材料科學(xué)與工程導(dǎo)論第3章材料工藝概述

第三章材料工藝概述

§3.1緒論(性質(zhì)）在材料科學(xué)與工程所涉及的四個(gè)要素之間，材料的工藝是一個(gè)至關(guān)重要的要素。材料本身的制造過(guò)程，以及使材料成為人類所能利用的產(chǎn)品的過(guò)程，都必須通過(guò)一定的工藝才能實(shí)現(xiàn)。1材料的合成與加工過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)建立原子、分子的新排列，從原子尺度到宏觀尺度上對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的過(guò)程?！窈铣赏ǔＪ侵赴言雍头肿咏M合在一起來(lái)制造新材料時(shí)所采用的物理和化學(xué)方法。Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O●加工除了為生產(chǎn)有用材料而對(duì)原子、分子進(jìn)行控制外，還包括材料形狀在較大尺度上的改變。3.1.1材料的合成與加工2◆在材料科學(xué)與工程中，合成和加工之間的區(qū)別變得越來(lái)越模糊?！艉铣伞仓苽洹呈切录夹g(shù)開(kāi)發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)的關(guān)鍵性要素?！衄F(xiàn)代材料制備技術(shù)是人造材料的唯一實(shí)現(xiàn)途徑。需要說(shuō)明的問(wèn)題研究說(shuō)明，材料的性質(zhì)和使用性能取決于材料的組成及結(jié)構(gòu)，后者又取決于合成與加工工藝。(性質(zhì)）3.1.1材料的合成與加工3材料的合成〔制備〕與加工的主要內(nèi)容：3.1.1材料的合成與加工材料制備〔合成〕材料加工外表工程材料復(fù)合43.1.1材料的合成與加工1.51)冶金過(guò)程目的：從原料中提取出金屬內(nèi)容:3.1.1材料的合成與加工

冶金是基于礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用和金屬材料生產(chǎn)加工過(guò)程的工程技術(shù)?；鸱ㄒ苯饾穹ㄒ苯痣娨苯鹩猩饘偃蹮掍撹F冶煉金屬材料的制備62)熔煉與凝固提拉法制取單晶硅3.1.1材料的合成與加工73.1.1材料的合成與加工2.10三大類材料的成型技術(shù)在材料工程中是內(nèi)容最為豐富的一局部。如果按材料的流變特性來(lái)分析，那么材料的成型方法可分為三種：材料的〔成形〕成型3.1.1材料的合成與加工11材料的改性目的：通過(guò)改變材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)來(lái)改變材料的性能。材料的改性內(nèi)容:1.材料的“合金化〞2.材料的熱處理材料的“合金化〞：通過(guò)改變材料的成分，到達(dá)改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代高分子材料的改性方面有廣泛的應(yīng)用。材料的熱處理：通過(guò)一定的加熱、保溫、冷卻工藝過(guò)程，來(lái)改變材料的相組成情況，到達(dá)改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代陶瓷材料的改性方面有廣泛的應(yīng)用。典型熱處理工藝：淬火、退火、回火、正火3.1.1材料的合成與加工12材料的聯(lián)接目的：實(shí)現(xiàn)材料間的整體結(jié)合。內(nèi)容：3.1.1材料的合成與加工133.1.1材料的合成與加工3.14從工藝機(jī)理上分析，外表改性同整體材料的改性是相同的，即：在外表實(shí)現(xiàn)材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)的變化，到達(dá)改變材料外表性能的目的。不同點(diǎn)就是采用了特殊的能量輸入方式，使能量作用效果或成分變化僅發(fā)生在外表。3.1.1材料的合成與加工15外表改性----三束外表改性3.1.1材料的合成與加工16外表改性----化學(xué)外表改性改變材料外表的化學(xué)成分---化學(xué)滲入3.1.1材料的合成與加工17外表改性----外表淬火3.1.1材料的合成與加工183.1.1材料的合成與加工19外表防護(hù)----腐蝕防護(hù)3.1.1材料的合成與加工20外表防護(hù)----摩擦磨損防護(hù)3.1.1材料的合成與加工摩擦與磨損是材料失效的三種主要形式〔磨損、腐蝕和斷裂〕之一。由于摩擦磨損是在相互接觸和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的固體外表進(jìn)行的，因此接觸體外表及其性能對(duì)摩擦磨損性能十分重要。大量研究結(jié)果外表，摩擦副材料外表采用某種外表技術(shù)處理后，可使材料的摩擦磨損性能有顯著的改善，可見(jiàn)外表工程與摩擦磨損之間的密切關(guān)系。摩擦過(guò)程中的主要影響因素：材料性質(zhì)、外表粗糙度、溫度、速度、外表膜。21

◆金屬基復(fù)合材料

◆陶瓷基復(fù)合材料

◆高分子復(fù)合材料材料復(fù)合的主要目的就是依據(jù)不同材料性能的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)作用的原那么，進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)與制備。因此材料復(fù)合的過(guò)程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過(guò)程?！駨?fù)合材料的制備過(guò)程融合了金屬、陶瓷、高分子材料制備的根本原理?！衲壳安牧峡茖W(xué)的開(kāi)展，復(fù)合的概念越來(lái)越重要，出現(xiàn)了許多新型的復(fù)合材料及制備方法。3.1.1材料的合成與加工4.223.1.1材料的合成與加工23現(xiàn)代材料的制備與加工不僅涉及到微觀和宏觀范圍內(nèi)的內(nèi)容，同時(shí)也涉及到更微細(xì)化，甚至到達(dá)了原子尺度范圍上的問(wèn)題。我國(guó)與工業(yè)興旺國(guó)家材料加工存在很大差距。因此提高材料合成與加工的技術(shù)水平是我們最重要的課題。3.1.1材料的合成與加工24

材料的成形工藝:把原料經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)變化而變成工程上有用的原材料的工藝技術(shù)。材料成形工藝是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)根底。其生產(chǎn)能力及其工藝水平對(duì)國(guó)家的工、農(nóng)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展有重大影響。材料成形工藝——由液態(tài)金屬的鑄造成形、固態(tài)金屬的塑性成形、金屬材料的焊接成形和高分子材料成形組成。3.1.2材料的成形工藝定義25戰(zhàn)國(guó)曾乙侯墓編鐘3.1.3我國(guó)材料成形工藝的開(kāi)展概況26鑄鍛歷史悠久，但是長(zhǎng)期處于手工和作坊狀態(tài)！3.1.3我國(guó)材料成形工藝的開(kāi)展概況27改革開(kāi)放后，成形工藝開(kāi)展迅猛。鑄鍛焊大國(guó)，但不是強(qiáng)國(guó)開(kāi)展前途非常廣闊良好的開(kāi)展機(jī)遇！3.1.3我國(guó)材料成形工藝的開(kāi)展概況28它是實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)中的鑄件、鍛件、鈑金件、焊接件、塑料件和橡膠件等生產(chǎn)的主要方式和方法。

材料成形工藝在汽車、拖拉機(jī)與農(nóng)用機(jī)械、工程機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、橋梁、冶金、機(jī)床、航空航天、兵器、儀器儀表、輕工和家用電器等制造業(yè)中，起著極為重要的作用。3.1.4材料成形工藝的作用和地位

29金屬材料無(wú)機(jī)非金屬

高 分 子 材 料膜－水立方瓷磚鎂合金散熱器水泥鋁合金門(mén)窗鋼結(jié)構(gòu)－鳥(niǎo)巢建筑3.1.4材料成形工藝的作用和地位

30基礎(chǔ)設(shè)施

各種交通工具交通3.1.4材料成形工藝的作用和地位

31中國(guó)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)機(jī)與導(dǎo)彈火箭核潛艇航空母艦衛(wèi)星國(guó)防3.1.4材料成形工藝的作用和地位

32機(jī)械計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)當(dāng)代計(jì)算機(jī)電子管集成電路 晶體管 計(jì)算機(jī)的開(kāi)展的演變歷史信息3.1.4材料成形工藝的作用和地位

33鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池

燃料電池太陽(yáng)能電池鉛酸電池

鋰電池

太陽(yáng)能電池燃料電池能源3.1.4材料成形工藝的作用和地位

34過(guò)濾材料－多孔陶瓷隔音材料－泡沫鋁空氣凈化材料環(huán)保材料材料與環(huán)境的交互作用原料開(kāi)采生產(chǎn)與制造使用廢棄運(yùn)輸再生循環(huán)材料的全生命周期示意圖環(huán)境3.1.4材料成形工藝的作用和地位

353.1.5材料成形工藝的特點(diǎn)

①材料一般在