材料加工技术介绍工程学.ppt

材料加工技术工程学;一、材料加工 材料加工： 材料制备和材料加工 材料制备：把各种原子、分子以及更高一级聚集状态结合起来制成材料所采用的各种化学方法和物理方法 ； 材料加工：对原子、分子以及更高一级聚集状态进行控制而获得所需要的性能和形状尺寸(以性能为主)所采用的方法(以物理方法为主)，它是获得实用材料质量和效率的关键技术、如高分子型材、凝固技术、钢板的轧制、气相沉积制膜、陶瓷成型等。 ;材料制备和材料加工的定义虽存在一定的差异。但在材料科学与工程中的界线上变得越来越模糊，正在逐步变成一个连续的统一体。 首先，由于在选择材料的各种制备方法时必须考虑随后为形成实用材料而进行的加工。如采用粉末冶金的方法制造发动机涡轮盘，总是希望原始粉末尽可能细小以便于压实和避免较大尺寸的夹杂，当然粉末细小造成原始表面增大而导致表面氧化严重。 其次，现代材料的发展常常把制备和加工连成一体了，如聚合物的反应注射成型以及燃烧合成精密铸造技术便是很好的例子，材料的制备和加工是同时进行的； ; 材料学： 1、材料呈现的性质或现象以及使用性能是是材料学首要问题。 2、材料性质以及使用性能与构成材料的成分和各种层次上的结构相互关系。包括元素的种类和他们的结构排列，材料学第二类问题。 因此“成分—组织—性能”的三角关系是早期材料学研究模式。 ;;材料加工、制备技术工程学的主要研究内容： （1）装置工作原理、影响规律等机理性研究 （2）第一套装置的开发研究 （3）工程化研究（改进、新建） （4）工业化的生产管理研究（经济） 等与工业化生产相关的一系列其它活动研究。;;;2、液相－气相反应法 液相－气相发应法（liquid-gas reaction method,VLS），是1989年由美国Drexel大学的Koczak和Kumar发明并申报美国专利的反应自生复合材料的新技术。 其基本原理是将含有C等元素的气体（如CH4）通过导管和气体分散器，在一定温度下导入合金液，气体分解得到的元素与合金液中的反应生成硬质相颗粒，从而制备出复合材料，特别是金属基复合材料。图2.5-10所示为VLS法制备??合材料简图。 ; ;高性能钕铁氮磁粉生产线正在调试; ;;气－液 混 合 反 应;聚乙烯醇纤维 聚乙烯醇纤维是合成纤维的一类，其常规产品是聚乙烯醇缩甲醛纤维(Polyvinyl formal fiber)，在我国俗称维纶，或维尼纶。 PVA→水洗→脱水→溶解→混合→过滤→脱泡→纺丝溶液 ;; (1)干湿法纺（dry wet spinning) 又称为干喷湿纺，是一种将干法和湿法特点结合起来的纺丝方法。干湿法纺丝时，纺丝溶液从喷丝头挤出后，先经过 一段空气层．然后进入凝固浴．图2.7-12为干湿法纺丝示意。从凝固浴导出的初生纤维的后处理过程与普通湿法纺丝相同。 ;;碳纤维 碳纤维〔carbon fiber)具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电传热等众多优点。 碳纤维主要有纤维素基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维(polyacrylonitrile-based carbon fiber)和沥青基碳纤维。 纤维素基碳纤维由于生产技术复杂，生产成本高，这类碳纤维己甚本淘汰。 化学气相沉积制造碳纤维。;;真空蒸发镀膜技术  真空条件下加热被蒸镀材料、使其熔化(或升华)并形成由原子、分子或原于团组成的蒸气，凝结在基底表面成膜。 蒸镀是一种发展较早的镀膜技术，方法简单，已经在光学、微电子学、磁学、装饰、防腐蚀等方面得到了广泛应用。 如：电于束蒸发(e-beam evaporation) 用电子束加热水冷铜坩锅中的蒸发材料使其熔融或升华汽化并凝结在基底表面成膜。 常用的电子枪有远聚焦直枪、2700。磁偏转枪(e型电子枪)和空心阴极电子枪。如图2.8-2，图2.8-3所示。空心阴极电子枪又有？管阴极和六硼化镧阴极两种。目前主要采用e型电子枪。 ;被镀膜的基片;电弧离子镀 电弧离子镀是蒸发源为电弧源的离子镀。图2.8－4所示为电弧离子镀膜工作原理。 图2.8－4中阴极是靶材，真空室接地作阳极。在点火器与阴极工作面距离适当时产生的电离火花激发阴极工作表面、产半直径为0.01－100μm的明亮弧斑。运动的斑区温度高达数千至数万度、并喷发出电子、离子、熔融的阴极材料微粒和原子。 ;工件; 化学气相沉积的装置 化学气相沉积按化学反应中能量获得的方式可分为热CVD，等离子体增强CVD（chemical vapor deposition ），其中热CVD是比较传统的CVD技术，等离子体