材料制備新技術(shù)

前言

20世紀(jì)70年代開(kāi)始，人們把信息、能源和材料譽(yù)為人類文明的三大支柱，把材料的重要性提到了一個(gè)前所未有的高度。20世紀(jì)80年代以來(lái)，又把新材料制備技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起列為高新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。事實(shí)上，新材料和新材料制備技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，反映著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)化水平。微電子技術(shù)、通信技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、航空航天技術(shù)等，幾乎所有高新技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，都以新材料和新材料制備技術(shù)的發(fā)展及突破為前提。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)材料性能要求的不斷提高以及用途的不斷擴(kuò)大，具有比傳統(tǒng)材料更加優(yōu)異的特性和功能的新型材料相繼問(wèn)世。同時(shí)，對(duì)制備新型材料如納米晶材料、準(zhǔn)晶材料、功能材料和非晶材料等的制備技術(shù)也提出了更高的要求。新材料制備技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，有些技術(shù)是新近研究成功或正在研制的，它是一門(mén)涉及材料、物理、化學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、信息等許多學(xué)科交叉的技術(shù)，各學(xué)科間的滲透和交叉也越來(lái)越多。大學(xué)某些專業(yè)課程相對(duì)滯后，已不適應(yīng)材料學(xué)科技術(shù)的發(fā)展。為了拓寬本科生的知識(shí)面，適應(yīng)我國(guó)高等教育發(fā)展和教學(xué)改革的需要，根據(jù)新世紀(jì)人才培養(yǎng)模式的新變化以及10年來(lái)各高校材料成型及控制工程專業(yè)教學(xué)改革的研究和實(shí)踐，吸收各高校改革的成功經(jīng)驗(yàn)，編者結(jié)合多年來(lái)為本科生講授的“輕合金加工技術(shù)”、“快速成形技術(shù)”、“復(fù)合材料制備”、“鑄造新技術(shù)”、“工程材料”、“材料成形工藝及機(jī)械制造基礎(chǔ)”等課程，以及給碩士研究生講授的“材料成形新技術(shù)”、“材料制備新技術(shù)”、“材料的合金化原理”等課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)并參考了大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材、著作和研究論文編寫(xiě)了本書(shū)。本書(shū)共分9章，主要介紹了快速凝固技術(shù)、噴射成形技術(shù)、機(jī)械合金化技術(shù)、半固態(tài)金屬加工技術(shù)、非晶態(tài)合金制備技術(shù)、準(zhǔn)晶材料制備技術(shù)、納米材料制備技術(shù)、自蔓延高溫合成技術(shù)、激光快速成形技術(shù)等內(nèi)容。本書(shū)具有如下特點(diǎn):①教材力求反映專業(yè)教學(xué)改革的特點(diǎn)，注重理論密切聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)用性，突出實(shí)踐性，確保內(nèi)容有一定的深度并與實(shí)際緊密結(jié)合；②書(shū)中既介紹了新材料制備領(lǐng)域的主要工藝方法，又反映了最新發(fā)展的新材料制備領(lǐng)域的前沿技術(shù)，通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí)可以對(duì)新材料制備的重要工藝方法有較深入和全面的了解，并且為今后研究生階段的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)；③本書(shū)每章最后還附有習(xí)題與思考題，便于課后復(fù)習(xí)，加深對(duì)各種材料制備新技術(shù)的理解，更好掌握本書(shū)的內(nèi)容。本書(shū)可作為高等院校材料成型及控制工程、金屬材料工程、材料科學(xué)與工程及相近專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課使用教材，亦可作為材料學(xué)及材料加工工程專業(yè)碩士研究生使用教材以及材料領(lǐng)域科研人員和相關(guān)工程技術(shù)人員參考。參加本書(shū)編寫(xiě)的人員有：太原理工大學(xué)材料學(xué)院許春香教授(第2、3、4、9章)，太原理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院劉燕萍教授(第1、5、6、7章)，太原理工大學(xué)材料學(xué)院張金山教授(第8章)。全書(shū)由許春香教授統(tǒng)稿。在編寫(xiě)過(guò)程中，太原理工大學(xué)許樹(shù)勤教授、上海交通大學(xué)李金富教授給予了許多寶貴的指導(dǎo)性意見(jiàn)。同時(shí)，得到了許多專家學(xué)者的指導(dǎo)和本科生、研究生的幫助，在此一并表示感謝!由于材料學(xué)科發(fā)展變化迅速，各種新材料制備技術(shù)日新月異，為了適應(yīng)這一現(xiàn)實(shí)狀況，本書(shū)將在今后的使用過(guò)程中不斷改進(jìn)和完善。加上作者水平有限，書(shū)中難免存在一些不妥之處，懇切希望廣大師生和讀者多提寶貴意見(jiàn)和建議。

內(nèi)容概要

　　《材料制備新技術(shù)》以新材料的制備、組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特征、應(yīng)用及發(fā)展前景為重點(diǎn)，分別介紹了快速凝固技術(shù)、噴射成形技術(shù)、機(jī)械合金化技術(shù)、半固態(tài)金屬加工技術(shù)、非晶態(tài)合金制備技術(shù)、準(zhǔn)晶材料制備技術(shù)、納米材料制備技術(shù)、自蔓延高溫合成技術(shù)、激光快速成形技術(shù)等內(nèi)容，盡可能將目前已有的新材料制備技術(shù)從理論到實(shí)際中的應(yīng)用較全面、系統(tǒng)地進(jìn)行闡述，力爭(zhēng)通俗易懂，使讀者能夠高效、深入地學(xué)習(xí)新材料的制備技術(shù)。　　《材料制備新技術(shù)》可作為高等院校材料成型及控制工程、金屬材料工程、材料科學(xué)與工程及相近專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課使用的教材，亦可作為材料學(xué)及材料加工工程專業(yè)碩士研究生使用的教材，還可供材料領(lǐng)域科研人員和相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 快速凝固技術(shù)1.1 快速凝固概述1.2 快速凝固的物理冶金基礎(chǔ)1.2.1 定向凝固過(guò)程的傳熱1.2.2 體積凝固過(guò)程的傳熱1.3 實(shí)現(xiàn)快速凝固途徑1.3.1 急冷法1.3.2 深過(guò)冷法1.3.3 定向凝固法1.4 快速凝固制備工藝1.4.1 氣體霧化法1.4.2 液態(tài)急冷法1.4.3 束流表層急冷法1.5 快速凝固技術(shù)在金屬材料中的應(yīng)用1.5.1 金屬粉體的快速凝固1.5.2 金屬線材的快速凝固1.5.3 金屬帶材的快速凝固1.5.4 金屬體材的快速凝固1.6 快速凝固其他新型合金材料1.6.1 快速凝固鎂合金的研究1.6.2 快速凝固耐熱鋁合金的研究習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第2章 噴射成形技術(shù)2.1 噴射成形技術(shù)原理與工藝2.1.1 技術(shù)原理2.1.2 工藝過(guò)程2.1.3 工藝特點(diǎn)2.1.4 噴射成形技術(shù)工藝分析2.2 噴射成形的霧化過(guò)程2.2.1 氣體霧化2.2.2 離心霧化2.3 噴射成形技術(shù)關(guān)鍵和裝置2.3.1 裝置結(jié)構(gòu)布局2.3.2 霧化噴嘴系統(tǒng)2.3.3 噴射成形裝置2.4 噴射成形材料特性2.4.1 晶粒組織2.4.2 氣體含量2.4.3 宏觀偏析2.4.4 致密度2.4.5 熱塑性2.4.6 力學(xué)性能2.5 共噴射成形技術(shù)2.5.1 共噴射成形的技術(shù)特點(diǎn)與工藝2.5.2 增強(qiáng)顆粒對(duì)噴射沉積過(guò)程的影響2.6 非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的噴射成形技術(shù)2.7 多層噴射沉積技術(shù)2.8 噴射成形技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀2.8.1 噴射成形鋁合金2.8.2 噴射成形高溫合金2.8.3 噴射成形鋼鐵合金2.8.4 噴射成形銅合金2.8.5 噴射成形硅鋁合金習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第3章機(jī)械合金化技術(shù)3.1 機(jī)械合金化概述3.1.1 機(jī)械合金化的概念3.1.2 機(jī)械合金化的球磨裝置3.2 金屬粉末的球磨過(guò)程3.3 機(jī)械合金化的球磨機(jī)理3.3.1 延性／延性粉末球磨體系3.3.2 延性／脆性粉末球磨體系3.3.3 脆性／脆性粉末球磨體系3.4 機(jī)械合金化原理3.4.1 機(jī)械力化學(xué)原理3.4.2 機(jī)械力化學(xué)作用過(guò)程及其機(jī)理3.5 機(jī)械合金化技術(shù)制備彌散強(qiáng)化合金3.5.1 鎳基ODS超合金3.5.2 鐵基ODS合金3.5.3 彌散強(qiáng)化鋁合金3.6 機(jī)械合金化制備功能材料3.6.1 機(jī)械合金化制備貯氫材料3.6.2 機(jī)械合金化制備電工材料3.7 機(jī)械合金化制備非平衡相材料3.7.1 機(jī)械合金化制備非晶合金3.7.2 機(jī)械合金化形成非晶的機(jī)制3.7.3 機(jī)械合金化制備準(zhǔn)晶合金3.7.4 機(jī)械合金化制備納米晶材料習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第4章 半固態(tài)金屬加工技術(shù)4.1 半固態(tài)金屬加工技術(shù)概述4.1.1 半固態(tài)金屬成形基本原理4.1.2 半固態(tài)金屬成形方法4.2 半固態(tài)金屬關(guān)鍵成形技術(shù)4.2.1 半固態(tài)金屬漿料制備4.2.2 半固態(tài)金屬坯料的二次加熱4.3 半固態(tài)金屬的觸變成形4.3.1 半固態(tài)金屬的觸變壓鑄成形4.3.2 半固態(tài)金屬的觸變鍛造成形4.3.3 半固態(tài)合金的觸變射鑄成形4.4 半固態(tài)金屬的流變成形4.4.1 機(jī)械攪拌式流變成形4.4.2 單螺旋機(jī)械攪拌式流變成形4.4.3 雙螺旋機(jī)械攪拌式流變成形4.4.4 低過(guò)熱度傾斜板澆注式流變成形4.4.5 低過(guò)熱度澆注和弱機(jī)械攪拌式流變成形4.4.6 低過(guò)熱度澆注和弱電磁攪拌式流變成形4.4.7 流變軋制成形4.5 半固態(tài)成形合金4.5.1 半固態(tài)成形用鋁合金材料4.5.2 半固態(tài)成形用鎂合金材料4.6 半固態(tài)金屬加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第5章 非晶態(tài)合金制備技術(shù)5.1 非晶態(tài)合金概述5.1.1 非晶態(tài)的形成5.1.2 非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特性5.1.3 非晶態(tài)合金的性能5.2 大塊非晶合金形成的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則5.2.1 混亂原則5.2.2 Inoue三條經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則5.2.3 二元深共晶點(diǎn)計(jì)算法5.3 非晶態(tài)合金形成理論5.3.1 熔體結(jié)構(gòu)與玻璃形成能力5.3.2 非晶態(tài)合金形成熱力學(xué)5.3.3 非晶形成動(dòng)力學(xué)5.3.4 合金的玻璃形成能力判據(jù)5.4 非晶合金的制備方法5.4.1 熔劑包覆法5.4.2 金屬模冷卻法5.4.3 水淬法5.4.4 電弧加熱法5.4.5 電弧熔煉吸鑄法5.4.6 定向凝固法5.5 非晶態(tài)合金的應(yīng)用習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第6章 準(zhǔn)晶材料制備技術(shù)6.1 準(zhǔn)晶概述6.1.1 準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)6.1.2 準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)6.1.3 準(zhǔn)晶材料特性6.2 準(zhǔn)晶的形成機(jī)理6.2.1 加和原則和相似性原則6.2.2 電子濃度特征6.3 準(zhǔn)晶的分類6.3.1 按照準(zhǔn)晶熱力學(xué)穩(wěn)定性分類6.3.2 按照物理周期性的維數(shù)分類6.4 準(zhǔn)晶制備方法6.4.1 非熔煉制備工藝6.4.2 離子注入6.4.3 固溶體中析出6.5 準(zhǔn)晶材料的應(yīng)用前景6.5.1 不粘鍋涂層6.5.2 熱障膜6.5.3 選擇吸收太陽(yáng)光膜6.5.4 準(zhǔn)晶復(fù)合材料6.5.5 準(zhǔn)晶作為結(jié)構(gòu)材料增強(qiáng)相的應(yīng)用6.5.6 準(zhǔn)晶材料研究意義及展望習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第7章 納米材料制備技術(shù)7.1 納米材料概述7.2 納米顆粒的氣相、液相、固相法制備7.2.1 氣相法制備納米微粒7.2.2 液相法制備納米微粒7.2.3 固相法制備納米微粒7.3 一維納米材料的制備7.3.1 納米碳管的制備7.3.2 納米棒的制備7.3.3 納米絲(線)的制備7.4 二維三維納米材料的制備7.4.1 納米薄膜的制備7.4.2 納米塊體材料的制備7.5 納米材料制備的新進(jìn)展7.5.1 微波化學(xué)合成法7.5.2 脈沖激光沉積薄膜7.5.3 分子自組裝法7.5.4 原位生成法7.6 納米材料的應(yīng)用展望7.6.1 納米材料在機(jī)械方面的應(yīng)用7.6.2 納米材料在電子方面的應(yīng)用7.6.3 納米材料在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用7.6.4 納米材料在軍事方面的應(yīng)用7.6.5 納米材料在環(huán)保方面的應(yīng)用7.6.6 納米材料在紡織物方面的應(yīng)用習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第8章 自蔓延高溫合成技術(shù)8.1 自蔓延高溫合成技術(shù)的基本概念8.1.1 SHS體系的絕熱溫度8.1.2 燃燒波的結(jié)構(gòu)8.1.3 燃燒反應(yīng)機(jī)制8.1.4 燃燒模式8.1.5 點(diǎn)火理論8.2 SHS熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)8.2.1 SHS熱力學(xué)8.2.2 SHS動(dòng)力學(xué)8.3 SHS技術(shù)及應(yīng)用8.3.1 SHS粉末合成技術(shù)8.3.2 SHS致密化技術(shù)8.3.3 SHS鑄造技術(shù)8.3.4 SHS焊接技術(shù)8.3.5 小結(jié)習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)第9章 激光快速成形技術(shù)9.1 激光快速成形技術(shù)的基本概念9.1.1 原型及原型制造9.1.2 成形方式的分類9.1.3 激光快速制造技術(shù)原理9.1.4 激光快速制造技術(shù)的特點(diǎn)9.1.5 激光快速成形系統(tǒng)中的激光器9.2 激光快速成形技術(shù)方法9.2.1 立體光固化成形(SLA)技術(shù)9.2.2 激光薄片疊層制造(LOM)技術(shù)9.2.3 選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)9.2.4 激光熔覆成形(LCF)技術(shù)9.2.5 激光誘發(fā)熱應(yīng)力(LF)技術(shù)9.3 LRP技術(shù)與相關(guān)學(xué)科間的關(guān)系9.4 激光快速成形用材料9.4.1 激光快速成形材料的分類9.4.2 激光快速成形工藝對(duì)材料性能的要求9.4.3 激光快速成形材料研究發(fā)展的趨勢(shì)9.5 激光快速成形技術(shù)的應(yīng)用9.5.1 激光快速成形技術(shù)在原型制造中的應(yīng)用9.5.2 激光快速成形技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用9.5.3 激光快速成形技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用9.5.4 激光快速成形技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用9.5.5 激光快速成形技術(shù)在生物力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用9.5.6 激光快速成形技術(shù)在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用9.5.7 激光快速成形技術(shù)在組織工程學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用9.5.8 激光快速成形技術(shù)在仿生學(xué)中的應(yīng)用9.5.9 激光快速成形技術(shù)在藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用9.6 激光快速成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.4.3束流表層急冷法用激光束、電子束和離子束等方法可進(jìn)行表面層快速熔凝，常用的是激光快速熔凝。大致可分為兩類：①只改變組織結(jié)構(gòu)，不改變成分，如表面上釉、表面非晶化等；②既改變成分，又改變組織結(jié)構(gòu)，如表面合金化、表面噴涂后激光快速熔凝、離子注入后激光快速熔凝等。這種工藝是以很高能量密度的激光束（約107w／cm2）在很短的時(shí)間內(nèi)（10-12～10-2 s）與金屬交互作用，這樣高的能量足以使金屬表面局部區(qū)域很快加熱到幾千攝氏度以上，使之熔化甚至氣化，隨后通過(guò)尚處于冷態(tài)的基座金屬的吸熱和傳熱作用，使很薄的表面熔化層又很快凝固，冷卻速率達(dá)105～108K／s。以用脈沖固體激光器為例，當(dāng)脈沖能量為100J，脈沖寬度為2～8ms時(shí)，峰值功率可達(dá)到12.5～50kW，如光斑直徑為2mm，峰值功率密度可達(dá)400～1700kw／cm2。若是2kw輸出的連續(xù)激光器，功率密度可達(dá)70kW／cm2。另外已有激光轉(zhuǎn)鏡掃描，使寬度達(dá)到20mm左右。提高激光快速熔凝冷卻速率的最重要兩個(gè)因素是增大被吸收熱流密度和縮短交互作用時(shí)間。用其他急冷法只能獲得穩(wěn)定的晶體，用10-12s的激光脈沖快速熔凝，就能獲得非晶硅。粗略地說(shuō)，被吸收熱流密度增加10倍或交互作用時(shí)間減小為原來(lái)的1l／100，都相當(dāng)于使熔池深度減小為原來(lái)的1／10，凝固速率增加10倍，液相中溫度梯度提高10倍和冷卻速率提高100倍。20世紀(jì)80年代又發(fā)展出激光快速冷凝，已能用此新工藝制備出試驗(yàn)用的直徑13.2cm、厚3.2cm的渦輪盤(pán)坯，它是用激光作熱源，將合金一層一層堆凝上去，冷卻速率為106K／s。

編輯推薦

《材料制備新技術(shù)》是普通高等教育材料成型及控制工程系列規(guī)劃教材之一。

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