers提出的等轴晶“结晶游离”理论时，证实了等轴晶的形成不是有熔液整体过冷(ConstitutionalSupercooling)引起，而是主要由铸型表面形核，分离、带入溶液内部，枝晶断裂或重熔引起的。因而控制凝固组织结构的关键是控制铸型表面的形核过程。大野笃美把Bridgeman(布里奇曼)定向凝固法控制晶粒生长的思想应用到连续铸造技术上，提出

21、了一种最新的铸造工艺一一热型连续法(简称OCC法)，即连续定向凝固技术该技术是通过加热结晶器模型到金属熔点温度以上，铸型只能约束金属液相的形状，金属不会在型壁表面凝固；同时冷却系统与结晶器分离，在型外对逐渐进行冷却，维持很高的牵引方向的温度梯度，保证凝固界面是凸向液相的，以获得强类的单向温度梯度，使熔体的凝固只在脱了结晶器的瞬间进行。随着铸锭不断离开结晶器，晶体的生长方向沿热流的反方向进行，获得定向结晶组织，甚至单晶组织，其原理如图所示这种方法最大的特点是改变传统的连续凝固中冷却结晶器为加热结晶器，熔体的凝固不在结晶器内部进行。(6)侧向约束下的定向凝固技术基本原理：随着试样截面的突然减小，合

22、金凝固组织由发达的粗枝状很快转化为细的胞状。随着凝固的继续进行，胞晶间距继续增加，之后胞晶间距保持基本恒定，凝固进入新的稳态，最后当试样截面由小突然增大时，凝固形态也由胞状很快转化为粗枝状。(7)重力场作用下的定向凝固技术基本原理：由于重力加速度减小而有效的抑制了重力造成的无规则热质对流，从而获得溶质分布高度均匀的晶体。超重力下的晶体生长，通过增大重力加速度而加强浮力对流，当浮力对流增强到一定程度时，就转化为层流状态，即重新层流化，同样抑制了无规则的热质对流。3.提高固液界面前沿的温度梯度在理论上有以下途径：缩短液体最高温度处到冷却剂位置的距离;增加冷却强度和降低冷却介质的温度；提高液态金属的

23、最高温度。粉末冶金技术现代粉末冶金发展中的三个重要标志：克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难；如：1909年钨丝、1923年硬质合金；粉末冶金方法生产多孔材料的成功；如：1930年含油轴承、轴瓦；粉末冶金新工艺、新材料的发展；如：粉末注射成形、金属陶瓷孔隙对粉末冶金材料性能的影响：孔隙减少有效承载面积，孔隙孔隙导致应力集中，孔隙钝化裂纹尖端，孔隙降低材料的传导性能，孔隙容易获得均匀的细晶粒组织，孔隙易使加热介质进入孔隙，从而引起氧化、脱碳和腐蚀粉末冶金材料热处理的特点：（1）孔隙度超过10的制品不能在盐浴中加热，会腐蚀制品；（2）热处理时要适当提高加热温度和保温时间；3）对于密度低于6.5的烧结

24、钢，应适当提高制品密度或采取措施封闭表层孔隙；（4）热处理时要防止表面氧化与脱碳；（5）淬火介质一般用油类，只有当零件密度较高或接近理论密度时，才可用水淬。粉末制备新技术：雾化法制备金属粉末低氧含量铁粉生产在无氧气氛中进行,并包含一些石蜡，这些分解为碳与氢。碳与铁反应，形成很薄的富碳表面层。碳含量使颗粒的延性降低，但提高了表面的烧结活性。在粉末压块中，碳易于扩散到颗粒中心及相邻的颗粒中，因而可用于生产不需添加石墨的粉末冶金钢。对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉末允许使用便宜的合金元素（铬和锰等）代替镍和铜。镍作为战略性资源，不但价格昂贵，并且还是一种致癌物,应尽量避免使用。这种粉末也很适合于用温

25、压与热等静压工艺来生产高强度部件。烧结硬化粉为提高烧结钢的力学性能，通常在烧结后还须进行热处理。为降低生产成本，开发了许多烧结后已硬化、不须再进行热处理的材料。美国Hoeganaes公司推出了一种烧结硬化铁基粉末Ancoresteel737SH，其淬透性与压缩性均比现有的烧结硬化材料高。利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,烧结硬化可提供更好的公差控制（淬火和回火常引起一定程度的变形）。这种粉末可用于汽车工业,特别适用于发动机部件,传动部件及近终形齿轮等。软磁金属复合粉制备目前软磁复合材料已得到广泛应用。它们是在纯铁粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进

26、行绝缘而制成的。在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固化树脂混合,获得高磁导率与低铁损的材料。高频应用时,颗粒间需要更有效地进行绝缘,因而粒度要更小,以进一步减少涡流损失。它可制成各向同性的软磁复合部件,但不需要高温烧结。粉末晶粒度增大时磁导率增大,矫顽力降低。燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末采用燃烧火焰-化学气相法生产纳米粉末。在此法中,稳定的平头火焰是由低压燃料/氧气混合气的燃烧产生的。化学母体与燃料一起导入燃烧室，在火焰的热区进行快速热分解。由于燃烧室表面温度分布良好，气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀，并在很窄的热区进行热分解，因而能生产出粒度分布集中的高质量的纳米粉。激光法生产纳米粉末美

27、国采用普通搅拌器、激光与便宜的反应材料,可快速、便宜、干净地生产1-10Onm的银粉与镍粉。电爆炸金属丝制取纳米粉大功率电脉冲施于氩气保护的金属丝上,并受到大功率脉冲产生的特殊场约束。柱形等离子体被加热到15000K以上高温,因而电阻剧增，引起特殊场崩溃。金属蒸气的高压引起爆炸,产生冲击波,形成的金属气溶胶快速绝热冷却,制得纳米粉机械化学法生产廉价的纳米粉末澳大利亚开发出一种机械化学法，可廉价生产纳米金属粉与陶瓷粉。它采用球磨机来激活化学反应，使形成极细的纳米金属或化合物晶粒，再分离与提取微细晶粒。例如机械研磨FeCI3，由钠、钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物。用适当洗涤法去除氯化物后，便可

28、得到纳米铁颗粒。这一方法可成功生产10-20nm的粉末，化学纯度高，表面氧化物低于10%-15%。也可生产氧化物粉末，粒度小于5nm。潜在高技术应用：切削工具、先进陶瓷、高密度磁记录介质、磁流体、催化剂等。声化学制取纳米金属粉美国科学家采用声化学技术制取纳米金属粉。声化学是研究液体中高强度超声波产生的小气泡的形成、长大与内向破裂等现象的学科。这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在冷液中形成“热点”,瞬时温度约为5000C,压力约1GPa,持续时间约10亿分之一秒。粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表面温度,大洋底部的压力,闪电的时间。当气泡破裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成

29、单个金属原子,而后聚集为原子簇。这些原子簇含有几百个原子，直径约为23nm。这些小的磁性金属原子簇，像顺磁体材料一样，磁矩由原子簇的原子自旋构成，且所有自旋均在同一方向上，因而磁矩比普通材料高100多倍。包覆这些颗粒可形成稳定铁胶体，颗粒永远处于悬浮态，现已作为“磁流体”工业化生产，用于扬声器，磁性墨水，磁流体密封，润滑剂，轴承，医学等。流动温压技术流动温压技术以温压技术为基础,并结合了金属注射成形的优点,通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性,这一工艺是利用调节粉末的填充密度与润滑剂含量来提高粉末材料的成形性。它是介于金属注射成形与传统模压之间

30、的一种成形工艺。流动温压技术的关键是提高混合粉末的流动性，主要通过两种方法来实现：第一种方法是向粉末中加入精细粉末。这种精细粉末能够填充在大颗粒之间的间隙中,从而提高了混合粉末的松装密度。第二种方法是比传统粉末冶金工艺加入更多的粘结剂和润滑剂,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘结剂或润滑剂的加入量达到最优化后,混合粉末在压制中就转变成一种填充性很高的液流体。将上述两种方法结合起来,混合粉末在压制温度下就可转变成为流动性很好的黏流体,它既具有液体的所有优点,又具有很高的黏度。混合粉末的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。金属粉末注射成形技术金属粉末注射成形技术是随着高分子

31、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。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

32、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。快速原型制作技术快速原型制造技术是近几年发展起来的利用计算机辅助设计制造复杂形状零件的技术。借助计算机三维辅助设计、计算机层析X光摄影机、有限元分析或母型数字化数据，对欲制件进行三维描述，将部件分割成许多很薄的水平层,获得相应的工艺参数。在输入各工艺参数后,快速原型制造机便可自动制造出部件来。大多数快速原型制造法都采用粉末做原料。常用的方法有激光烧结法，

33、多相喷射固结法及三维印刷法（3D打印）等。热压烧结技术烧结：是陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称。热压的优点：热压时，由于粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化，因此，所需的成型压力仅为冷压法的1/10，可以成型大尺寸的A12O3、BeO、BN和TiB2等产品。由于同时加温、加压，有助于粉末颗粒的接触和扩散、流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑制了晶粒的长大。热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织，容易实现晶体的取向效应和控制台有高蒸气压成分纳系统的组成变化，因而容易得到具有良好机械性能、电学性能的产品。能生产形状较复杂、尺寸

34、较精确的产品。热压法的缺点是生产率低、成本高。与无压烧结比，陶瓷热压烧结优点：许多陶瓷粉体(或素坯)在烧结过程中，由于烧结温度的提高和烧结时间的延长，而导致晶粒长大。与陶瓷无压烧结相比，热压烧结能降低烧结温度和缩短烧结时间，可获得细晶粒的陶瓷材料。烧结阶段一般烧结过程，总伴随着气孔率的降低，颗粒总表面积减少，表面自由能减少及与其相联系的晶粒长大等变化，可根据其变化特点来划分烧结阶段。烧结初期：粉料在外部压力作用下，形成一定形状的、具有一定机械强度的多孔坯体。烧结前成型体中颗粒间接触有的波此以点接触，有的则相互分开，保留着较多的空隙，如图1(a)。随着烧结温度的提高和时间的延长，开始产生颗粒间的

35、键合和重排过程，这时粒子因重排而相互靠拢，大空隙逐渐消失，气孔的总体积迅速减少，但颗粒间仍以点接触为主，总表面积并没减小。烧结中期：开始有明显的传质过程。颗粒间由点接触逐渐扩大为面接触，粒界面积增加，固-气表面积相应减少，但气孔仍然是联通的，此阶段晶界移动比较容易。在表面能减少的推动力下，相对密度迅速增大，粉粒重排、晶界滑移引起的局部碎裂或塑性流动传质，物质通过不同的扩散途径向颗粒间的颈部和气孔部位填空，使颈部渐渐长大，并逐步减少气孔所占的体积，细小的颗粒之间开始逐渐形成晶界，并不断扩大晶界的面积，使坯体变得致密化，如图1（b）（c）。烧结后期：随着传质的继续，粒界进一步发育扩大，气孔则逐渐缩

36、小和变形，最终转变成孤立的闭气孔。与此同时颗粒粒界开始移动，粒子长大，气孔逐渐迁移到粒界上消失，但深入晶粒内部的气孔则排除比较难。烧结体致密度提高，坯体可以达到理论密度的95%左右。工艺制度主要包括下述四个方面：最高烧结温度，保温时间，降温方式气氛的控制这些制度的确定除和原料成分，加工粉碎情况，成型式，化学反应过程等有关外，还与热压炉结构，加热型装炉方式等都有关系。（1）升温过程从室温升至最高烧结温度的这段时间，叫做升温期。（2）最高烧结温度与保温时间最高烧结温度与保温时间两者之间有一定的相互制约特性，可以一定程度地相互补偿通常最高烧结温度与保温时间之间是可以相互调节的，以达到一次晶粒发展成熟

37、，晶界明显、交角近120，没有过分二次晶粒长大，收缩均匀、气孔小，烧结件紧致而又耗能量少为目的。（a）最高烧结温度的确定在生产或研究工作中，某一具体瓷料最高烧结温度的确定，当然可在其有段相图中找到有关的数值，但这只能作为参考。更主要的还是要靠综合热分析等具体实验数据来决定。因为，在相图总所反应的往往只是主要成分而不是所有成分，而且粉粒的粗细与配比，成型压力与坯密度，添加剂的类型与用量，其分布与混合情况等，都与最高烧结温度密切相关，这些在相图中是无法全面反映的。（b）最高烧结温度与保温时间的关系对于绝大多数先进的陶瓷，在烧结后期的再结晶过程，主要都受制于扩散传质结构，对于一般小型先进陶瓷件，以及

38、一般烧成温区较宽的瓷件，可先定下保温时间（13或更长）再选定最高烧结温度，因为保温时间过短，则不易准确控制，难使温度均匀。保温时间过长使晶粒长大，又将浪费热能。不过对于烧成温区特别窄的瓷料，则宁可最高烧结温度选的低一些，保温时间选的长些，以免温度的偶然上偏出现过烧废品。（c）粉料粒度与最高烧结温度的关系一般来说，粉料粒度越细活性愈高，越容易烧结，这对烧结初期来说是显而易见的，但并不见得细粒工件的最终密度，就必须比粗粒工具的大，这还得看烧结温度喝保温时间是怎样安排的，粗粒坯体必须要高温烧结，细粒坯体必须采用较低的温度，才能获得致密陶瓷。（3）降温方式所谓降温方式，是指瓷件烧好后的冷却速度及其有关

39、温度。一般采用随炉冷却。影响热压烧结的因素烧结温度、时间和物料粒度是三个直接影响热压烧结的因素。因为随着温度升高，物料蒸汽压增高，扩散系数增大，黏度降低，从而促进了蒸发-凝聚，离子和空位扩散以及颗粒重排和粘性塑性流动过程，使烧结加速。这对于黏性流动和溶解-沉淀过程的烧结影响尤为明显。延长烧结时间一般都会不同程度地促进烧结，但对黏性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理影响较小。然而在烧结后期，不合理地延长烧结时间，有时会加剧二次再结晶作用，反而得不到充分致密的制品。减小物料颗粒度则总表面能增大因而会有效加速烧结。但，在实际烧结过程中，除了上述这些直接因素外，尚有许多间接因素。（1）

40、温度和保温时间的影响（2）压力的影响（3）物料的影响（4）气氛的影响（5）液相的影响（6）添加剂的影响（看ppt总结）自蔓延高温合成技术定义：自蔓延高温合成，又称燃烧合成：是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导做用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。热分布示意图：当该区内温度从TO上升到着火温度，热释放速率和转化率开始由0逐渐上升，这样就进入燃烧区，在这一区域内实现由反应物结构转化为产物结构，当转化率达到1时，反应即进入产物区。独特优势的SHS与复合技术系统有SHS制粉技术SHS烧结技术SHS致密化

41、技术SHS冶金技术SHS焊接技术SHS气相传质涂层技术等离子体烧结合成技术等离子体：当物质的温度从低到高变化时，物质将逐次经历固体、液体和气体三种状态，当温度进一步升高时，气体中的原子、分子将出现电离状态，形成电子、离子组成的体系，这种有大量带电粒子（有时还有中心离子）组成的体系即为等离子体。低温等离子体：电子温度和离子温度相等时，等离子体在宏观上处于热力学平衡状态，因体系温度可达上万度，故称为高温等离子体。高温等离子体：电子温度离子温度，电子温度可达上万度，而离子和中性粒子的温度却可低至室温，因此，整个体系的表观温度还是很低，故又称为低温等离子体。低温冷等离子体形成方法：真空条件下直流辉光放

42、电，真空条件下的射频辉光放电，真空条件下的微波等离子体，电晕放电，大气等离子体炬，大气条件下的介质层放电。等离子体烧结原理:等离子体烧结技术:SPS是通过将特殊电源控制装置发生的ON-OFF直流脉冲电压加到粉体试料上，除了能利用通常放电加工所引起的烧结促进作用（放电冲击压力和焦耳加热）外，还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象（瞬间产生高温等离子体）所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术，简称SPS技术，也称等离子活化烧结（PAS）等离子体辅助烧结（PAS）第一，由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起

43、始氧化膜在一定程度上被击穿，使粉末得以净化、活化；第二，由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生，在粉末颗粒未接触部位产生的放电热，以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热，都大大促进了粉末颗粒原子的扩散，其扩散系数比通常热压条件下的要大得多，从而达到粉末烧结的快速化;第三，0N-OFF快速脉冲的加入，使粉末内的放电部位及焦耳发热部件，都会快速移动，使粉末的烧结能够均匀化。使脉冲集中在晶粒结合处是SPS过程的一个特点。SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外，还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压，并有效利用了粉体颗粒间放电产生的自发热作用，因而产生了一些SPS过程特有的现象。新型碳材料碳纤

44、维：由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500C)碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。碳纳米管：碳纳米管，又称巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上封口)的新型纳米材料。碳纳米管的制备技术：石墨电弧法在真空反应室中充惰性气体或氢气,采用较粗大的石墨棒为阴极,细石墨棒为阳极,在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗,同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产物。优点：简单快速的特点,而且制得的纳米碳管管直、结晶度高缺点：生产的纳米碳管缺陷较多,且纳米碳管烧结成束,束中还存在很多非晶碳杂质。究其原因是电弧温度高达30003700C,

45、形成的纳米碳管被烧结于一体，造成较多的缺陷。产量少激光蒸发法用高能量密度激光在特定的气氛下照射含催化剂的石墨靶，激发出来的碳原子和催化剂颗粒被气流从高温区带向低温区利用高能量密度激光在特定的气氛下照射含催化剂的石墨靶，激发出来的碳原子和催化剂颗粒被气流从高温区带向低温区优点：此法在纳米碳管生长过程中，端部层与层的边缘碳原子可以成键，从而避免端部的封口，促使多壁纳米碳管生长。缺点：制备纳米碳管的成本较高，难以推广应用。一般多用于生产单壁碳纳米管石墨烯：科研领域中统称10层以下的石墨材料(Graphene和Few-layersgraphite)为石墨烯(Graphene)石墨烯是碳原子按照六角环形

46、排列而成的片层结构，是人类迄今所知的唯一的一种单原子层厚的材料，是严格意义上的二维结构的材料。石墨烯的制备：机械剥离法将高定向热解石墨置于氧离子束中轰击，去掉表面污染物，再采用胶带反复互粘，直到胶带纸上剩余的石墨层仅有几个原子层厚度，最后将带有100或300nmSiO2层的硅单晶在一定压力下紧压在胶带表面，获得层数较小的石墨烯。优点：简单，不易产生结构缺陷，易保持分子结构缺点：费时费力，难以精确控制，难于大规模制备。金属衬底外延法通过将乙烯分子吸附在Ru衬底表面，在高温（约14509）热分解，获得高质量石墨烯，均匀分布在衬底表面。碳化硅外延石墨烯热分解方法相同温度下，Si的蒸汽压要远大于C的蒸

47、汽压，通过SiC表面热分解，使得Si原子挥发而剩余碳原子重构得到石墨烯。这种方法得到的石墨烯明显依赖于衬底的结晶状态和晶面结构。化学氧化剥离法1）利用KMnO4、KClO3等氧化剂与硫酸、硝酸等强酸对石墨进行氧化插层，接着以超声等手段将其分散为单层，得到氧化石墨烯；2）采用热还原、溶剂热还原、化学还原等方法还原氧化石墨烯最终得到石墨烯。碳纳米管展开法生物医用高分子材料：是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料。”另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。生物医用材料要与生理环境联系，生物医用材料可源自天然，更可采用合成材料如合成高分子生物医用材料。对生物医用

48、材料的要求：1.对于人体组织无刺激性，无毒副作用，无致癌性。2.接触人体各种体液（唾液、淋巴液、血液）时，应有良好的耐蚀性。唾液、血液、间质液都是以Cl-、Na+、K+离子为主的电解质溶液，生物医用材料在这种溶液中应不发生反应、腐蚀和变质。3.具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。4.与生物体组织、与血液有相容性，不会引起凝血，与软硬组织有良好的粘接性，不会产生吸收物和沉淀物。合成生物降解材料：_OOCH2C基乙酸均聚物结构式_OOCH2c合成方程式特点：结晶性高,40%-50%结晶度熔点高,2259不溶于有机溶剂，只溶于六氟异丙醇强溶剂中用途:可做内植骨钉，如商品名为Biofix的产品.可做缝

49、线，如商品名为Dexon的产品（3）因结晶度高,难溶性,均聚物不适合做药物控释载体_O_成方程式2）聚乳酸均聚物结构式：寸一他合ch3H3CWO7OSn(Oct)orZnCl2CH3七飞厂C+ndegradation-HOCHCOHCH3CH3特点：PLA有两种光学异构体，可形成四种不同构型的聚合物：D-PLA:L-PLA:DL-PLA（外消旋）；DL-PLA（内消旋）L-PLA:半结晶聚合物，熔点：185C，强度高，降解吸收时间长（33.5年），适用于承载装置，制作内植骨固定装置。DL-PLA:无定形聚合物，Tg约为65C，降解和吸收速度较快（36月），主要作药物控释载体和软组织修复材料。用

50、途：1.胰岛素的聚乳酸双层缓释片2.庆大霉素的聚乳酸圆柱体3.激素左炔诺酮的空心聚乳酸纤维剂等4）聚己内酯（PCL）结构式：ch2ch2ch2ch2ch2c性质：1PCL半结晶态聚合物，结晶度约为45%2.超低玻璃化温度（Tg=-62C）和低熔点(Tm=57C)3.良好的药物通透性及热稳定性(分解温度=350C用途：1用于可溶蚀的扩散型控释放装置2.降解吸收时间长，用于长效抗生育制剂3可制成微球、微胶囊、膜、纤维棒状及纳米粒子制剂4.可与PLA、PEG等共聚赋予材料特殊性能纳米生物医用材料应用：组织缺损修复/替换用纳米生物材料医学检测诊断用纳米生物材料利用纳米材料跟踪生物体内活动，对生物体内元素的积累和排除作出判断。利用纳米颗粒极高的传感灵敏效应对疾病进行早期诊断。利用纳米材料的特性去化验检测试样从而辅助治疗。利用纳米技术制成的医疗检测设备具有非常大的应用价值。药物治疗用纳米生物材料纳米材料在药物治疗方面的主要涉及以下几点:提高药物吸收利用度。纳米药物表面积大利于药物溶解，尺度小易于穿透组织间隙，从而提高药物生物利用度。提高药物作用的靶向性。纳米粒子作为载体与药物复合,选用不同的方式进人体目标部位,