材料工程基礎(chǔ)材料制備新技術(shù)

1、材料工程基礎(chǔ)材料制備新技術(shù)第1頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四材料制備新技術(shù) 第一章 快速凝固技術(shù) 第二章 機(jī)械合金化技術(shù) 第三章 自蔓延高溫合成技術(shù) （其他還有：微成型加工技術(shù)；納米及亞微米技術(shù)；凈近形（net-shape）技術(shù)；溶膠-凝膠技術(shù)；大塑性變形技術(shù)等）第2頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第一章 快速凝固技術(shù) 快速凝固(Rapid Solidification，RP)是指凝固速度大于102m/s的凝固過(guò)程，實(shí)際中常把冷卻速度大于104K/s的凝固過(guò)程定義為快速凝固。 （快速凝固的主要目標(biāo)是獲得細(xì)化的晶體組織及非晶組織） 第3頁(yè)，共89

2、頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 20世紀(jì)40年代美國(guó)加州理工學(xué)院的杜瓦茲(Duwez)教授，采用熔體急冷技術(shù)，使液態(tài)合金在大于107Ks的冷速下凝固，使合金的結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的改變，從而引起了眾多研究者的高度重視。 以后短短幾十年間，快速凝固技術(shù)飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了單輥法、雙輥法、熔體拉絲法、激光表面快淬法、浮化法等十幾種理論研究及工業(yè)生產(chǎn)實(shí)用快速凝固技術(shù)。 在所制備的各類(lèi)材料中，非晶態(tài)合金備受青睞。這種材料由于在結(jié)構(gòu)上與一般晶態(tài)合金迥然不同，因而具有一系列卓越的性能。 第4頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 1.1 快速凝固工藝 快速凝固技術(shù)發(fā)展至今已形成

3、20多種具體的工藝，根據(jù)其原理可劃分為四大類(lèi)，即深過(guò)冷方法、霧化法、液體急淬法及原位熔化法。 第5頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 1. 深過(guò)冷方法 所有的快速凝固技術(shù)都需要在凝固界面前沿獲得較大的過(guò)冷度，不過(guò)不同的工藝獲得過(guò)冷的途徑有差異。 所謂的深過(guò)冷法是指通過(guò)抑制、消除液態(tài)金屬的非均質(zhì)形核，使其在熱力學(xué)上達(dá)到較高的過(guò)冷度，從而實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬快速凝固的工藝。 （非均質(zhì)形核的異質(zhì)核心是什么？與變質(zhì)處理的方法思路進(jìn)行比較） 第6頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 盡量消除非均勻形核的可能，為均勻形核創(chuàng)造條件，使同時(shí)均勻形核的趨勢(shì)增加，提高形核率，細(xì)化

4、組織； 深過(guò)冷還能使液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)在較大過(guò)冷下存在并保留下來(lái)，通過(guò)快速的冷凝而形成非晶金屬或金屬玻璃-保留高溫液態(tài)結(jié)構(gòu)。 （以前學(xué)過(guò)保留高溫高溶解度的例子，是？） 第7頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 這里主要介紹一些大體積液態(tài)金屬的深過(guò)冷方法，主要包括循環(huán)過(guò)熱凈化及熔融玻璃凈化、電磁懸浮凝固、微重力凝固、落管法等。 （大體積、工程應(yīng)用）第8頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (1) 循環(huán)過(guò)熱凈化 循環(huán)過(guò)熱凈化是一個(gè)對(duì)金屬實(shí)施“加熱熔化一過(guò)熱保溫一冷卻”的熱循環(huán)過(guò)程，使液態(tài)金屬中的異質(zhì)核心通過(guò)熔化、鈍化、分解和蒸發(fā)等方式得以消除或失去異質(zhì)核心作用，

5、從而獲得深過(guò)冷。 Turnbull等采用這一方法使2.3g的Pd40Ni40P20合金獲得了大過(guò)冷而得到金屬玻璃。 第9頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (2) 熔融玻璃凈化 液態(tài)金屬包覆于熔融的玻璃之中，通過(guò)玻璃的粘性吸附和玻璃組元與液態(tài)合金的化學(xué)反應(yīng)消除金屬中的異質(zhì)核心，從而使液態(tài)金屬獲得深過(guò)冷。 通常使用的玻璃包括鈉鈣玻璃、硼硅玻璃和B2O3玻璃。Kai等采用這一方法得到直徑為10mm的非晶態(tài)合金球。 第10頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (3)電磁懸浮凝固 利用電磁懸浮作用使液態(tài)金屬處于懸浮狀態(tài)，通入He等介質(zhì)使液態(tài)金屬冷卻，這種方法稱

6、電磁懸浮凝固。 由于消除了坩堝與液態(tài)金屬之間的物理化學(xué)作用，并免除了坩堝壁的異質(zhì)形核襯底作用，從而可使液態(tài)金屬獲得深過(guò)冷。 第11頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (4)微重力凝固 在微重力場(chǎng)中，晶核數(shù)目會(huì)減少，因而可使液態(tài)金屬獲得深過(guò)冷。 （為什么？可能與高真空等因素有關(guān)） 例如在太空中，就具備高真空和微重力條件，液態(tài)金屬可自由懸浮于太空中實(shí)現(xiàn)無(wú)坩堝凝固，從而獲得深過(guò)冷。 （在地球上能獲得微重力條件嗎？） 第12頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(5)落管法 液態(tài)金屬在保護(hù)氣氛(真空或惰性氣體)的試管內(nèi)，于自由下落過(guò)程中凝固的技術(shù)。 由于具有微重

7、力凝固和無(wú)坩堝凝固的雙重特征，也可使液態(tài)金屬實(shí)現(xiàn)深過(guò)冷。第13頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 以上技術(shù)的核心就是消除非均勻形核的核心，實(shí)現(xiàn)深過(guò)冷，從而獲得細(xì)化的組織甚至非晶。第14頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2. 霧化法 霧化法是使液態(tài)金屬高度彌散(液珠尺寸10m左右)，分散的液滴由于尺寸小，在介質(zhì)中可以獲得極大的動(dòng)力學(xué)過(guò)冷度，同時(shí)由于分散后絕大多數(shù)液滴的非均勻形核被抑制，從而也可獲得較大的熱力學(xué)過(guò)冷度，使液滴實(shí)現(xiàn)快速凝固。 這一方法得到的產(chǎn)物為粉末。霧化法根據(jù)霧化介質(zhì)的不同可分為氣體霧化、水霧化及離心霧化法等。其工藝與粉末冶金霧化粉末的制

8、備工藝原理一致。第15頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四3.液態(tài)金屬快淬法 液態(tài)金屬快淬法是各類(lèi)快速凝固方法中使用最廣泛的方法，其具體的工藝也最多，如單輥法、雙輥法、平面流鑄法、拉絲法、熔體沾出法、錘砧法等。第16頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 單輥法目前使用最廣泛。該法既可用于實(shí)驗(yàn)室研究，也適于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)?？芍苽涑龊穸却蠹s在20200m的細(xì)晶或非晶條帶。 （圖中氣體的作用是什么？）第17頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(2)雙輥法 雙輥法是生產(chǎn)中常用的工藝之一。 由于全屬液在兩輥接觸處容易形成熔潭，會(huì)降低輥?zhàn)拥睦鋮s

9、能力，同時(shí)金屬與輥面接觸時(shí)間短，因此雙輥法的冷卻能力較差，常常需要進(jìn)行二次冷卻。其冷速大約在105K/s左右。 雙輥法可以連續(xù)生產(chǎn)，當(dāng)采用異形冷卻輥時(shí)可以制備出異形帶材。第18頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第19頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(3)錘砧法 錘砧法是實(shí)驗(yàn)室中常用的快淬設(shè)備，具有極高的冷速，可達(dá)105106K/s，常用于制備非晶態(tài)合金。 第20頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(4)液體沾出法 此法無(wú)需噴嘴，相對(duì)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，適合多種合金生產(chǎn)。產(chǎn)品形態(tài)有纖維或顆粒兩種。這一工藝的冷卻能力低，其冷速大約在104K/

10、s左右，常常需要二次冷卻。 第21頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四4. 原位熔化法 冷卻速度可大于108K/s，是僅次于槍法(冷速達(dá)109K/s)的快速凝固技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展非常迅速。（高冷卻速度獲得的原因是什么？） （15h) 第22頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 1.2 快速凝固合金的組織與結(jié)構(gòu)特征 第23頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 從普通鑄造生產(chǎn)中的冷卻速度到冷卻速度為102K/s左右，結(jié)晶組織(包括顯微偏析)不斷細(xì)化，這主要是因凝固過(guò)程中枝晶粗化的時(shí)間縮短的緣故。此時(shí)，組織的細(xì)化主要是由固相生長(zhǎng)條件的變化所引

11、起的，而不是由形核的過(guò)冷度造成的。 進(jìn)一步提高冷卻速度時(shí)，熔體的熱過(guò)冷逐漸加深，固-液界面愈來(lái)愈離開(kāi)平衡狀態(tài)，溶質(zhì)元素（在固態(tài)中）的截留不斷發(fā)展，最后成為完全的無(wú)擴(kuò)散、無(wú)偏析的凝固。 在過(guò)冷不斷加深的過(guò)程中，合金的組織及結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一些新的變化，它們主要是：擴(kuò)大了固溶極限，無(wú)偏析和少偏析的微晶組織，形成新的亞穩(wěn)相以及高的點(diǎn)缺陷密度等。 快速凝固的作用和目標(biāo)如下： 第24頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 1. 形成過(guò)飽和固溶體 隨冷卻速率的提高，凝固過(guò)程逐漸遠(yuǎn)離平衡態(tài)，溶質(zhì)的擴(kuò)散及再分配無(wú)法像在平衡凝固（或低速度凝固）過(guò)程中那樣充分進(jìn)行，凝固組織中的固溶量會(huì)超過(guò)平衡固溶極限，

12、形成過(guò)飽和固溶體。這種由于溶質(zhì)來(lái)不及擴(kuò)散而留在凝固組織中的現(xiàn)象稱為溶質(zhì)的“截留”(So1ute Trapping)。 快速凝固可顯著地?cái)U(kuò)大碳在純鐵及鐵基合金中的固溶度。在Fe-C系中，可獲得固溶碳量Wc=2.0%的馬氏體及Wc=3.5%的奧氏體。在18-8鎳、鉻奧氏體不銹鋼中，通過(guò)固態(tài)淬火熱處理所可能達(dá)到的最大Wc=0.250.30%，而快速凝固可固溶碳量增至Wc=0.87%。 （以前的溶質(zhì)截留概念僅局限于固態(tài)-固態(tài)，現(xiàn)在擴(kuò)展到了液態(tài)-固態(tài)）第25頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 2獲得超細(xì)的晶粒度 快速凝固合金具有比常規(guī)合金低幾個(gè)數(shù)量級(jí)的晶粒尺寸，一般為微米晶，在Ag

13、-Cu(Wc=5%)快淬合金中，還觀察到納米晶粒。 形成超細(xì)晶的原因如下：第26頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 Walker認(rèn)為是由于凝固過(guò)程中液固界面體積的變化所引起的液相中的脈沖壓力導(dǎo)致了多重形核； 而Powell等人則認(rèn)為，晶粒的細(xì)化是由再結(jié)晶過(guò)程引起的，而再結(jié)晶過(guò)程則是由于高密度的缺陷導(dǎo)致的。 （還與在大的過(guò)冷度下，同時(shí)形核的趨勢(shì)增加有關(guān)。） 在主相晶粒細(xì)化的同時(shí)，第二相或夾雜物的尺寸也相應(yīng)細(xì)化。（很多第二相往往是從主相中析出的） 晶粒細(xì)化能夠顯著改善材料的力學(xué)性能，因而快速凝固是強(qiáng)化材料的重要途徑之一。第27頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，

14、星期四 3. 極少偏析或無(wú)偏析 （均勻成分） 偏析是常規(guī)凝固過(guò)程中難以避免的伴生現(xiàn)象。偏析可分為區(qū)域偏析及枝晶偏析。由于存在溶質(zhì)再分配現(xiàn)象，晶間溶質(zhì)含量高于晶內(nèi)溶質(zhì)含量；最后凝固部分的溶質(zhì)含量高于先結(jié)晶部分。 常用/1-K/來(lái)衡量溶質(zhì)的偏析程度。該值越大，固液兩相的濃度差越大，最終組織的偏析也越大，故把/1-K/ 稱為偏析系數(shù)。 快速凝固的溶質(zhì)分配系數(shù)K隨凝固速度的提高而趨近于1，故快凝合金的偏析程度低。 （K=1意味著什么？） 同時(shí)由于晶粒的細(xì)化，偏析被分散，因而使整體化學(xué)均勻性提高。 第28頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 第29頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日

15、，22點(diǎn)9分，星期四 在快凝合金中，由于顯微偏析的分散度很大，所需的均勻化退火時(shí)間可大大縮短。 例如，對(duì)于鎢在鎳中的均勻化來(lái)說(shuō)，當(dāng)二次枝晶臂間距由常規(guī)鑄造時(shí)的100m減少至快速凝固的1m時(shí)，按照菲克定律，為達(dá)到99%均勻化所需要的退火時(shí)間(在1600K)由16h減少至6s。第30頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四4. 可形成亞穩(wěn)相 在快速凝固的合金中，除了出現(xiàn)亞穩(wěn)的過(guò)飽和固溶體外，還會(huì)形成其它的亞穩(wěn)相。 （什么叫亞穩(wěn)相？） 例如Fe-C鑄造合金，當(dāng)冷速足夠快時(shí)，F(xiàn)e-C合金進(jìn)人介穩(wěn)凝固系統(tǒng)，形成奧氏體與滲碳體的共晶，而不是穩(wěn)定系統(tǒng)中的奧氏體與石墨的共晶。第31頁(yè)，共89頁(yè)

16、，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 亞穩(wěn)相的形成，決定于不同相析出時(shí)所需要的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)冷卻速度及過(guò)冷度較大時(shí)，原子的擴(kuò)散就難以充分進(jìn)行，即動(dòng)力學(xué)因素常常會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。 （即熱力學(xué)上不可能的，通過(guò)改變速度等動(dòng)力學(xué)因素而得到實(shí)現(xiàn)）第32頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 當(dāng)冷卻速度達(dá)到106K/s或以上時(shí)，許多金屬都會(huì)形成非晶結(jié)構(gòu)。這時(shí)候，由于在液態(tài)金屬中形核在動(dòng)力學(xué)上難以實(shí)現(xiàn)（沒(méi)有時(shí)間形核），在凝固組織中將無(wú)人們所熟知的晶相結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的合金稱為非晶態(tài)合金，也有人稱之為金屬玻璃，其原子組態(tài)與晶態(tài)的原子組態(tài)有本質(zhì)的差別，是一種短程有序而長(zhǎng)程

17、無(wú)序的材料，在結(jié)構(gòu)上更接近于液態(tài)。 非晶態(tài)合金在X射線衍譜上無(wú)晶峰出現(xiàn)，只有一反映其短程有序性的非晶包出現(xiàn)。第33頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四5. 獲得高的點(diǎn)缺陷密度 液態(tài)金屬中的缺陷密度極高，在快速凝固過(guò)程中，原子的重排不像普通凝固過(guò)程那樣容易進(jìn)行，因而缺陷會(huì)較多地保留在固態(tài)金屬中。 （空位間隙點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、界面） 第34頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 1.3 快速凝固技術(shù)的應(yīng)用 1. 改善晶態(tài)材料的性能 快速凝固合金由于具有擴(kuò)大的固溶度、超細(xì)的晶粒以及細(xì)化的高分散的析出相，因而在力學(xué)性能方面表現(xiàn)出高強(qiáng)度及高韌性的特點(diǎn)，許多快凝合金具有超

18、塑性。 由于固溶極限的擴(kuò)大，可以避免某些嚴(yán)重危害使用性能的第二相的析出。如在鎳基高溫合金中可遏止碳化物的析出，在鉻不銹鋼中，在快速凝固條件下可提高含鉻量而不致引起第二相的析出，因而顯著改善了耐蝕性能。第35頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 鋁合金由于質(zhì)量輕而廣泛應(yīng)用于航空及航天領(lǐng)域，為了進(jìn)一步提高鋁合金的比強(qiáng)度及改善鋁合金的塑性，快速凝固是一條非常有效的途徑。 （強(qiáng)、韌性）第36頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 2.制備非晶態(tài)合金 制備非晶態(tài)合金是快速凝固技術(shù)最重要的應(yīng)用。 第37頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 非晶薄膜

19、主要用于表面改性，非晶纖維可用作復(fù)合材料的增強(qiáng)相。而非晶條帶可直接用于磁性材料等方面。 非晶態(tài)合金具有一系列優(yōu)異的性能，在實(shí)際中已得到應(yīng)用。它具有極高的強(qiáng)度，是相應(yīng)晶態(tài)合金的710倍，例如Fe基和Co基非晶態(tài)材料的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到4000MPa左右，顯微硬度亦可達(dá)到HVl400(CO34Cr28MO20C18合金)。 在拉伸過(guò)程中表現(xiàn)出脆性斷裂特性。而在壓縮過(guò)程中表現(xiàn)出很大的塑性。第38頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 含有磁性元素的非晶態(tài)合金具有優(yōu)異的磁學(xué)性能 。 非晶態(tài)合金具有很高的耐蝕性。由于非晶態(tài)合金化學(xué)成分均勻，亦無(wú)晶界，因而幾乎不存在電化學(xué)腐蝕?？刮g能力最高的

20、是Fe45Cr25MO10P3C7非晶態(tài)合金，其抗蝕能力僅次于貴金屬鉭。許多含鉻的非晶態(tài)合金的抗蝕能力都超過(guò)了晶態(tài)的不銹鋼合金。 采用非晶態(tài)合金晶化方法可制備納米晶材料。由于納米晶材料具有既不同于普通晶態(tài)材料亦有別于非晶態(tài)合金的特性，近年來(lái)發(fā)展非常迅速。非晶晶化法因而也成為材料界及物理界的研究熱點(diǎn)。第39頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四習(xí)題與思考題1. 深過(guò)冷法獲得非晶的原理是什么？有哪些具體 的方法？2. 隨凝固速度的提高，合金的組織結(jié)構(gòu)如何變化？3. 溶質(zhì)截留是怎樣形成的? 4. 試舉兩例說(shuō)明快速凝固技術(shù)的應(yīng)用。5. 非晶晶化的含義是什么，怎么樣實(shí)現(xiàn)？第40頁(yè)，共8

21、9頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第二章 機(jī)械合金化技術(shù) 機(jī)械合金化(Mechanical Alloying簡(jiǎn)稱MA)是由美國(guó)INCO公司的Benjamin在上世紀(jì)60年代為制備鎳基氧化物彌散強(qiáng)化的Ni3AL相析出強(qiáng)化高溫合金而研制成的一種材料加工制備新技術(shù)。是將不同成分的粉末在高能球磨機(jī)中進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的研磨，使其在固相狀態(tài)下達(dá)到合金化。 （什么叫合金化？以擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)為標(biāo)志，形成-） MA技術(shù)真正引起材料研究者重視則是自1983年Koch等人利用MA法制得Ni60-Nb40非晶態(tài)合金以后才開(kāi)始。第41頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 雖然機(jī)械合金化過(guò)程

22、與普通的固態(tài)反應(yīng)有著相似之處，但由于MA過(guò)程中引入大量應(yīng)變、缺陷以及納米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)，因而具有特殊的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，可以制備出在常規(guī)條件下難以合金化的新合金。 MA技術(shù)不僅可以合成ODS(氧化物彌散強(qiáng)化合金)、金屬間化合物、陶瓷等穩(wěn)態(tài)材料，而且廣泛應(yīng)用于制備非晶、準(zhǔn)晶、納米晶、過(guò)飽和固溶體、互不相溶固溶體等亞穩(wěn)態(tài)的合金材料；既可制備結(jié)構(gòu)材料，又能制備磁性、超導(dǎo)、儲(chǔ)氫、熱電等功能材料。MA技術(shù)的機(jī)械化學(xué)效應(yīng)可以使某些因動(dòng)力學(xué)原因在室溫下難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。是國(guó)內(nèi)外材料領(lǐng)域的研究及應(yīng)用熱點(diǎn)，是材料制備的重要新技術(shù)之一。第42頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2.1 機(jī)

23、械合金化工藝過(guò)程及特點(diǎn) 機(jī)械合金化是利用機(jī)械作用(如球磨及冷軋)使原料發(fā)生強(qiáng)烈的變形及粉碎并在不斷的變形、粉碎及焊合的循環(huán)中發(fā)生合金化，形成均勻的所需成分的合金。 在普通球磨條件下，原料會(huì)產(chǎn)生變形及破碎，并在較大尺度上實(shí)現(xiàn)均勻化，要發(fā)生機(jī)械合金化，必須在高能球磨條件下才能實(shí)現(xiàn)。由于是在機(jī)械作用下實(shí)現(xiàn)合金化，因而其產(chǎn)物與普通冶金技術(shù)熔配的合金不同，其工藝過(guò)程也與粉末冶金方法有所差異。 第43頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 1. 機(jī)械合金化工藝 目前所采用的機(jī)械合金化方法主要有冷軋及球磨兩種工藝。 冷軋技術(shù)相對(duì)而言可以制備出較大尺寸的合金材料，然而由于需要反復(fù)軋制，因而工

24、序相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)用也較少。 球磨法由于容易實(shí)現(xiàn)原料的連續(xù)反復(fù)變形，因而是機(jī)械合金化普遍采用的技術(shù)。 （16h)第44頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (1) 球磨設(shè)備 目前用于機(jī)械合金化的球磨機(jī)主要有振動(dòng)式、攪拌式、行星式和滾筒式四種。第45頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 滾筒式球磨機(jī)主要用于混料。由于受臨界轉(zhuǎn)速的限制，球運(yùn)動(dòng)速度偏低，要產(chǎn)生機(jī)械合金化需要有足夠能量，故桶徑應(yīng)在1m以上，且球磨時(shí)間也較長(zhǎng)。 攪拌式球磨效率較高，研磨強(qiáng)度可在較大范圍內(nèi)調(diào)整，合金化時(shí)間適中。 振動(dòng)式球磨能量大，合金化時(shí)間可大幅度縮短，在其它條件相同的情況下，相對(duì)攪拌式

25、球磨，合金化時(shí)間可以縮短56倍。 行星式球磨與振動(dòng)式相似，但卻存在裝料量少的缺點(diǎn)。 第46頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(2)磨球與球料比 常用的磨球有不銹鋼球、硬質(zhì)合金球、瑪瑙球或陶瓷球。應(yīng)盡量選用與粉料成分大致相同或相近的磨球。通常比重大的磨球效果較好。 實(shí)際球磨過(guò)程中大小球配合使用，可得到到較好的球磨效率：大球主要起攪拌和砸碎的作用，在球磨初期作用較大，而小球則對(duì)獲得最終細(xì)小的產(chǎn)物起主要作用 常用的球料比在510之間。第47頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(3)球磨強(qiáng)度 當(dāng)球磨強(qiáng)度提高時(shí)，在一定范圍內(nèi)，合金化效果會(huì)更好。球磨強(qiáng)度主要受球磨

26、設(shè)備及轉(zhuǎn)速的影響。但是若球磨強(qiáng)度過(guò)高，研磨介質(zhì)損失較大，粉末污染嚴(yán)重，且局部溫度較高，這對(duì)非晶態(tài)合金d 的形成是不利的。 第48頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(4)球磨氣氛 當(dāng)球磨在大氣下進(jìn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧及氮的污染。 采用惰性氣體保護(hù)或在真空下球磨可以減小或消除大氣污染。由于球磨后粉末的直徑在微米級(jí)，存在著極大的比表面積，因而活性大的合金在球磨過(guò)程中對(duì)大氣污染的防范是非常重要的。第49頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (5)添加劑 為了使延性較好的組元如A1，Sn等在球磨過(guò)程中不過(guò)分冷焊以利粉碎，同時(shí)防止粉末大量粘附在磨球及球罐壁上，需添

27、加表面活性劑及過(guò)程控制劑。 添加劑應(yīng)易于揮發(fā)，不與原料與研磨介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)對(duì)粉末的濕潤(rùn)性好。常用的添加劑有甲醇、硬脂酸、烷烴等有機(jī)物。但是，添加劑也有可能成為污染源，因而添加劑的選用及用量應(yīng)視具體的MA過(guò)程而定。第50頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 2.機(jī)械合金化特點(diǎn) 合金的制備傳統(tǒng)上主要采用熔煉的方法，對(duì)于某些體系的合金，近年來(lái)也采用高溫自蔓延的方法去合成。相對(duì)這些工藝，機(jī)械合金化有其自身的特點(diǎn)。 (1)工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，過(guò)程容易控制。所使用的球磨設(shè)備制造工藝成熟，產(chǎn)量大，如一臺(tái)大型球磨機(jī)日產(chǎn)可達(dá)噸級(jí)，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化。 (2)能夠在室溫下實(shí)現(xiàn)合金化。可以避免

28、熔煉合金過(guò)程中難以排除的成分偏析現(xiàn)象的發(fā)生。特別是對(duì)于難熔金屬以及熔點(diǎn)或蒸氣壓相差較大的金屬系的合金化，機(jī)械合金化顯示出巨大的優(yōu)越性。 第51頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(3)與自蔓延高溫合成工藝相比，機(jī)械合金化不受混料均勻化的制約，該工藝將混合及合金化一次完成。 (4)制備體系范圍大。突破了熔鑄法及快速凝固技術(shù)的局限，拓寬了合金成分范圍。 (5)誘發(fā)固態(tài)相變，制備非晶及準(zhǔn)晶材料，從而避開(kāi)了準(zhǔn)晶、非晶形成時(shí)對(duì)熔體冷速及形核條體的苛刻要求。 第52頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (6)可形成穩(wěn)態(tài)相，也可制備出一系列的納米晶材料和過(guò)飽和固溶體等

29、亞穩(wěn)態(tài)材料。 (7)能夠?qū)崿F(xiàn)彌散、固溶和細(xì)晶三位一體的強(qiáng)化機(jī)制。 (8)可以誘發(fā)在常溫或低溫下難以進(jìn)行的固-固(S-S)，固-液(S-L)和固-氣(S-G)多相化學(xué)反應(yīng)。 第53頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2.2 機(jī)械合金化原理1.基本原理 在磨球的碰撞沖擊和摩搓的作用下，粉末發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形并破碎，形成潔凈的原子化表面，在壓力作用下相互冷焊在一起，形成復(fù)合顆粒。（復(fù)合顆粒的產(chǎn)生） 復(fù)合顆粒變形、破碎，反復(fù)的焊合與破碎就形成了具有多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒，且平均尺寸不斷細(xì)化，形成了無(wú)數(shù)的擴(kuò)散-反應(yīng)偶。（層細(xì)化、擴(kuò)散-反應(yīng)偶） 應(yīng)力應(yīng)變和大量點(diǎn)陣缺陷（空位、位錯(cuò)、晶界等）

30、的產(chǎn)生，使系統(tǒng)儲(chǔ)能很高，每摩爾達(dá)十幾千焦，粉末活性被大幅度提高；同時(shí)，磨球及顆粒相互之間的碰撞瞬間會(huì)造成界面溫升，這些變化不僅可以促進(jìn)界面處的擴(kuò)散，而且可以誘發(fā)某些系統(tǒng)的多相化反應(yīng)，最終導(dǎo)致均勻合金的形成。 （能量升高促進(jìn)擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)） 第54頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2. 機(jī)械合金化過(guò)程的固態(tài)反應(yīng)機(jī)理 在機(jī)械合金化過(guò)程中，一些在常溫或低溫下難以進(jìn)行的反應(yīng)可以發(fā)生，其反應(yīng)機(jī)理有以下三類(lèi)： 第55頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(1)界面反應(yīng)機(jī)理 在球磨過(guò)程中粉末系統(tǒng)的活性達(dá)到足夠高時(shí)，球與粉末顆粒相互碰撞造成的界面溫升誘發(fā)了此處的化學(xué)反應(yīng)

31、。 由于球磨過(guò)程中粉末顆粒不斷發(fā)生斷裂，產(chǎn)生大量的新鮮表面，反應(yīng)產(chǎn)物被帶走，從而維持反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，直至整個(gè)過(guò)程結(jié)束。這一機(jī)制在Fe，Ti，Al-Ta/Si等系統(tǒng)的反應(yīng)中得到證實(shí)。第56頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四(2) 固溶-分解機(jī)理 反應(yīng)劑元素在金屬基體內(nèi)擴(kuò)散形成過(guò)飽和固溶體，隨后進(jìn)一步球磨或熱處理則過(guò)飽和固溶體分解，生成金屬化合物。FeN2，NiC，NiSi等系統(tǒng)的反應(yīng)屬于此類(lèi)。第57頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 (3)自蔓延燃燒反應(yīng)機(jī)理 對(duì)那些放熱量很大的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，啟動(dòng)反應(yīng)需很高的加熱溫度，但在球磨過(guò)程中由于組織細(xì)化，系統(tǒng)儲(chǔ)能

32、很高，使系統(tǒng)反應(yīng)啟動(dòng)所需的臨界溫度Tig下降，當(dāng)某一瞬間碰撞處界面溫度TeTig時(shí)，此處反應(yīng)被啟動(dòng)，放出的大量熱使反應(yīng)迅速完成。 研究表明，反應(yīng)過(guò)程中達(dá)到了很高的溫度，如CuOTi及V2O5A1系統(tǒng)的反應(yīng)溫度都達(dá)到產(chǎn)物的液相溫度以上，發(fā)生了熔化和再凝固。 （誘發(fā)高放熱反應(yīng)）第58頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 2.3 機(jī)械合金化在材料制備中的應(yīng)用 機(jī)械合金化在彌散強(qiáng)化金屬材料、納米材料、非晶態(tài)合金、難熔合金、稀土永磁材料等領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。 第59頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四1.彌散強(qiáng)化材料（ODS) 彌散強(qiáng)化一直是提高金屬材料高溫性能及其

33、熱穩(wěn)定性的重要手段，主要依靠彌散相對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用來(lái)強(qiáng)化金屬基體。 由于彌散相(主要為氧化物)本身都具有極高的熔點(diǎn)，它能使所強(qiáng)化的合金在接近熔點(diǎn)的溫度(0.9Tm)下保持可使用的強(qiáng)度，而其它強(qiáng)化方法如形變強(qiáng)化，沉淀析出強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化等則隨溫度升高強(qiáng)化效果迅速下降。(高溫強(qiáng)度） 采用機(jī)械合金化，可以使彌散相尺寸更加細(xì)小、均勻，體積分?jǐn)?shù)更易控制。Ni基和Fe基高溫合金及Al基彌散強(qiáng)化合金是目前采用MA法制備最多的材料，而Ti基合金及金屬間化合物近來(lái)也得到了開(kāi)發(fā)。第60頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2納米晶材料 采用MA技術(shù)已經(jīng)制備出了Cr，F(xiàn)e，Ti，Cu，Ni，Nb，W

34、等純金屬納米材料和一系列合金納米材料如Fe-Al、B， Ti-Si、B，Pd-Si，Ni-Mo，Al-Nb，Ni-Zr，Cu-Ta，Cu-W，F(xiàn)e-Cu等，近年來(lái)，又制備出Ni/TiC，Ni/SiC，Cu/-TiN等納米復(fù)合材料。第61頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四納米晶材料的形成機(jī)制： 在高應(yīng)變速率下，由位錯(cuò)密集網(wǎng)絡(luò)組成的切變帶的形成是主要的形變機(jī)制。這些變形集中的切變帶寬約0.11m，球磨初期位錯(cuò)密度增大，原子級(jí)應(yīng)變亦隨之增大。當(dāng)達(dá)到某一位錯(cuò)密度時(shí)，晶粒解體為由小角度晶界分隔的亞晶粒并導(dǎo)致原子級(jí)水平應(yīng)變下降。繼續(xù)球磨，切變帶中的亞晶粒進(jìn)一步細(xì)化到最終晶粒尺寸，晶粒

35、間的相對(duì)取向演變?yōu)榇蠼嵌染Ы绲臒o(wú)規(guī)則取向。由于納米晶粒本身位錯(cuò)密度極低，當(dāng)粉末達(dá)到完全納米晶結(jié)構(gòu)時(shí)，開(kāi)動(dòng)納米晶粒內(nèi)的位錯(cuò)需要克服極大的阻力，因此以后的變形主要通過(guò)晶界的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終形成無(wú)規(guī)則取向的納米晶材料。第62頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四3. 非晶態(tài)合金 近年來(lái)，采用機(jī)械合金化制備非晶態(tài)合金是該技術(shù)重點(diǎn)研究方向之一。事實(shí)上，正是由于非晶態(tài)合金的MA法制備，才使機(jī)械合金化真正成為材料制備新技術(shù)之一。最早的非晶態(tài)合金是由金屬一金屬系統(tǒng)組成，如NiNb及AuLa等。而現(xiàn)在金屬類(lèi)金屬系列、金屬問(wèn)化合物系、純?cè)叵担ㄈ鏢i）的非晶態(tài)材料都可采用機(jī)械合金化方法制備。 第

36、63頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 關(guān)于非晶態(tài)合金的形成機(jī)制，目前主要有兩種：一種是固態(tài)反應(yīng)機(jī)制，由于終態(tài)的非晶相比起始態(tài)的組元具有更低的自由能，可保證非晶形成的熱力學(xué)條件。反應(yīng)形成非晶核之后，組元間通過(guò)互擴(kuò)散，使非晶核長(zhǎng)大，最終形成非晶材料。另一種為缺陷形成機(jī)制，即研磨引入的缺陷增多，導(dǎo)致體系混亂度增大而非晶化。這種機(jī)制在混合熱為零的Fe-W系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證。 研究表明，機(jī)械合金化所制備的非晶態(tài)合金與快速凝固所制備的非晶態(tài)合金物理性能一致，從而表明機(jī)械合金化所制備的非晶態(tài)合金確實(shí)為非晶態(tài)而非納米晶。第64頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 4.

37、 磁性材料 5.金屬間化合物 6.金屬的精煉 （反應(yīng)去處雜質(zhì)） 除此之外，MA還可合成超導(dǎo)合金、梯度材料、形狀記憶合金、熱電材料、儲(chǔ)氫合金等。 第65頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四習(xí)題與思考題固態(tài)下發(fā)生合金化的根本原因（基本原 理）是什么?機(jī)械合金化技術(shù)的特點(diǎn)是什么？3. MA方法獲得納米晶、非晶材料的機(jī)制是什么？ (17h)第66頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第三章 自蔓延高溫合成技術(shù) 自蔓延高溫合成（Self-Propagating High Temperature Synthesis，簡(jiǎn)稱SHS）技術(shù)是制備材料的一種新方法，自從1967

38、年前蘇聯(lián)科學(xué)家Merzhanov等人提出這一方法以來(lái)，世界各國(guó)競(jìng)相研究和采用，發(fā)展非常迅速。 自傳播合成，自燃燒合成，及燃燒合成等。國(guó)內(nèi)習(xí)慣上延用自蔓延高溫合成這一術(shù)語(yǔ)。 第67頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四3.1自蔓延高溫合成工藝 1自蔓延高溫合成工藝過(guò)程 所謂自蔓延高溫合成是指利用外部提供必要的能量誘發(fā)高放熱化學(xué)反應(yīng)體系局部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（點(diǎn)燃），形成化學(xué)反應(yīng)燃燒波，此后化學(xué)反應(yīng)在自身放出熱量的支持下繼續(xù)進(jìn)行，直至反應(yīng)結(jié)束。 第68頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第69頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2自蔓延高溫合成工

39、藝特點(diǎn) 自蔓延高溫合成技術(shù)與其它化學(xué)合成及冶金方法相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)。 除了需要提供少許的點(diǎn)火能量外，反應(yīng)基本上是在自身所產(chǎn)生的能量推動(dòng)下進(jìn)行的，最大限度地利用了原子間的化學(xué)能，與其它方法需使用大量的電能、熱能、機(jī)械能相比，該工藝具有明顯的節(jié)能效果。(節(jié)約能源） 整個(gè)過(guò)程通常在幾秒鐘或幾分鐘之間就完成，因而其生產(chǎn)效率極高。（快速高效） 設(shè)備簡(jiǎn)單，固定資產(chǎn)投入低。第70頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 反應(yīng)過(guò)程燃燒波前沿的溫度極高，可蒸發(fā)掉原始坯樣中的雜質(zhì)元素，得到高純度的合成產(chǎn)物。 升溫及冷卻速度極快，易于形成高濃度缺陷和非平衡結(jié)構(gòu)，生成高活性的亞穩(wěn)態(tài)產(chǎn)物。 上述優(yōu)點(diǎn)是

40、十分顯著的，因而這一工藝在商業(yè)生產(chǎn)中很快被采用。 然而這一方法也存在產(chǎn)物一般為多孔狀、有時(shí)反應(yīng)不完全等缺陷，通過(guò)采用加壓燒結(jié)、改善反應(yīng)條件等措施，這些問(wèn)題可以得到解決。第71頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第72頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四3自蔓延高溫合成工藝分類(lèi)（1）穩(wěn)態(tài)SHS及非穩(wěn)態(tài)SHS 根據(jù)燃燒波擴(kuò)展的均勻性可把自蔓延高溫合成分為穩(wěn)態(tài)燃燒和非穩(wěn)態(tài)燃燒。 穩(wěn)態(tài)燃燒中燃燒波始終以均勻速度向前蔓延，產(chǎn)物組織結(jié)構(gòu)比較均勻。 非穩(wěn)態(tài)燃燒包括振蕩燃燒及螺旋燃燒兩種。第73頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第74頁(yè)，共89頁(yè)，

41、2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四（2）無(wú)氣燃燒與有氣燃燒 有氣態(tài)物質(zhì)加入反應(yīng)的合成體系稱有氣自蔓延高溫合成。 反應(yīng)物都為固態(tài)的合成體系稱為無(wú)氣自蔓延高溫合成，或稱為固態(tài)反應(yīng)，其反應(yīng)燃燒波被稱為“固體火焰”。第75頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四（3）無(wú)壓SHS及加壓SHS 一般燃燒合成均在真空或常壓條件下進(jìn)行，這種工藝稱之為無(wú)壓自蔓延高溫合成。 為了提高合成產(chǎn)物致密性或抑制反應(yīng)中氣體的產(chǎn)生，反應(yīng)在比較高的壓力下進(jìn)行，此工藝稱之為加壓自蔓延高溫合成。 第76頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四3.2自蔓延高溫合成理論 1自蔓延高溫合成熱力學(xué)

42、SHS過(guò)程本質(zhì)上是劇烈的（放熱）化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)過(guò)程。 討論較多的化學(xué)參數(shù)是SHS燃燒反應(yīng)絕熱溫度Tad=（adiabatic temperature），即假設(shè)體系在沒(méi)有熱量損失的條件下，化學(xué)反應(yīng)放出的熱量使體系能夠達(dá)到的最高溫度。 第77頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四第78頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2自蔓延高溫合成反應(yīng)過(guò)程與動(dòng)力學(xué) 由于絕大多數(shù)SHS反應(yīng)體系并非在原子或分了水平上均勻混合的，因而一般的物理化學(xué)反應(yīng)理論遇到困難。這里質(zhì)量的傳遞和能量的傳遞成為影響反應(yīng)過(guò)程的重要因數(shù)。因SHS反應(yīng)的特殊性和復(fù)雜性，目前的研究結(jié)果還是初步的。 第7

43、9頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四 如在Al-Cr2O3SHS體系的研究中發(fā)現(xiàn)，Al/氧化物摩爾比對(duì)反應(yīng)過(guò)程影響很大，不同的摩爾比，反應(yīng)過(guò)程不一樣。 （相關(guān)研究還有空間）第80頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四3.3自蔓延高溫合成技術(shù)的應(yīng)用 1（化合物）粉體合成 將一般純度鈦粉與碳粉或硼粉等原料按一定比例混合均勻，然后通電點(diǎn)火燃燒，僅幾秒鐘就可制成TiC或TiB2陶瓷粉末，整個(gè)合成過(guò)程只需少許點(diǎn)火能量。據(jù)稱用燃燒合成法合成TiC粉的成本只有傳統(tǒng)方法的30%50%，其純度也高于傳統(tǒng)方法生成的粉末。前蘇聯(lián)除了生產(chǎn)TiC，TiB2粉外，還用燃燒合成法生產(chǎn)

44、了S3N4，MoSi2陶瓷粉末，以及Al2O3-TiC復(fù)相陶瓷粉末，這些粉末已應(yīng)用于生產(chǎn)磨料、刀具、電熱元件以及結(jié)構(gòu)陶瓷部件等。第81頁(yè)，共89頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)9分，星期四2塊材制備 這是SHS工藝最廣泛研究領(lǐng)域之一，目前已在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備了TiC，TiB2，Al2O3-TiC，WC，SiC等陶瓷材料，以及Ni-Al，Ti-Al，F(xiàn)e-Al，Nb-Al，Ti-Ni，Ti-Si和Mo-Si等金屬間化合物。 一般無(wú)壓SHS產(chǎn)物致密度太低，現(xiàn)普遍采用SHS與熱壓相結(jié)合方法來(lái)提高產(chǎn)物的致密度。 Miyamoto等生產(chǎn)出幾乎完全致密的TiC，TIB2和Al2O3-TiC等陶瓷材料的實(shí)驗(yàn)室樣品。 我國(guó)已用高溫燃燒合成成功制備出BN致密刀具材料，初步研究表明，這種材料的韌性高于燒結(jié)BN，耐磨性、抗機(jī)械或熱沖擊能力及化學(xué)穩(wěn)定性均非常優(yōu)越。 第82頁(yè)，共89頁(yè)，