現(xiàn)代材料制備技術復習題解析

1、1 .火法冶金、濕法冶金和電冶金的主要特點是什么?a利用高溫加熱從礦石中提取金屬或其化合物的方法稱為火法冶金。其技術原理是將礦石或原材料加熱到熔點以上，使之熔化為液態(tài)，經(jīng)過與熔劑的冶煉及物理化學反應再冷 凝為固體而提取金屬原材料，并通過對原料精煉達到提純及合金化，以制備高質量的錠坯。主要缺點是污 染環(huán)境，優(yōu)點則是效率高而成本低。b濕法冶金是指利用一些溶劑的化學作用，在水溶液或非水溶液中進行包括氧化、還原、中和、水解和 絡合等反應，對原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進行提取和分離的冶金過程。環(huán)境污染小，并且 能夠處理低品位的礦石。c利用電能從礦石或其他原料中提取、回收或精煉金屬的冶金過程稱為

2、電冶金。2 .簡述火法冶金和濕法冶金的基本工藝過程。a火法冶金的基本過程：礦石準備（選礦、焙燒、球化或燒結等工序處理）一冶煉（礦石在高溫下用氣體或固體還原劑還原出金屬單體）一精煉（去除雜質元素，提高純度及合金化）b濕法冶金的基本過程：浸?。ㄟx擇合適的溶劑使經(jīng)過處理的礦石中包含的一種或幾種有價值的金屬有 選擇性地溶解到溶液中，與其它不溶物質分離）-固/液分離（過濾、洗滌及離心分離等操作，一方面使浸取液與殘渣分離，另一方面將留存在殘渣中的溶劑和金屬離子洗滌回收）、溶液的富集（化學沉淀、離子沉淀、溶劑萃取和膜分離等方法）和從溶液中提取金屬或化合物（電解、化學置換和加壓氫還原等方法）3 .電解精煉和電

3、解提取有何不同？在電冶金中，應用水溶液電解精煉金屬稱為電解精煉或可溶陽極電解，而應用水溶液電解從浸取液中 提取金屬稱為電解提取或不溶陽極電解。具體原理如下：采用可溶性陽極進行電解，通過選擇性陽極溶解 及陰極的沉淀，等到分離雜質和提純金屬的目的。例如：將火法冶金制得的銅版作為陽極，以電解產(chǎn)生的 薄銅片作為作為陰極置于充滿電解液的電解槽中，在兩級間通以低電壓大電流的直流電。陽極將發(fā)生電化 學反應.直流屯源9le陽極2eme粗我屬-me2* me2*陽報泥陰極me 婉 金屆陽極不溶0.2m 盧+f2h.o 2meso+h*陰極i2me犯叫 i- meso4+hiso4+h1o4 .單晶材料制備中提拉

4、法的原理。（1 ）要生長的結晶物質材料在增期中熔化而不分解，不與周圍環(huán)境起反應。（2）籽晶預熱后旋轉著下降與熔體液面接觸，同時旋轉籽晶，這一方面是為了獲得熱對稱性，另一方面也攪拌了熔體。待籽晶微熔后再緩慢向上提拉。（3）降低增期溫度或熔體溫度梯度，不斷提拉，使籽晶直徑變大（即放肩階段），然后保持合適的溫度梯度和提拉速度使晶體直徑不變（即等徑生長階段）。（4）當晶體達到所需長度后，在拉速不變的情況下升高熔體的溫度或在溫度不變的情況下加快拉速使晶體脫離熔體液面。（5）對晶體進行退火處理，以提高晶體均勻性和消除可能存在的內(nèi)部應力（晶體退火的目的也在于此）。5 .單晶材料制備中高溫溶液法基本原理。水中

5、難溶，而且又不適合用熔體法生長晶體的物質，一般采用高溫（3 0 0c）溶液法生長其晶體。該類方法十分類似于常溫溶液法，主要區(qū)別是高溫溶液生長溫度高，體系中的相關系更復雜。（ 1 ）高溫溶液法是結晶物質在高溫條件下溶于適當?shù)闹蹌┲行纬扇芤海谄溥^飽和的情況下生長為單晶的方法。因此，其基本原理與常溫溶液法相同。但助熔劑的選擇和溶液相關系的確定是高溫溶液法晶體生長的先決條件。（ 2 ）高溫溶液法中沒有一種助熔劑像常溫溶液中的水似的，能夠溶解多種物質并適合其晶體生長。因此，助熔劑的選擇就顯得十分重要。6 .單晶材料制備中區(qū)域熔化法的原理。區(qū)域熔化技術是半導體提純的主要技術。也可以作為一種單晶生長技術

6、，因為在用它進行提純時的確常常得到單晶。要制備單晶，可將單晶體籽晶放在料舟的左邊。籽晶須部分熔化，以便提供一個清潔的生長表面。然后熔區(qū)向右移動，倘若材料很容易結晶也可以不要籽晶。熱源可以是熔體、料舟或受感器耦合的射頻加熱。其他熱源包括電阻元件的輻射加熱、電子轟擊以及強燈光或日光的聚焦輻射。在水平區(qū)熔中容器必須和熔體相適應。即使熔體和料舟不起反應也可能與之足夠浸潤，這樣，生長出的晶體會吸附在料舟上，由于冷卻時收縮的不同，這可能引起應變，并且常使晶體很難從料舟中取出。有時用可以變形的或軟的料舟來克服這些困難。如果使料舟的左端收尖，不需要籽晶的單晶成核往往是可能發(fā)生的。7 .何謂復合鑄造？復合鑄造是

7、指將兩種或兩種以上具有不同性能的金屬材料鑄造成為一個完整的鑄件， 使鑄件的不同部位具有不同的性能，以滿足使用的要求。通常是一種合金具有較高的力學性能，而另一種或幾種合金則具有抗磨、耐蝕、耐熱等特殊使用性能。8 .列舉幾個復合鑄造新工藝（原理、特點）包覆層連續(xù)鑄造法（ cpc ） ：軋輥輥芯材料1 垂直地放于水冷紫銅的結晶器8 中，為了減小剛進入結晶器金屬的冷卻強度，防止出現(xiàn)裂紋，在結晶器的上部設置和結晶器同軸心的石墨隔離環(huán)7。將金屬液4 澆注到配置在結晶器和隔離環(huán)上方的耐火材料澆口杯6 和輥芯材料之間，使外層金屬液和輥芯熔合，并順序向上凝固，將凝固部分連續(xù)向下拉拔，實現(xiàn)連續(xù)鑄造復合輥外層9。特

8、點：工藝簡單，復合性能好，生產(chǎn)成本低。反向凝固連鑄復合法母帶 6 從下向上以一定速度穿過熔池5， 熔池內(nèi)裝有一定量和溫度的包覆層金屬液4，包覆層金屬液附在母帶表面凝固，凝固的厚度逐步增加，直至完全通過包覆層金屬液；然后通過一對軋輥 2 對母帶及附在母帶表面凝固層3 進行軋制，達到平整表面、控制復合帶材厚度的目的，最終獲得所需的復合帶材產(chǎn)品。充芯連鑄法外層金屬由控溫坩堝 7 加熱和保溫，并注入由結晶器9 和芯部金屬液導流管4 構成的鑄型中，凝固成外層金屬管；芯部金屬由控溫坩堝 2 加熱和保溫，通過芯部金屬液導流管4 澆注到外層金屬管中與其熔合并凝固。特點：是一種用于制備高熔點金屬包覆低熔點金屬的

9、復合材料的新工藝，是在連鑄外層金屬管殼中充填芯部金屬液體并使之凝固，以實現(xiàn)兩種金屬的復合。雙結晶器連鑄法：雙結晶器連鑄雙金屬復合材料的原理如圖所示，其工藝的思路是：沿拉坯方向設置兩個同軸的結晶器4 和 10，芯部金屬在上結晶器4 中凝固，進入到下保溫坩堝 7 中的外層包覆金屬液中，在下結晶器10 中外層金屬凝固并與芯部金屬形成冶金結合，實現(xiàn)連鑄包覆。復合線材鑄拉法是傳統(tǒng)的熱浸鍍、連續(xù)鑄造和拉伸變形三項工藝的結合。它主要包括鋼絲表面處理、鋼絲預熱、鑄拉和后處理四個工藝環(huán)節(jié)。將預先處理好的鋼絲1 由上向下穿過保溫爐2、結晶器4 和拉拔模6 ，然后澆注鋁液3 ，拉拔鋼絲帶動復合導線經(jīng)過拉拔模6 ，獲

10、得表面光滑的復合導線。9 .復合鑄造原理和方法。復合鑄造是指將兩種或兩種以上具有不同性能的金屬材料鑄造成為一個完整的鑄件，使鑄件的不同部位具有不同的性能，以滿足使用的要求。通常是一種合金具有較高的力學性能，而另一種或幾種合金則具有抗磨、耐蝕、耐熱等特殊使用性能。鑲鑄工藝：將一種或兩種金屬預制成一定形狀的鑲塊，鑲鑄到另一種金屬液體內(nèi)，得到兼有兩種或多種特性的雙(多 )金屬鑄件。目前生產(chǎn)的鑄件有：高壓閥門、高壓柱塞泵等耐磨耐蝕耐熱關鍵性金屬零部件、硬質合金導衛(wèi)板等。重力復合鑄造：將兩種或多種不同成分、性能的鑄造合金分別熔化后，采用特定的澆注方式或澆注系統(tǒng)，在重力條件下先后澆入同一鑄型內(nèi)，獲得復合鑄

11、件的工藝。重力復合鑄造生產(chǎn)的鑄件有：挖掘機斗齒、雙金屬錘頭保險柜材料等。離心復合鑄造：離心復合鑄造是將兩種或多種不同成分、性能的鑄造合金分別熔化后，先后澆人離心機旋轉的模筒內(nèi)，獲得復合鑄件的工藝。離心復合鑄造生產(chǎn)的鑄件有：軋輥輥環(huán)，陶瓷內(nèi)襯復合鑄鐵等。10 .實現(xiàn)連續(xù)擠壓的條件。(1) 不需借助擠壓軸和擠壓墊片的直接作用，即可對坯料施加足夠的力以實現(xiàn)擠壓變形；(2) 擠壓筒應具有無限連續(xù)工作長度，以便使用無限長的坯料。11.conform 連續(xù)擠壓特點。優(yōu)點：(1) 由于擠壓型腔與坯料之間的摩擦大部分得到有效利用，擠壓變形的能耗大大降低。常規(guī)正擠壓法中，用于克服擠壓筒壁上的摩擦所消耗的能量可達

12、整個擠壓變形能耗的 30以上， 有的甚至可達50 。 據(jù)計算，在其它條件基本相同的條件下， conform 連續(xù)擠壓可比常規(guī)正擠壓的能耗降低30以上。(2) 可以省略常規(guī)熱擠壓中坯料的加熱工序，節(jié)省加熱設備投資，通過有效利用摩擦發(fā)熱而節(jié)省能耗。conform 連續(xù)擠壓時， 作用于坯料表面上的摩擦所產(chǎn)生的摩擦熱， 連同塑性變形熱， 可以使擠壓坯料上升到400-500 (鋁及鋁合金)甚至更高 (銅及銅合金 )，以至于坯料不需加熱或采用較低溫度預熱即可實現(xiàn)熱擠壓，從而大大節(jié)省擠壓生產(chǎn)的熱電費用。(3)可以實現(xiàn)真正意義上的無間斷連續(xù)生產(chǎn)，獲得長度達到數(shù)千米乃至數(shù)萬米的成卷制品，如小尺寸薄壁鋁合金盤管、

13、鋁包鋼導線等。 顯著減少間隙性非生產(chǎn)時間，提高勞動生產(chǎn)率；對于細小斷面尺寸制品，可以大大簡化生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期；大幅度地減少擠壓壓余、切頭尾等幾何廢料，可將擠壓制品的成品率提高到90以上，甚至可高達95 -98.5 ；大大提高制品沿長度方向組織、性能的均勻性。(4)具有較為廣泛的適用范圍。從材料種類來看， coform 連續(xù)擠壓法已成功地應用于鋁及軟鋁合金、銅及部分銅合金的擠壓生產(chǎn)；坯料的形狀可以是桿狀、顆粒狀，也可以是熔融狀態(tài)；制品種類包括管材、線材、型材，以及以鋁包鋼線為典型代表的包覆材料。(5)設備緊湊，占地面積小，設備造價及基建費用較低。缺點：(1)對坯料預處理(除氧化皮、清洗、

14、干燥等)的要求高。生產(chǎn)實際表明， 線桿進入擠壓輪前的表面清潔程度，直接影響擠壓制品的質量，嚴重時甚至會產(chǎn)生夾雜、氣孔、針眼、裂紋、沿焊縫破裂等缺陷。(2)盡管采用擴展模擠壓等方法， conform 連續(xù)擠壓法也可生產(chǎn)斷面尺寸較大、形狀較為復雜的實心或空心型材，但不如生產(chǎn)小斷面型材時的優(yōu)勢大。這主要是由于坯料尺寸與擠壓速度的限制，生產(chǎn)大斷面型材時 conform 連續(xù)擠壓單臺設備產(chǎn)量遠低于常規(guī)正擠壓法(3) 雖然如前所述conform 連續(xù)擠壓制品沿長度方向的組織、性能均勻性大大提高，但由于坯料的預處理效果、難以獲得大擠壓比等原因，采用該法生產(chǎn)的空心制品在焊縫質量、耐高壓性能等方面不如常規(guī)正擠壓

15、 - 拉拔法生產(chǎn)的制品好。這一缺點限制了連續(xù)擠壓生產(chǎn)對于某些本應具有很大優(yōu)勢的產(chǎn)品的應用。(4)擠壓輪凹槽表面、槽封塊、堵頭等始終處于高溫高摩擦狀態(tài)，因而對工模具材料的耐磨耐熱性能要求高。(5) 由于設備結構與擠壓工作原理上的特點，工模具更換比常規(guī)擠壓困難。(6)對設備液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的要求高由上所述可知， conform 連續(xù)擠壓法具有許多常規(guī)擠壓法所不具有的優(yōu)點， 尤其適合于熱擠壓溫度較低(如軟鋁合金 )、小斷面尺寸制品的連續(xù)成形。12 .連續(xù)鑄軋及其基本條件？( 1 )直接將金屬熔體 “軋制 ”成半成品帶坯或成品帶材的工藝稱為連續(xù)鑄軋。( 2 )條件：a 澆汁系統(tǒng)預熱溫度鑄軋澆注系統(tǒng)包

16、括控制金屬液面高度的前箱、橫澆道、供料嘴底座和供料嘴四部分.作為液體金屬流過的通道，必須具備良好的保溫性能，使液體金屬不過多地散熱,保持鑄軋的正常進行整個澆注系統(tǒng)內(nèi)，不應有潮氣、油膜、氧化渣以及其他雜物存在。經(jīng)整體裝配并調(diào)試好后，入爐進行預熱。預熱溫度為300左右，保溫4h 以上。澆注系統(tǒng)如果預熱不好，液體金屬失熱過多，不能進行正常鑄軋，即使勉強開了頭，也會因供料嘴內(nèi)由凝塊而中斷鑄軋。因此澆注系統(tǒng)預熱溫度是鑄軋的基本工藝參數(shù)。b 金屬的液面高度整個澆注系統(tǒng)是一個連通器。前箱內(nèi)液面水平高度就決定著供料嘴出口處液體金屬壓力的大小。若液面低，供應金屬的壓力過小，則鑄軋板面易于產(chǎn)生孔洞；若液面過高，金

17、屬靜壓力過大，或在鑄軋扳面上出現(xiàn)被沖破的氧化皮，影響板面質量；或使液體金屬進入輥隙，造成鑄軋中斷。c 熱平衡條件進入整個鑄軋系統(tǒng)的熱量要等于從鑄軋系統(tǒng)中導出的熱量。如果失去這個熱平衡，連續(xù)鑄軋將無法進行，或者液體金屬冷凝在澆注系統(tǒng)中。要保持熱平衡，必須選擇合適的鑄軋溫度，鑄軋速度和冷卻速度。13 .連續(xù)鑄軋常見的缺陷與防止？( 1 )條痕：在鑄軋版面的固定位置出現(xiàn)未被軋輥軋上的條痕，有時呈不連續(xù)狀態(tài)。這是由于在該位置的供料嘴被氧化膜堵塞，使該處不能流出金屬，只能靠近堵塞處兩側供給給液體金屬，不等到這部分的液體金屬補充到版面缺少金屬的地方，就被軋輥扎上，未被充填金屬版面即出現(xiàn)發(fā)亮的條痕。供料嘴被

18、嚴重堵塞的時候，由于供液體金屬不足，會出現(xiàn)一條較寬的未被軋著的鑄態(tài)條帶解決措施： a 使供料嘴內(nèi)部結構合理，盡量減少氧化膜被掛住的可能b 整個澆注系統(tǒng)內(nèi)，包括前箱、橫澆道、供料嘴都要干凈，要經(jīng)300 度 4h 以上預熱處理c 液體金屬鑄軋前，應經(jīng)過過濾和除氣處理d 在立板前，不能有局部硬塊存在，如有硬塊就意味著有氧化膜堵塞之處e 提高鑄軋速度，適當提高頁面高度，技術處理堵塞之處，但是徹底消除氧化膜的堵塞是很困難的（ 2）孔洞：在板面出現(xiàn)斷續(xù)的穿透未穿透的表面光亮孔洞，主要是因為金屬液流供應不足，通常是前箱液面過低，或鑄軋速度過高所致，一般在立板后一段時間，由于鑄軋速度過高，此種孔洞常常出現(xiàn)解決

19、措施： a 前箱的液面高度要穩(wěn)定控制在 -5-10mm 為宜，液面過低或過高均對板面之戀沒有好處b 采取降低鑄軋速度也可消除，但如鑄軋速度降低到一定程度（如軋制電流過大）后仍在板面留有孔洞，則是由于供料嘴中有氧化膜堵塞，需要采取其他措施進行處理（ 3 ）橫波：在板面出現(xiàn)橫向的微波紋，嚴重的可用手摸出，甚至有輕微的層狀出現(xiàn)解決措施： a 提高鑄軋速度，使鑄軋區(qū)溫度高一點，特別是提高鑄軋輥和供料嘴接觸處的溫度，使液穴外圍的氧化膜拉斷，縮短和鑄軋輥接觸時間，相對提高該處溫度b 前箱金屬液面太高，液體金屬靜壓力過大，液穴向輥間隙伸展，造成金屬未被軋制時降溫很多，流動性不好，故出現(xiàn)橫波或輕微的層狀，降低

20、金屬液面高度會立刻奏效c 提高金屬鑄軋溫度，提高金屬的流動性也是有效措施。（ 4）白條：由于供料嘴和連鑄輥間隙調(diào)整過小，當液體金屬通過供料嘴時，供料嘴受熱膨脹而和住軋輥接觸，受一定的軋制力。供料嘴局部破壞，使該處液體金屬接觸鑄軋輥早，冷卻強度大，因而在板面上出現(xiàn)白條。另外，供料嘴即使沒壞，有的部位貼在住軋輥上，使供料嘴的材料粉末與鑄軋板面摩擦也會出現(xiàn)很多粉塵的細小白條解決措施： a 改進供料嘴材質使其致密且受熱膨脹小，有一定的彈性和剛性b 根據(jù)供料嘴的性能，經(jīng)過試驗找到供料嘴和鑄軋輥間隙的數(shù)據(jù)。一般使用硅藻土、石棉泥、粘土和其他粘結劑燒結而成的供料嘴，鑄軋間隙在 0.5mm 左右。（ 5）黑條

21、：由于前箱液面控制不穩(wěn)定或過高，使包裹液面金屬的氧化膜破壞而附在板面上呈現(xiàn)出斷續(xù)的塊狀黑皮解決措施：a 采用機械或光電裝置控制前箱液面的穩(wěn)定性，保證液面高度在 -5-10mm 范圍內(nèi)b 靜置爐流口也應采取控制措施，以防波及前箱金屬液面高度（ 6）邊布不齊：當鑄軋溫度過高，鑄軋速度過大，液面過高或過低時，均能使鑄軋板坯邊不呈圓弧形而呈扁平的刮痕解決措施：主要調(diào)整鑄軋速度和液面高度，使液穴位置控制稍向上一些，以便能從側面觀察到液穴向上竄，即可得到鑄軋板側面呈魚鱗狀圓弧，當然供料嘴兩側的 “耳子開得斜度也要合適。14 .名稱：噴丸強化、離子注入、離子束濺射、離子鍍、等離子滲氮。噴丸強化：是彈丸流不斷

22、沖擊金屬材料表層并使表層材料發(fā)生循環(huán)塑性變形, 從而形成變形強化層的過程離子注入： 把氣體或金屬元素蒸氣，通人電離室電離形成正離子，經(jīng)高壓電場加速，使離子獲得很高速度后打人固體中的物理過程離子束濺射 ：離子槍產(chǎn)生一定束強度、一定能量的離子流，以一定的入射角度轟擊靶材并濺射出其表層的原子，后者沉積到襯底表面形成薄膜。離子鍍 ：將鍍層材料氣化并電離成離子，通過擴散和電場作用，沉積于制件表面，形成與基體牢固結合的滿足所需性能的鍍覆層。等離子滲氮 ：利用低真空稀薄氣體輝光放電產(chǎn)生的離子束轟擊金屬或合金表面，使工件加熱到所需溫度，在金屬表面滲入氮元素并向其內(nèi)部擴散，改變表層的化學成分與組織結構，達到強化

23、目的。復合鑄造 : 是指將兩種或兩種以上具有不同性能的金屬材料鑄造成為一個完整的鑄件，使鑄件的不同部位具有不同的性能，以滿足使用的要求。自蔓延高溫合成： 是利用反應物之間高的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成材料的一種技術，當反應物一旦被引燃，便會自動向尚未反應的區(qū)域傳播，直至反應完全，是制備無機化合物高溫材料的一種新方法物理氣相沉積： 表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源 固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。15 .化學氣相沉積原理及其應用。（ 1 ） 原 理 ：氣相元素或化合物被輸運到基體（

24、襯底）表面附近，在一定條件下使它們發(fā)生化學反應，并在基體表面發(fā)生固相反應成膜；化學反應大致可分為分解反應（熱分解 ） 、還原反應、氧化反應、水解反應、聚合反應和輸運反應等；使化學反應激活的方法包括加熱、高頻電壓、激光、 x 射線、等離子體、電子碰撞和催化等。（ 2 ） 應 用 ：耐磨鍍層：以氮化物、氧化物、碳化物和硼化物為主，主要應用于金屬切削刀具。在切削應刷中，鍍層性能上主要包括硬度、化學穩(wěn)定性、耐磨性、低摩擦系數(shù)、高導熱與熱穩(wěn)定性和與基體酬結合強度。這類鍍層主要有tin 、 tic、 tac、 hfn 、 al2o3、 tib 2等，都已得到應用；摩擦學鍍層：降低接觸的滑動面或轉動面之間的

25、摩擦系數(shù)，減少粘著、摩擦或其他原因造成的磨損。這類鍍層主要是難熔化合物。在鍍層性能上主要是硬度、彈性模量、斷裂韌性、與基體的結合強度、晶粒尺寸等。高溫應用鍍層：鍍層的熱穩(wěn)定性。高分解溫度的難熔化合物，比較適合予高溫環(huán)境應用。涉及到反應性氣氛，就須考慮它的氧化和化學穩(wěn)定性，可選用難熔化合物和氧化物的混合物。此外有相容的熱膨脹特性和強度，如環(huán)境有經(jīng)常性的熱震，選擇難熔金屬硅化物和過渡金屬鋁化物。這類應用包括火箭噴嘴、加力燃燒室部件、返回大氣層的錐體、高溫燃氣輪機熱交換部件和陶瓷汽車發(fā)動機缸套、活塞等。開發(fā)新材料： 陶瓷材料中增韌的化合物晶須可用 cvd 來生產(chǎn)， 已有的 si3n4、 tic、 a

26、l 2o3、 tin 、cr3c2、 sic、 zrc 、 zro2 等。16.物理氣相沉積原理及其應用。（1） 原理 ：利用某種物理過程，如物質的熱蒸發(fā)或在受到粒子轟擊時物質表面原子的濺射等現(xiàn)象，實現(xiàn)物質原子從源物質到薄膜的可控轉移的過程。1）需要使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質作為沉積過程的源物質；2）源物質經(jīng)過物理過程而進入氣相；3）需要相對較低的氣體壓力環(huán)境；4）在氣相中及在襯底表面并不發(fā)生化學反應。（2） 應用 ： 電子束物理氣相沉積被廣泛應用于航空、 航天、 船舶和冶金等工業(yè)領域。 而離子鍍廣泛用于機械、電子、航空、航天、輕工、光學和建筑等部門，用以制備耐磨、耐蝕、耐熱、超硬、導電、磁性

27、和光電轉換等鍍層。17.列舉激光表面處理工藝。（ 1 ） 激 光淬火：高能激光束表面快速加熱，通過固態(tài)自激冷卻淬火（ 固態(tài)相變重結晶），改變表面組織結構而產(chǎn)生強化效果。（ 2 ） 激 光熔凝：利用比激光淬火更高的激光能量，通過表面熔化及熔化薄層快速凝固 （重熔再結晶 ），改變表面組織結構而產(chǎn)生強化效果。（3）激光上釉：處理工藝參數(shù)與熔凝有差別，激光能量密度很高，快速掃描時，表面熔化薄層（110微米）與基體形成陡峭的溫度梯度，急冷（通常冷卻速度超過熔層金屬的臨界冷卻速度）使表面熔層形成非晶態(tài)組織。（ 4 ） 激 光合金化：材料的表面加入其他合金成分（預置涂層或吹送粉末） ， 高能激光輻照下， 添

28、加的成分和基體同時快速熔化，凝固改變表層化學成分及組織結構，形成新合金層（液態(tài)合金化） ，具有工件變形小，能使難以接近的和局部區(qū)域進行合金化等特點，合金層晶粒細小、成分均勻，對于不規(guī)則零件亦可得到深度均勻合金層。（ 5 ） 激 光熔覆：材料表面加上熔覆材料（預置涂層或吹送粉末）進行激光輻照，其熔覆過程和工作原理與激光合金化類似，不同的是，熔覆激光功率比合金化低，且基體僅微熔，對熔覆成分稀釋很少（通常低于10）熔覆層與基體呈冶金結合且能保持熔覆材料原來的成分與性能，其特點是：可在低熔點材料上熔覆一層高熔點的合金，能控制稀釋，可局部熔覆，微觀結構細致，熱影響區(qū)小，熔覆層均勻。（ 6 ） 激 光沖擊

29、硬化：采用高峰值功率密度的激光束輻照工件，表面薄層迅速氣化，在表面原則逸出期間，發(fā)生動量脈沖，產(chǎn)生強機械沖擊波或應力波，沖擊金屬表面，使其產(chǎn)生塑性變形，表層顯微組織中位錯密度增加。（ 7 ） 激 光增強電沉積：將激光與電鍍結合起來采用高能激光束輻照陰極液一固物質分界面，造成局部溫升與微區(qū)攪拌， 從而誘發(fā)或增強其化學反應， 引起液體物質的分解并在固體表面沉積出反應生成物。（ 8 ） 激 光誘導自催化沉積：金屬、半導體或高聚物基體浸于自催化沉積水溶液中，采用脈沖激光照射，誘發(fā)或增強自催化反應，提高沉積速率與結合力。（ 9 ） 激 光物理氣相沉積：用激光束直接照射位于真空室的靶材，使靶材蒸發(fā)，蒸汽在

30、基體上冷凝沉積成膜層，其特點是清潔度高，沉積層與靶材成分完全相同。（ 10 ） 激光化學氣相沉積：用一定波長的激光束輻照待沉積的基體?；w置于金屬有機化合物或其他有機或無機分子中，由于激光的熱分解作用，使該氣體分解并沉積在基體上形成薄層，其特點是膜層分布均勻，與基體結合牢固?；蛴眉す庹丈湎鄳獨怏w，利用激光的光分解作用，在基體上形成薄膜。（11 ） 激光微精處理：利用激光掃描 （導向 ），使零件表面產(chǎn)生有規(guī)律的微凸體或微凹體圖案或織構紋路，改變其原有表面形貌。處理后表面粗糙度發(fā)生變化，掃描區(qū)微凸體 （或微凹體）相關的組織及硬度也發(fā)生了變化，可達到設計預期效果。（ 12 ） 激光無接觸彎曲：將材料

31、激光加熱到超過塑性屈服極限，激光照射期間，由于極其快速的加熱和冷卻產(chǎn)生熱應力，引起彎曲，通過控制熱變形，不需機械接觸就可進行v 形和 u 形彎曲， 彎曲的程度與激光通過的次數(shù)成正比。（ 13 ） 激光退火：用激光加熱，使材料的溫度超過退火臨界溫度18 .半固態(tài)加工原理及特點。1 ） 原理 ：金屬半固態(tài)加工就是在金屬凝固過程中，對其施以劇烈的攪拌作用，充分破碎樹枝狀的初生固相，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定球狀初生固相的固-液漿料（ 固相組分一般為50左右 ） ，即流變漿料， 利用這種流變漿料直接進行成形加工的方法稱之為半固態(tài)金屬的流變成形（rheoforming） ；如果將流變漿料凝固

32、成錠，按需要將此金屬錠切成一定大小，然后重新加熱（即坯料的二次加熱）至金屬的半固態(tài)區(qū)，這時的金屬錠一般稱為半固態(tài)金屬坯料。 利用金屬的半固態(tài)坯料進行成形加工，稱之為觸變成形（thixoforming） 。（2）金屬學與力學特點：（a）由于固液共存，在兩者界面熔化、凝固不斷發(fā)生，產(chǎn)生活躍的擴散現(xiàn)象。因此溶質元素的局部濃度不斷變化；（ b ）由于晶粒間或固相粒子間夾有液相成分，固相粒子間幾乎沒有結合力，因此，其宏觀流動變形抗力很低；（ c ）隨著固相分數(shù)的降低，呈現(xiàn)黏性流體特性，在微小外力作用下很容易變形流動；（ d ）當固相分數(shù)在極限值（約75 ）以下時，漿料可以進行攪拌，并可很容易混入異種材料

33、的粉末、纖維等；（e）由于固相粒子間幾乎無結合力，在特定部位雖然容易分離，但由于液相成分的存在，又可很容易地將分離的部位連接形成一體化而且與一般固態(tài)金屬材料也容易形成很好的結合；（ f ）即使是含有陶瓷顆粒、纖維等難加工性材料，也可通過半熔融態(tài)在低加工壓力下進行成形；（ g ）當施加外力時，液相成分和固相成分存在分別流動的情況，一般情況下，存在液相成分先行流動的傾向或可能性。（3）加工特點：（a）粘度比液態(tài)金屬高，容易控制：模具夾帶的氣體少，減少氧化、改善加工性，減少模具粘接，可進行更高速的部件成形，改善表面光潔度，易實現(xiàn)自動化和形成新加工工藝；（ b ） 流動應力比固態(tài)金屬低： 半固態(tài)漿料具

34、有流變性和觸變性， 變形抗力非常小， 可以更高的速度成形部件，而且可進行復雜件成形，縮短加工周期，提高材料利用率，有利于節(jié)能節(jié)材，并可進行連續(xù)形狀的高速成形（如擠壓 ） ，加工成本低；（ c ） 應用范圍廣： 凡具有固液兩相區(qū)的合金均可實現(xiàn)半固態(tài)加工。 可適用于多種加工工藝， 如鑄造、軋制、擠壓和鍛壓等，并可進行材料的復合及成形。19 .半固態(tài)漿料的制備方法。(1) 電磁攪拌法 ：是利用感應線圈產(chǎn)生的平行于或者垂直于鑄形方向的強磁場對處于液固相線之間的金屬液形成強烈的攪拌作用，產(chǎn)生劇烈的流動，使金屬凝固析出的枝晶充分破碎并球化，進行半固態(tài)漿料或坯料的制備。(2) 機械攪拌法 ：機械旋轉的葉片或

35、攪拌棒改變凝固中的金屬初晶的生長與演化，以獲得球狀或類球狀的初生固相的半固態(tài)金屬流變漿料。機械攪拌法分為非連續(xù)機械攪拌法和連續(xù)機械攪拌法。(3) 應變誘導熔化激活法 ：利用傳統(tǒng)連鑄方法預先連續(xù)鑄造出晶粒細小的金屬錠坯，將該金屬錠坯在回復再結晶的溫度范圍內(nèi)進行大變形量的熱態(tài)擠壓變形，通過變形破碎鑄態(tài)組織，然后再對熱態(tài)擠壓變形過的坯料加以少量的冷變形，在坯料的組織中儲存部分變形能量，最后按需要將經(jīng)過變形的金屬錠坯切成一定大小，迅速其加熱到固液兩相區(qū)并適當保溫，即可獲得具有觸變性的球狀半固態(tài)坯料。(4) 液態(tài)異步軋擠法 ：實質是剪切-冷卻-軋制(shearing-coolin-rolling) ，簡

36、稱 scr 法，其工藝原理是：利用一個機械旋轉的輥輪把靜止的弧狀結晶壁上生長的初晶不斷碾下、 破碎,并與剩余的液體一起混合，形成流變金屬漿料，是一種高效制備半固態(tài)坯料的方法。(5) 超聲振動法：利用超聲機械振動波擾動金屬的凝固過程，細化金屬晶粒，獲得球狀初晶的金屬漿料。(6) 粉末冶金法：是一種金屬或合金快速凝固技術，它利用金屬霧化技術的方法制備細小的金屬粉末。霧化技術就是利用離心力、機械力或高速流體沖擊力等外力的作用使金屬熔體分散成尺寸很小的霧狀熔滴，并使熔滴在與流體或冷模接觸中迅速冷卻凝固。(7) 傾斜冷卻板制備法 ：金屬液體通過坩堝傾倒在內(nèi)部具有水冷裝置的冷卻板上，金屬液冷卻后達到半固態(tài)

37、，流入模具中制備成半固態(tài)坯料。傾斜冷卻板裝置設備簡單、占地面積小，可方便地安裝在擠壓、軋制等成形設備的上方。20 .簡述注射技術及其應用金屬粉末注射成形技術是隨著高分子材料的應用而發(fā)展起來的一種新型固結金屬粉、金屬陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量熱塑性粘結劑與粉料一起注入成形模中，施于低而均勻的等靜壓力，使之固結成形，然后脫粘結劑燒結。這種技術能夠制造用常規(guī)模壓粉末的技術無法制造的復雜形狀結構(如帶有螺紋、垂直或高叉孔銳角、多臺階、壁、翼等)制品，具有更高的材質密度( 93%100% 的理論密度)和強韌性， 并具有材質各向同性等特性。 目前該項技術成為粉末冶金領域最具活力的新技術并已

38、進入工業(yè)化生產(chǎn)階段。金屬粉末注射成型技術制作的產(chǎn)品有齒輪汽車部件、 通信器械元件(如手機的情報通信器械和計算機的 oa 器件 ) 、電動工具、門鎖、樂器、醫(yī)療器件和縫紉機元件、工業(yè)設備元件和磁性元件、槍支瞄準器支架、手槍退子鉤和撞針、窗戶鎖扇形塊、紡織機的三角塊、眼鏡框架的柔性鉸鏈、眼鏡腳、手表表殼等。產(chǎn)品都有一個明顯的特點：其結構小而復雜，密度和精度高等。制作材料除鐵鎳合金外，還有鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、超硬合金和重合金等。21 .簡述高鋁瓷的生產(chǎn)工藝過程a.工業(yè)氧化鋁的預燒預燒使原料中的丫 a12o3全部轉變?yōu)榕fa12o3 ,減少燒成收縮。預燒還能排除原料中大部分na2o 雜質。b .原料

39、的細磨由于工業(yè)a12o3是由氧化鋁微晶組成的疏松多孔聚集體，很難燒結致密。為了要破壞這種聚集體的多孔性，必須將原料細磨。c .酸洗如果采用鋼球磨粉磨，料漿要經(jīng)過酸洗除鐵。鹽酸能與鐵生成fecl2,或fecl3而溶解，然后再水洗以達到除鐵的目的。d.成形。采用干壓、擠制、注漿、軋膜、搗打、熱壓及等靜壓等方法成形，以適應各種不同形狀的要求。e.燒成。燒成溫度對剛玉制品的密度及顯微結構起著決定性作用，適當?shù)乜刂萍訜釡囟群捅貢r間。f .表面處理。對于高溫、高強度構件或表面要求平整而光滑的制品，燒成后往往要經(jīng)過研磨 及拋光。22 .簡述透明陶瓷的生產(chǎn)工藝過程 一般陶瓷不透明的原因是其內(nèi)部存在有雜質和氣孔，前者能吸收光，后者令光產(chǎn)生散射，所以就不透明了。因此如果選用高純原料，并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。在ai2o3中加入適量 mgo,燒結時形成 mg。ai2o3尖晶石相。在 al 2o3晶界表面析出，促進晶界衰退。 mgo 在高溫下比較容易蒸發(fā)，能防止形