现代材料制备技术复习题整理

复合线材铸拉法是传统的热浸镀、连续铸造和拉伸变形三项工复合线材铸拉法是传统的热浸镀、连续铸造和拉伸变形三项工艺的结合。它主要d？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。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。C利用电能从矿石或其他原料中提取、回收或精炼金属的冶金过程称为电冶金。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→冶炼→精炼B湿法冶金的基本过程：浸取→固/液分离→溶液的富集→从溶液中提取金属或化合物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，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。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。3.列举几个复合铸造新工艺(原理、特点)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。的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。的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。(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。(3)复合线材铸拉法：(4)双流连铸梯度复合法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顺d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CoreFillingContinuousCastCFC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。4的上端紧密与芯部中，形成外层金属凝固的型芯；结属管；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制。(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，或在铸轧板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。2.实现连续挤压的条件。即可对坯料施加足够的力以实现挤压变形；挤压筒应具有无限连续工作长度，以便使用无限长的坯料。3.Conform连续挤压特点。d(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(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。(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。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；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。(1)对坯料预处理(除氧化皮、清洗、干燥等)的要求高。Conform产量远低于常规正挤压法。(3)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。(4)挤压轮凹槽表面、槽封块、堵头等始终处于高温高摩擦状态，因而对工模具材料的耐磨耐热性能要求(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、控制系统的要求高软铝合金)、小断面尺寸制品的连续成形。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((1)除了机械法(机械粉碎、电化腐蚀、雾化)，纳米粉末制备方法主要有：物理法和化学法。其醇盐水解法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热法、溶剂蒸发法、化学气相反应法等，而其中化学气相导化学气相沉淀法、热化学气相沉淀法等。(2)溶剂蒸发法溶剂蒸发法原理将金属盐溶液雾化成微细的液滴，并迅速将液滴中的溶剂蒸发，形成微细的盐粉末颗粒，通过后续的焙烧处理得到化合物纳米粉末。技术优点：可以将组分偏析范围缩小到单个粒子内；利用多种盐的均匀混合溶液可以制得成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成形模中，施于低而均匀的等静压力，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d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。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固相的固-液浆料(固相组分一般为50％左右)，即流ing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)至金属的半固进行成形加工，称之为触变成形金属学与力学特点：(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(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(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、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；加工特点：(a)粘度比液态金属高，容易控制：(b)流动应力比固态金属低：(c)应用范围广：2.半固态浆料的制备方法。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。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。应变诱导熔化激活法：利用传统连铸方法预先连续铸造出晶粒细小的金属锭坯，将该金属锭坯在回复再后再对热态挤压变形过的坯料加以少量的冷变形，在坯料的组织中储存部分变形能量，最后按需要将经过变形的金属锭坯切成一定大小，迅速其加热到固液两相区并适当保温，即可获得具有触变性的球状半固态坯料。CR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。超声振动法：利用超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。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。倾斜冷却板制备法：金属液体通过坩埚倾倒在内部具有水冷装置的冷却板上，金属液冷却后达到半固态，可方便地安装在挤压、轧制等成形设备的上方。1.单晶材料制备中提拉法的原理。d(1)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。(2)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。和提拉速度使晶体直径不变(即等径生长阶段)。(4)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(5)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)。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(>300℃)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。助熔剂的选择就显得十分重要。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。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，通入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入固体中的物理过程.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：电子束蒸发法提供沉积的源物质，同时以衬底作为阴极、整个真空室作为阳极组成一个类似于二极溅射装置的系统。在沉积前和沉积中采用高能量的离子流对衬底和薄膜表面进行溅射处理。在金属表面渗入一种或几种化学元素并向其内部扩散，改变表层的化学成分与组织结构，达到强化目的。2.化学气相沉积原理及其应用。表的方法包括加热、高频电压、激光、X射线、等离子体、电子碰撞和应用：(a)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，(b)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(c)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d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。 3.物理气相沉积原理及其应用。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。就是通过镀料的气化源。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。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。而离子镀广泛用于机械、超硬、导电、磁性和光电4.列举激光表面处理工艺。产生强化效果。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。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(1~10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激光熔覆：材料表面加上熔覆材料(预置涂层或吹送粉末)进行激光辐照，其熔覆过程和工作原理与激光合)熔覆层与基体呈冶金结合且能保持熔覆材料原来的成分与性能，其特点是：可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，能控制稀释，可局部熔覆，微观结构细致，热影响区小，熔覆层均匀。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，在表面原子逸出期间，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液一固物质分界面，造成局部温升与微区搅拌，从而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。发其特点是清