材料科学与工程手册 上 第2篇 制备和加工篇PDF电子书下载

目录 8

2.1　导论 8

2.1.1 制备和加工的基本内涵 8

2.1.2 制备和加工——材料科学与工程的基本要素之一 8

2.1.3　制备和加工技术的驱动力 9

2.1.4　制备和加工的主要技术 9

2.1.5　制备和加工技术的发展前景 11

参考文献 14

2.2　特种冶金技术 15

2.2.1　化学材料冶金技术 15

2.2.1.1　离子液制取 15

2.2.1.2　离子液沉积与材料制备 16

2.2.1.3　化合物热分解与材料制备 17

2.2.2　真空冶金技术 18

2.2.1.4　化合物水解与材料制备 18

2.2.2.1　金属的真空熔炼 19

2.2.2.2　真空脱气 20

2.2.2.3　真空烧结 21

2.2.2.4　真空热处理技术 21

2.2.3 高压冶金技术 22

2.2.3.1 高压浸出 22

2.2.3.2 高压还原 22

2.2.3.3　羰基法制镍粉 23

2.2.4　等离子体冶金技术 23

2.2.4.1　概述 23

2.2.4.2　等离子体熔炼技术 25

2.2.4.3　等离子体还原技术 26

2.2.5.2　多元冶金的原理和规则 27

2.2.5.1　多元冶金技术的特点 27

2.2.5　多元冶金技术 27

2.2.4.4　等离子纳米粉体制备技术 27

2.2.5.3　多元冶金的应用实例 28

参考文献 29

2.3　粉体制备技术 30

2.3.1　雾化法制取金属粉末 30

2.3.1.1　雾化法的分类 30

2.3.1.2　二流雾化机理 30

2.3.1.3　雾化制粉的典型工艺 30

2.3.1.4　雾化法制取金属粉末的发展 30

2.3.2　溶胶-凝胶法 31

2.3.2.1　基本原理 31

2.3.2.2　工艺流程 31

2.3.3　机械合金化技术 32

2.3.3.1　机械合金化原理 32

2.3.2.4　发展前景 32

2.3.2.3　应用实例 32

2.3.3.2　机械合金化技术在材料制备中的应用实例 33

2.3.3.3　发展前景 34

2.3.4　气相沉积法 34

2.3.4.1　气相沉积工艺的原理 34

2.3.4.2　常用气相沉积制粉技术 35

2.3.4.3　发展前景 36

2.3.5　还原法 36

2.3.5.1　还原过程的基本原理 37

2.3.5.2　还原法的工艺流程及应用 38

2.3.5.3　发展前景 38

2.3.6.3　化学共沉淀法在粉体制备中的应用 39

2.3.6.2　基本原理与主要工艺流程 39

2.3.6　化学沉淀法 39

2.3.6.1　化学沉淀法的分类 39

2.3.7　水热法 40

2.3.7.1　基本原理与主要工艺流程 40

2.3.7.2　水热法在粉体制备方面的应用 40

2.3.7.3　发展前景 41

2.3.8　纳米粉末制备技术 41

2.3.8.1　物理制备法 41

2.3.8.2　化学制备法 42

参考文献 43

2.4　粉体成型与烧结技术 44

2.4.1　喷射沉积 44

2.4.1.1　喷射沉积的基本原理 44

2.4.1.4　展望 45

2.4.2　注射成型 45

2.4.1.3　喷射沉积铝合金及其复合材料 45

2.4.1.2　喷射沉积的工艺过程 45

2.4.2.1　金属注射成型工艺流程 46

2.4.2.2　应用实例 47

2.4.2.3　展望 47

2.4.3　增塑粉末挤压成型 48

2.4.3.1　增塑粉末挤压流变原理 48

2.4.3.2　黏结剂设计与制备技术 48

2.4.3.3　增塑粉末挤压成型工艺实验研究举例 48

2.4.3.4　发展前景 48

2.4.4　粉末锻造 48

2.4.4.1　粉末锻造基本原理 49

2.4.4.2　粉末锻造的主要工艺流程 49

2.4.5.1　粉末轧制原理 50

2.4.5　粉末轧制 50

2.4.4.3　粉末锻造技术的应用及其发展 50

2.4.5.2　粉末轧制的主要影响因素 51

2.4.5.3　粉末轧制工艺及其应用 51

2.4.5.4　粉末轧制的发展方向 52

2.4.6　温压技术 52

2.4.6.1　温压技术的基本原理 52

2.4.6.2　温压技术的基本工艺流程 52

2.4.6.3　温压技术的应用 53

2.4.6.4　温压技术的发展方向 53

2.4.7　等静压技术 53

2.4.7.1　等静压的基本原理与工艺流程 53

2.4.7.2　热等静压技术应用实例 54

2.4.8.1　爆炸成型原理 55

2.4.8.2　爆炸成型工艺 55

2.4.8　爆炸成型 55

2.4.8.3　爆炸成型技术的发展方向 56

2.4.9　特种粉末冶金固结技术 56

2.4.9.1　陶瓷颗粒固结工艺 56

2.4.9.2　陶瓷模工艺 56

2.4.9.3　径向热压工艺 57

2.4.9.4　发展前景 57

2.4.10　微波烧结 58

2.4.10.1　微波烧结原理 58

2.4.10.2　微波烧结技术的应用 58

2.4.10.3　微波烧结技术的发展方向 59

2.4.11　超固相线液相烧结 59

2.4.11.1　致密化过程 59

2.4.11.2　影响因素 59

2.4.11.3　超固相线液相烧结的研究与应用 60

2.4.12.2　电火花烧结原理 61

2.4.12　电火花烧结 61

2.4.12.1 电火花烧结的特点 61

2.4.12.3　电火花烧结工艺 62

2.4.12.4　电火花烧结技术应用 62

2.4.12.5　电火花烧结技术的发展前景 62

2.4.13　快速原位成型 63

2.4.13.1　快速原位成型的基本原理 63

2.4.13.2　快速原位成型的主要工艺流程 63

2.4.13.3　快速原位成型的发展前景 64

参考文献 64

2.5　反应加工技术 65

2.5.1 自蔓延高温合成 65

2.5.1.1 自蔓延高温合成技术的发展沿革 65

2.5.1.3 自蔓延高温合成的基本理论 66

2.5.1.2 自蔓延高温合成的燃烧方式与类型 66

2.5.1.4　SHS的研究方法与设备 68

2.5.1.5　SHS的应用工艺 69

2.5.1.6　自蔓延高温合成制备的材料 71

2.5.2　放热弥散法 72

2.5.3　直接金属氧化法 73

2.5.4　液相-气相反应法 74

2.5.5　液相-固相界面反应法 74

2.5.6　熔铸直接接触反应法 74

2.5.7　反应球磨工艺 75

2.5.8　反应加工技术的未来发展 75

参考文献 75

2.6.1.3　二元合金的凝固原理 76

2.6.1.1　晶体的形核 76

2.6.1.2　晶体的长大 76

2.6　凝固技术 76

2.6.1　凝固基本原理 76

2.6.1.4　快速冷却条件下的非平衡凝固 78

2.6.2 金属喷射雾化技术及喷射成型技术 80

2.6.2.1 喷射雾化的基本原理、方法及典型参数 80

2.6.2.2　气体雾化法 80

2.6.2.3　水雾化法 81

2.6.2.4　离心雾化法 81

2.6.2.5　喷射成型技术 81

2.6.3　熔体激冷技术 82

2.6.3.1　金属碎片的快速凝固 82

2.6.3.2　金属带材的快速凝固 83

2.6.3.3　复合夹层带材的快速凝固技术 84

2.6.4.2　熔融玻璃净化法 85

2.6.4.3　悬浮熔炼法 85

2.6.4.1 深过冷凝固技术的形成与基本原理 85

2.6.4　深过冷凝固技术 85

2.6.5　高能束流熔化快冷技术 86

2.6.5.1　高能束的特性 86

2.6.5.2　激光表面处理 87

2.6.5.3　激光快速成型技术 88

2.6.5.4　电子束局部熔化技术 88

2.6.5.5　等离子体加热与控制凝固 88

2.6.6　定向凝固与单晶制备技术 88

2.6.6.1　定向凝固组织的形成原理 88

2.6.6.2　几种定向凝固的应用技术 89

2.6.6.3　单晶生长 89

2.6.6.4　几种定向凝固新技术 89

2.6.7.2　电磁场控制凝固 91

2.6.7.1　电场控制凝固 91

2.6.7 电场及磁场作用下的凝固技术 91

2.6.7.3　电磁离心铸造 92

2.6.7.4　电磁约束成型 92

2.6.8　微重力与超重力下的凝固 92

2.6.8.1　重力对凝固过程的影响 92

2.6.8.2　微重力下凝固过程的控制 93

2.6.8.3　微重力凝固的实现途径 93

2.6.8.4　超重力凝固 93

2.6.9　高压下的凝固 94

2.6.9.1　压力对熔体黏度、密度及凝固平衡条件的影响 94

2.6.9.2　合金液中的气体与补缩 94

2.6.9.3　高压凝固制备非晶态材料 94

参考文献 95

2.6.9.4　高压下制备纳米晶材料 95

2.7　纤维制备技术 96

2.7.1　纤维分类 96

2.7.2　化学纤维制备原理 96

2.7.2.1　熔体纺丝过程基本原理 96

2.7.2.2　溶液纺丝方法 100

2.7.2.3　纤维后加工 103

2.7.3　常见化学纤维生产方法 105

2.7.3.1　聚酯纤维 105

2.7.3.2　聚酰胺纤维 107

2.7.3.3　聚丙烯纤维 108

2.7.3.4　聚丙烯腈纤维 108

2.7.3.5　聚乙烯醇纤维 109

2.7.3.6　黏胶纤维 109

2.7.5.1　碳纤维 110

2.7.5　特种纤维制备技术 110

2.7.4　其他纺丝方法 110

2.7.5.2　芳香族聚酰胺纤维 111

2.7.5.3　超高分子量聚乙烯纤维 112

2.7.5.4　聚苯基苯并二噁唑纤维 112

2.7.6　无机纤维制备方法 112

2.7.6.1　玻璃纤维 112

2.7.6.2　陶瓷纤维 113

2.7.6.3　硼纤维 114

2.7.7　纤维制备技术发展趋势 114

参考文献 114

2.8　薄膜制备技术 115

2.8.1 物理气相沉积（PVD）技术 115

2.8.1.1　真空蒸发镀膜技术 115

2.8.1.3　离子镀 116

2.8.1.2　溅射沉积薄膜技术 116

2.8.2　化学气相沉积（CVD）技术 117

2.8.2.1 化学气相沉积所涉及的化学反应 117

2.8.2.2　化学气相沉积对源气体的要求 118

2.8.2.3　化学气相沉积的装置 118

2.8.2.4　等离子体增强化学气相沉积 119

2.8.2.5　激光化学气相沉积 119

2.8.2.6　化学气相沉积的应用 119

2.8.3　气相外延生长技术 119

2.8.3.1　气相外延生长的设备 119

2.8.3.2　气相外延生长热力学反应的定性描述 120

2.8.3.3　实验条件对外延生长速度的影响 120

2.8.3.4　气相外延生长的应用 120

2.8.4　液相外延技术 120

2.8.4.1　液相外延生长方法和设备 120

2.8.4.3　液相外延的应用 121

2.8.4.2　液相外延生长的过程 121

2.8.5　金属有机化合物气相外延技术 122

2.8.5.1　金属有机气相外延设备 122

2.8.5.2　改进的MOVPE技术 122

2.8.5.3　MOVPE的应用 122

2.8.6　分子束外延（MBE）技术 123

2.8.6.1　分子束外延装置  123

2.8.6.2　分子束外延的改进技术 123

2.8.6.3　分子束外延技术的发展方向 124

2.8.6.4　MBE的应用 124

2.8.7　化学束外延（CBE）技术 124

2.8.7.3 CBE的应用 125

参考文献 125

2.8.7.2 CBE的反应机制 125

2.8.7.1　CBE装置 125

2.9 表面改性和涂层技术 126

2.9.1　表面的机械强化与纳米组织化 126

2.9.1.1　表面机械强化技术 126

2.9.1.2　表面强化和纳米化 127

2.9.2　金属表面的化学热处理 129

2.9.2.1　化学热处理原理 129

2.9.2.2　钢的渗碳 129

2.9.2.3　钢的渗氮 130

2.9.2.4　钢的碳氮共渗 130

2.9.2.5　钢的渗硫 130

2.9.2.6　钢的渗硼 131

2.9.2.7　渗镀 131

2.9.2.8　钢的渗钒 131

2.9.3.1　离子束技术主要种类 132

2.9.3　高能离子束与电子束表面改性 132

2.9.2.9　钢的稀土化学热处理 132

2.9.3.2　离子束材料改性物理学 134

2.9.3.3　离子束技术的特点及对材料性能的影响 135

2.9.3.4　离子束表面改性的工业应用 136

2.9.3.5 电子束表面处理装置 137

2.9.3.6　电子束表面处理工艺及效果 137

2.9.4　激光表面改性技术 139

2.9.4.1　激光及激光表面改性技术  139

2.9.4.2　激光热处理 139

2.9.4.3　激光熔凝 139

2.9.4.4　激光合金化 139

2.9.4.5　激光熔覆 139

2.9.4.9　激光冲击硬化 140

2.9.4.8　激光表面修饰与微加工 140

2.9.4.7　激光清理 140

2.9.4.6　激光非晶化 140

2.9.4.10　激光气相沉积 141

2.9.5　表面的阳极氧化 141

2.9.5.1　铝和铝合金的阳极氧化 141

2.9.5.2　其他金属的阳极化 144

2.9.5.3　微弧阳极氧化 145

2.9.6　表面热喷涂技术 146

2.9.6.1　热喷涂的分类及特点 146

2.9.6.2　热喷涂技术的发展历史 147

2.9.6.3　几种热喷涂方法工作原理 147

2.9.7　材料表面电镀与化学镀 148

2.9.7.1　金属或合金电镀 148

2.9.7.2　金属电沉积 148

2.9.7.5　影响镀层质量的因素 149

2.9.7.3　表面活性物质在金属电沉积过程中的作用 149

2.9.7.4　镀层的主要性能 149

2.9.7.6　电镀工艺过程 150

2.9.7.7　几种类型的电镀过程 150

2.9.7.8　化学镀 152

参考文献 153

2.10　塑性加工技术 154

2.10.1　轧制技术 154

2.10.1.1　轧制技术的基本概念 154

2.10.1.2　轧制方法的分类 154

2.10.1.3　板、带、箔材轧制 154

2.10.1.4　管材轧制 154

2.10.2　锻造技术 155

2.10.2.2　模锻 155

2.10.2.1 自由锻造 155

2.10.1.5　纵轧成型轧制 155

2.10.1.8　楔横轧制 155

2.10.1.7　斜轧成型轧制 155

2.10.1.6　横轧成型轧制 155

2.10.2.3　旋转锻造 156

2.10.2.4　热镦锻 156

2.10.2.5　环轧 156

2.10.2.6　辊锻 156

2.10.4　拉拔技术 157

2.10.3.4　几种挤压方法的特点 157

2.10.4.2　拉拔的分类和特性 157

2.10.4.3　拉拔方法 157

2.10.4.1　拉拔原理 157

2.10.3.2　挤压的应用范围 157

2.10.3.1　挤压原理 157

2.10.3　挤压技术 157

2.10.3.3　挤压方法的分类 157

2.10.5　冲压成型技术 158

2.10.5.1　剪切分离 158

2.10.5.2　变形成型 158

2.10.6　连续铸造-轧制技术 159

2.10.6.1　连铸连轧技术 159

2.10.6.2　连续铸轧技术 160

2.10.6.3　超薄高速铸轧技术 161

2.10.7　连续挤压技术 161

2.10.7.1　连续挤压原理 161

2.10.7.2　Conform连续挤压特点 162

2.10.7.3　Conform连续挤压工艺 162

2.10.8.3　半固态成型件的力学性能 163

2.10.8.2　半固态成型工艺过程 163

2.10.7.4　连续铸挤技术 163

2.10.8.1　半固态成型的特点 163

2.10.8　半固态金属加工技术 163

2.10.8.4　半固态成型的应用 164

2.10.9　超塑性与超塑性成型 165

2.10.9.1　金属超塑性的定义 165

2.10.9.2　超塑性的历史及发展 165

2.10.9.3　超塑性的分类 165

2.10.9.4　典型的超塑性材料 166

2.10.9.5　超塑性成型工艺 166

2.10.9.6　超塑性的应用 166

2.10.10　难变形材料的加工与成型 167

2.10.10.1 难变形材料加工成型的意义 167

2.10.10.2　静液挤压技术 167

2.10.10.3　高压下模锻技术 168

2.10.10.4　热等静压技术 169

2.10.10.5　快速全向压制成型技术 170

2.10.10.6　等温成型技术 170

2.10.11　层状金属复合材料加工技术 171

2.10.11.1　热压复合法 171

2.10.11.2　轧制复合法 171

2.10.11.3　爆炸复合法 171

2.10.11.4　液-固相轧制复合法 172

2.10.12　塑性加工过程的数值模拟 172

2.10.12.1　塑性力学的基本方程 172

2.10.12.2　弹塑性有限元法 172

2.10.12.4　刚塑性有限元法 173

2.10.12.5　有限元法模拟计算的实例 173

2.10.12.3　黏塑性有限元法 173

参考文献 174

2.11　高分子合成技术 175

2.11.1　聚合反应 175

2.11.1.1 自由基聚合反应 175

2.11.1.2　离子型聚合反应 178

2.11.1.3　配位聚合反应 180

2.11.1.4　共聚合反应 181

2.11.1.5　缩合聚合（缩聚）反应 183

2.11.2　聚合反应实施方法 186

2.11.2.1 自由基聚合反应实施方法 186

2.11.2.2　缩聚反应的实施方法 188

2.11.3　新型高分子的设计合成方法 190

2.11.3.1　模板聚合 190

2.11.3.5　管道聚合 191

2.11.3.4　固态晶相光聚合 191

2.11.3.3　交替共聚 191

2.11.3.2　高分子载体法聚合 191

参考文献 192

2.12　高分子材料成型与加工技术 193

2.12.1　概述 193

2.12.1.1　高分子材料成型过程的温度变化 193

2.12.1.2　高分子材料流动成型过程的流变学分析 194

2.12.2　压制成型 196

2.12.2.1　模压成型 196

2.12.2.2　层压成型 197

2.12.2.3　冷压烧结成型 197

2.12.3　压延成型 197

2.12.4　挤出成型 198

2.12.4.1　挤出成型主要设备 198

2.12.5.1　注射成型工艺过程 200

2.12.5　注射成型 200

2.12.4.2　热塑性高分子材料的挤出成型工艺 200

2.12.5.2　热固性塑料的注射成型和传递模塑成型 201

2.12.6　反应加工成型技术 202

2.12.6.1　反应挤出成型 202

2.12.6.2　反应注射成型 202

2.12.7　浇铸成型工艺 203

2.12.7.1　静态浇铸 203

2.12.7.2　嵌铸 203

2.12.7.3　离心浇铸 203

2.12.7.4　滚塑 203

2.12.7.5　搪塑 203

2.12.7.6　流延铸塑 203

2.12.8 热塑性高分子材料的二次成型工艺 203

2.12.8.1 中空吹塑成型工艺 203

2.12.8.3　拉幅薄膜的成型 205

2.12.8.2　热成型工艺 205

2.12.9.1　机械发泡 206

2.12.9.2　物理发泡 206

2.12.9.3　化学发泡 206

2.12.10　橡胶的成型与加工技术 206

2.12.10.1　塑炼 206

2.12.9　泡沫塑料的成型工艺 206

2.12.10.2　混炼 207

2.12.10.3　成型 207

2.12.10.4　硫化 208

2.12.11.2 注射成型技术及设备的发展前景 209

2.12.11.4 中空吹塑成型技术及设备的发展前景 209

2.12.11.3 压延成型技术及设备的发展前景 209

2.12.11.1　挤出成型技术和挤出机的发展前景 209

2.12.11 高分子材料成型与加工技术的发展前景 209

2.12.10.5　热塑性弹性体的成型 209

参考文献 210

2.13　焊接与连接技术 211

2.13.1 焊接与连接技术的基本原理及其分类 211

2.13.2　电弧焊接技术 211

2.13.2.1　焊接电弧 211

2.13.2.2　手工电弧焊 212

2.13.2.3　埋弧焊 213

2.13.2.4　非熔化极气体保护焊 214

2.13.2.5　熔化极气体保护焊 216

2.13.2.6　等离子弧焊接 218

2.13.3　激光焊接技术 220

2.13.3.1　激光焊接的原理及特点 220

2.13.3.2　激光焊接工艺 220

2.13.3.3　典型材料的激光焊接技术 221

2.13.4.1　电子束焊接的原理及特点 222

2.13.4.2　电子束焊接工艺 222

2.13.4　电子束焊接技术 222

2.13.4.3　典型材料的电子束焊接 223

2.13.5　摩擦焊接技术 223

2.13.5.1　摩擦焊原理、特点及应用 223

2.13.5.2　摩擦焊接过程及热源特点 224

2.13.5.3　摩擦焊工艺参数的选择 225

2.13.5.4　典型材料的摩擦焊接 226

2.13.6　扩散焊接技术 227

2.13.6.1　扩散焊原理及特点 227

2.13.6.2　扩散焊接过程 227

2.13.6.3　扩散焊工艺参数的选择 228

2.13.6.4　典型材料的扩散焊接 228

2.13.7.2　钎焊材料 229

2.13.7　钎焊技术 229

2.13.7.1　原理、特点及应用 229

2.13.7.3　钎焊方法 231

2.13.7.4　钎焊方法的选择 233

参考文献 233

2.14　化学微组装与生物微组装技术 234

2.14.1　基本理论 234

2.14.2　线性分子组装 237

2.14.3　平面分子组装 238

2.14.4　烷基化对分子组装的影响 244

2.14.5　盘状分子的堆积组装 246

2.14.6　DNA分子结构的多态性研究 247

2.14.7 阳离子诱导DNA有序凝聚体精细结构的研究 248

参考文献 250