《工程材料科学与设计》(james p. schaffer)chapter-13

材料的制备工艺《工程材料科学与设计》（JamesP.Schaffer等著）余永宁等翻译机械工业出版社《材料科学与工程导论》讲义2Onlywhenyouseizetodaycanyounotlosetomorrow.只有抓住今天，才能不丢失明天。《材料科学与工程导论》讲义3§1.引言玉不琢不成器人不学不知礼《材料科学与工程导论》讲义4§2.工艺的选择原则和组织、工艺与性能之间的关系选择最佳的制备工艺1满足性能的要求与生产成本；2考虑批量生产中产品质量的稳定。材料的成型工艺：铸造、锻造、粉末工艺、机加工、连接工艺、表面涂层与处理、单晶与半导体工艺、纤维制备、复合制备技术《材料科学与工程导论》讲义5§3铸造1.金属铸造:金属材料铸造成型获得优良铸件的能力称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量四鸟扁足方鼎西周晚期《材料科学与工程导论》讲义6《材料科学与工程导论》讲义7形核剂的作用：形核剂在整个熔融金属中起着非均匀形核地点的作用。（整个铸件中晶粒能够均匀地形成于生长，得到等轴晶结构）金属铸件中的缺陷:液态金属在凝固过程中，体积一般变小，导致发生疏松形式的收缩缺陷。《材料科学与工程导论》讲义8《材料科学与工程导论》讲义9金属铸造技术砂型铸造失蜡铸造消失模铸造金属模铸造《材料科学与工程导论》讲义102陶瓷的铸造：陶瓷不同于金属和聚合物，由于熔点较高，所以用其熔体进行铸造的方法一般是不适用的。粉浆浇注/空心铸浆《材料科学与工程导论》讲义11应用：陶瓷铸造人造骨骼它是通过计算机系统为患者专门定做的，因此它完全适合患者。此外，这种人造骨骼所用的材料与人体骨骼非常相似，它有助于患者更加活动自如。这项新技术是依靠X光来确定骨骼尺寸和形状的，它的精确度可达到0.1毫米。牙科铸造陶瓷《材料科学与工程导论》讲义123.聚合物的造形压模成形热固性和热塑性注射成形吹塑法（中空注模）《材料科学与工程导论》讲义13压模成形《材料科学与工程导论》讲义14《材料科学与工程导论》讲义15§4成形成形包括由机械加工及塑性变形改变固体的形状。1.金属成形轧制是常见的聚合物与金属的成形工艺。冷轧：再结晶温度以下位错密度增加，强度增加，延展性下降热轧：再结晶温度以上控制金属显微组织的有效手段《材料科学与工程导论》讲义16热轧过程中铸造晶粒组织或大晶粒金属压件的结构变化。在轧制过程中，许多聚合物和一些像钛这样的金属的显微组织会发生变化，其晶粒转动以使某晶体学方向沿轧制方向排列。[织构]《材料科学与工程导论》讲义17锻造：用于制造珠宝、马蹄铁、打猎武器、硬币，以及其他许多物品，已有数百年的历史。现在的应用：包括气体和蒸汽涡轮机的盘与叶片、机轴以及用于汽车发动机的阀门等冷锻：再结晶温度以下热锻（温锻）：再结晶温度以上《材料科学与工程导论》讲义18《材料科学与工程导论》讲义19深冲与薄板金属成形《材料科学与工程导论》讲义20挤压与拔丝挤压：把棒状的材料推入并经过一个具有一定形状的模而被挤出，得到所希望的截面的工艺。拔丝：一种制备细丝的工艺，用于包括钢丝绳、钢带轮胎、电缆等在内的一些领域。《材料科学与工程导论》讲义21《材料科学与工程导论》讲义22金属成形工艺的动力学再结晶完成的时间可以写为10lnrCtCT例题：考虑一碳钢拔丝工艺，要求细丝缠绕于卷带轴之前必须完成再结晶。如果对于该钢Co=-15.3，C1=17300K，如果卷带轴与模之间的距离为100m，拔丝速率为0.1m/s,计算拔丝温度。将卷带轴与模之间的距离改为0.5m,重复上述计算《材料科学与工程导论》讲义232聚合物的成形热塑性聚合物在加热时软化，使其能够通过像挤压、真空成形、吹塑成形等工艺成形。对于热固性聚合物，必须采用压铸成形或反应注射成形等工艺，使成形与固化同时进行。聚合物挤压真空与吹气成形《材料科学与工程导论》讲义243陶瓷与玻璃的成形《材料科学与工程导论》讲义255.粉末工艺主要针对金属或陶瓷零件实例：白炽灯泡的钨丝生产齿轮、汽车的气门导管粉末冶金工艺《材料科学与工程导论》讲义26实例：用粉末冶金的方法制备高精度的钢链轮。由于钢链轮在工作中需要传递转动扭矩，所以除了要求具有良好的尺寸精度之外，必须尽量减少孔隙率，因为孔隙能由金属的疲劳而引起机械破坏。请指出可以不依靠延长烧结时间来降低孔隙率的工艺以及粉末尺寸分布。《材料科学与工程导论》讲义276.机加工机加工：利用塑性剪切来去除多余材料的工艺材料能够被机加工的难易程度称为切削加工性。陶瓷聚合物金属《材料科学与工程导论》讲义287.连接工艺焊接、钎焊与锡焊焊接热影响区；焊接后热处理；减少单位焊接面积热输入钎焊熔点高于4500C的金属焊料，工作温度低于工件的熔点锡焊与钎焊类似，也使用助熔剂，焊料的熔点4500C典型工艺将应用Si片连接到由陶瓷或金属制成的芯片载体上《材料科学与工程导论》讲义29粘结剂结合用于连接由聚合物与聚合物基复合材料形成的构件。扩散结合扩散焊接；活泼性金属Ti，Be，难熔金属合金，以及复合材料与陶瓷材料。机械连接《材料科学与工程导论》讲义308.表面涂层与处理涂层与涂料静电上漆；PVD；CVD，热浸镀；电镀；阳极氧化表面处理表面硬化；离子注入；喷丸处理；爆炸硬化《材料科学与工程导论》讲义319.单晶与半导体工艺（了解）在一些材料应用的领域，需要使用单晶。使用单晶的镍基合金可以改善其抗氧化性与耐蠕变的能力，从而提高涡轮叶片的耐高温性能。半导体工业中需要单晶的原因是因为缺陷会大大降低这些材料的电学性质。单晶的成长与工艺氧化光刻与浸蚀扩散与离子注入互连、装配与封装《材料科学与工程导论》讲义3210.纤维的制备（了解）熔融纺丝溶液纺丝控制热解气相工艺烧结化学反应《材料科学与工程导论》讲义3311.复合材料制备工艺（了解）聚合物基复合材料手工铺叠纤维缠绕挤压金属基复合材料无压熔融金属渗浸工艺陶瓷基复合材料首先将纤维嵌入未固结的基体中，其次是基体固结。《材料科学与工程导论》讲义34