第一篇：先進(jìn)金屬材料制備科學(xué)與技術(shù)考試要點(diǎn)(北航)

1、何謂材料制備加工？請(qǐng)簡述材料制備加工工藝在材料科學(xué)與工程中的作用。

（一）定義：材料制備技術(shù)是指材料的合成與加工，使材料經(jīng)過制備過程后獲得的新材料在化學(xué)成份、元素分布或組織結(jié)構(gòu)上與原材料有顯著的不同。

（二）作用：可以通過材料制備技術(shù)控制現(xiàn)有的內(nèi)部組織，如宏觀微觀結(jié)構(gòu)、原子排列、元素分布、能量狀態(tài)等，來控制現(xiàn)有材料的性能，特別是新的制備技術(shù)的出現(xiàn)，如快速冷凝技術(shù)可極大的提高凝固速率、改善金屬的組織；復(fù)合材料制備技術(shù)的出現(xiàn)還克服了材料在各自性能上的缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。此外，通過一些新的制備技術(shù)還能獲得一些新的組織結(jié)構(gòu)，得到一些新的材料，如高速冷卻下可以得到金屬非晶材料；不同的制備技術(shù)控制不同的實(shí)驗(yàn)條件還可以得到新的相，從而改善原有材料的性能。

（三）意義：材料制備時(shí)新材料的獲取和應(yīng)用的關(guān)鍵，也是對(duì)材料進(jìn)行加工、成形和應(yīng)用的品質(zhì)保證，現(xiàn)已成為材料研究和材料加工領(lǐng)域引人注目的技術(shù)熱點(diǎn)。其地位和作用已經(jīng)超出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)的范疇，而與整個(gè)人類社會(huì)有密不可分的關(guān)系。高新技術(shù)的發(fā)展，資源能源的有效利用，通信技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，環(huán)境的保護(hù)都與材料的制備密切相關(guān)。先進(jìn)制備與成形加工技術(shù)的發(fā)展對(duì)于新材料的研制、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化具有決定性的作用，其的出現(xiàn)與應(yīng)用加速了新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)應(yīng)用進(jìn)程、促進(jìn)如微電子和生物醫(yī)用材料等新興產(chǎn)業(yè)的形成。促進(jìn)了現(xiàn)代航空航天、交通運(yùn)輸、能源保護(hù)等高新技術(shù)發(fā)展?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料向高性能化、復(fù)合化、結(jié)構(gòu)功能一體化發(fā)展，尤其需要先進(jìn)制備與成形技術(shù)的支撐，可使材料生產(chǎn)過程更加高效、節(jié)能、清潔。

（四）應(yīng)用：材料制備、合成與成形在材料科學(xué)研究中占有核心支柱地位，主要用于納米材料、薄膜材料、金屬復(fù)合材料、高溫柱狀合金、單晶合金、非晶合金、亞晶合金以及磁性材料等的制備。

2.論述材料合成、制備與成形在材料科學(xué)與工程中的地位。并舉例說明其基本 手段和方法。

3.先進(jìn)金屬材料快速凝固背景、優(yōu)點(diǎn)、工藝及方法。并簡述合金快速凝固的原 理、組織基本特征與性能特點(diǎn)。

背景：常規(guī)鑄造合金之所以會(huì)出現(xiàn)晶粒粗大，偏析嚴(yán)重、鑄造性能差等缺陷的主要原因是合金凝固時(shí)的過冷度和凝固速度很小，這是由于它們凝固時(shí)的冷速很小而引起的。要消除鑄造合金存在的這些缺陷，突破研制新型合金的障礙，核心是要提高熔體凝固時(shí)的過冷度，從而提高凝固速度，因此出現(xiàn)了快速凝固技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：快速凝固材料的偏析程度大幅度降低,而且在快速凝固材料中獲得均勻的化學(xué)成分要容易得多.快速凝固工藝可制備具有超高強(qiáng)度、高耐蝕性和磁性的材料.由于快速凝固是通過合金熔體的快速冷卻(大于105～106K/s)或非均質(zhì)形核的被遏制,使合金在很大的過冷度下發(fā)生高生長速率的凝固,因此可制備非晶、準(zhǔn)晶、微晶和納米晶合金.工藝方法:

（一）動(dòng)力學(xué)急冷法：

（1）模冷技術(shù).主要包括:槍法,雙活塞法,熔體旋轉(zhuǎn)法,平面流鑄造法,電子束急冷淬火法,熔體提取法和急冷模法.（2）霧化技術(shù).具體分為:流體霧化法,離心霧化法和機(jī)械霧化法.（3）表面熔化與沉積技術(shù).主要有離子體噴涂沉積法和激光表面重熔法兩種.（二）熱力學(xué)深過冷法：深過冷快速凝固是指在盡可能消除異質(zhì)晶核的前提下,使液態(tài)金屬保持在液相線以下數(shù)百度,而后突然形核并獲得快速凝固組織的一種工藝方法.（1）大體積液態(tài)金屬的深過冷,主要有熔融玻璃凈化法,循環(huán)過熱法和熔融玻璃凈化法+循環(huán)過熱法.（2）微小金屬液滴的深過冷,包括乳化-熱分析法,落管法和無容器電磁懸浮熔煉法.（3）其它形狀金屬液態(tài)的深過冷——熔體急冷法,可分為:氣槍法,霧化沉積法,熔體旋轉(zhuǎn)法,錘砧法,單輥法.（三）快速定向凝固法.原理：快速凝固技術(shù)一般指以大于105～106K/s的冷卻速率進(jìn)行液相凝固成固相,是一種非平衡的凝固過程,通常生成亞穩(wěn)相(非晶、準(zhǔn)晶、微晶和納米晶),使粉末和材料具有特殊的性能和用途.由于凝固過程的快冷,起始形核過冷度大,生長速率高,使固液界面偏離平衡,因而呈現(xiàn)出一系列與常規(guī)合金不同的組織和結(jié)構(gòu)特征.組織基本特點(diǎn)：(1)細(xì)化凝固組織，使晶粒細(xì)化。(2)減小偏析。(3)擴(kuò)大固溶極限。(4)快速凝固可導(dǎo)致非平衡相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，包括新相和擴(kuò)大已有的亞穩(wěn)相范圍。(5)形成非晶態(tài)。(6)高的點(diǎn)缺陷密度。性能特點(diǎn)：

4.簡述激光增材制造技術(shù)的背景、原理及優(yōu)勢(shì)。談一談制備過程中可能遇到的問題。

背景：現(xiàn)代工業(yè)高端裝備正向大型化、高參數(shù)、極端惡劣條件下高可靠、長壽命服役的方向快速發(fā)展。金屬構(gòu)件尺寸越來越大、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、性能要求日益提高，對(duì)制造技術(shù)的要求越來越高、挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。傳統(tǒng)制造技術(shù)生產(chǎn) 上述大型、整體、高性能金屬構(gòu)件，不僅需要萬噸級(jí)以上的重型鍛造裝備及大型鍛造模具，技術(shù)難度大，而且材料切削量大、材料利用率低、周期長、成本高。

原理：以合金粉末或絲材為原料，通過高功率激光原位冶金熔化/快速凝固逐層堆積。直接從零件數(shù)字模型一步完成全致密、高性能大型復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件的直接近凈成形制造 優(yōu)勢(shì)：

１）激光原位冶金／快速凝固“高性能金屬材料制備”與“大型、復(fù)雜構(gòu)件成形制造”一體化，制造流程短。２）零件具有晶粒細(xì)小、成分均勻、組織致密的快速凝固非平衡組織，綜合力學(xué)性能優(yōu)異。

３）無需大型鍛鑄工業(yè)裝備及其相關(guān)配套基礎(chǔ)設(shè)施，無需鍛坯制備和鍛造模具制造，后續(xù)機(jī)械加工余量小、材料利用率高、周期短、成本低。

４）具有高度的柔性和對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化的 “超?？焖佟表憫?yīng)能力，同時(shí)也使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不再受 制造技術(shù)的制約。

５）激光束能量密度高，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)包括Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ等在內(nèi)的各種難熔、難加工、高活性高性能金屬材料的激光冶金快速凝固材料制備和復(fù)雜零件的直接“近凈成形”。

６）可根據(jù)零件的工作條件和服役性能要求，通過靈活改變局部激光熔化沉積材料的化學(xué)成分和顯微組織，實(shí)現(xiàn)多材料、梯度材料等高性能金屬材料構(gòu)件的直接近凈成形等?？赡苡龅降膯栴}：

金屬材料激光增材制造過程中可能遇到的材料基礎(chǔ)問題：

（一）激光／金屬交互作用行為及能量吸收與有效利用機(jī)制

（二）內(nèi)部冶金缺陷形成機(jī)制及力學(xué)行為

（三）移動(dòng)熔池約束凝固行為及構(gòu)件晶粒形態(tài)演化規(guī)律

（四）非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)循環(huán)固態(tài)相變行為及顯微組織形成規(guī)律

（五）內(nèi)應(yīng)力演化規(guī)律及構(gòu)件變形開裂預(yù)防控制

5.簡述合金定向凝固的原理、組織基本特征與性能特點(diǎn)。闡述制備的具體優(yōu)勢(shì) 并舉例說明。

原理：在凝固過程中采用強(qiáng)制手段，在凝固金屬和為凝固熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，獲得具有特定取向柱狀晶的技術(shù)。組織基本特征：

柱狀晶具有特定取向、各向異性、晶間雜質(zhì)少、組織致密、縮松少 性能特點(diǎn)：

消除橫向晶界，提高材料的縱向力學(xué)性能；材料韌性、抗高溫蠕變性能、抗疲勞性能、持久強(qiáng)度等能力大幅提升，對(duì)熱循環(huán)影響不敏感 舉例說明具體優(yōu)勢(shì)：

該技術(shù)運(yùn)用于燃汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的生產(chǎn)，所獲得的具有柱狀乃至單晶組織的材料具有優(yōu)良的抗熱沖擊性能、較長的疲勞壽命、較高的蠕變抗力和中溫塑性，因而提高了葉片的使用壽命和使用溫度。

6.何謂金屬間化合物。簡述金屬間化合物的性能特點(diǎn)及強(qiáng)化途徑

（一）定義：金屬間化合物是指金屬與金屬之間，類金屬和金屬原子之間以共價(jià)鍵形式結(jié)合形成的化合物，其原子的排列遵循某種有序化的規(guī)律，當(dāng)以微小顆粒形式存在于金屬合金的組織中時(shí)，將會(huì)使金屬合金的整個(gè)強(qiáng)度得到提高，特別是在一定溫度范圍內(nèi)，合金的強(qiáng)度隨溫度升高而增加，這使得金屬間化合物材料在高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面具有極大的潛在優(yōu)勢(shì)。

（二）性能特點(diǎn)：屈服強(qiáng)度隨溫度的升高而提高；密度低，比剛度高；韌性很低或者說是脆性抗氧化性能優(yōu)良；高溫強(qiáng)度好。

（三）強(qiáng)化途徑：a提高合金的原子間結(jié)合力，提高其理論強(qiáng)度，并得到無缺陷完整晶體，無晶須。b向晶體中引入大量晶體缺陷，如位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷、異類原子等。具體方法有固熔強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等。

（四）塑化和強(qiáng)化方法：通常有微量元素合金化，主要有元素合金化、控制微觀組織、纖維強(qiáng)塑化、快速凝固細(xì)化晶粒方法。

（五）提高韌性：a加入置換元素，改變?cè)娱g鍵合狀態(tài)和電荷分布以改善塑性；b通過合金化改變有序結(jié)構(gòu)的類型；c微量合金強(qiáng)化晶界；d材料純化；e細(xì)化晶粒，細(xì)化第二相組織以及加入彌散第二相質(zhì)點(diǎn)從而提高合金塑性。f用韌性的纖維與其復(fù)合增強(qiáng)其韌性，同時(shí)還保留金屬間化合物的諸多優(yōu)點(diǎn)。

7.試述制備高性能金屬基復(fù)合材料的主要方法以及材料設(shè)計(jì)與制備過程中應(yīng)考慮的主要材料科學(xué)問題和解決方法；并談?wù)劷饘倩鶑?fù)合材料在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的主要問題。

制備方法：依據(jù)增強(qiáng)體的加入方式，金屬基復(fù)合材料的制備方法可分為外加法和原位反應(yīng)法。外加法是以粉體混合、熔融金屬中添加陶瓷顆粒等物理方式達(dá)到基體和增強(qiáng)相相容，再通過燒結(jié)、鑄造、壓力加工等后續(xù)工藝制備成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、噴射沉積法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造法等。

原位反應(yīng)法同外加法的區(qū)別在于增強(qiáng)體不是額外加入，而是通過添加原料與基體、添加原料之間發(fā)生反應(yīng)生成，并原位析出。目前報(bào)道的原位合成法主要有：放熱彌散法、氣液反應(yīng)合成法、自蔓延燃燒反應(yīng)法和反應(yīng)噴射沉積等。主要問題和解決方案：

（一）金屬熔體與增強(qiáng)相之間的潤濕性

改善金屬熔體與增強(qiáng)體之間的潤濕性的方法主要有:（1）對(duì)增強(qiáng)顆粒進(jìn)行金屬涂覆(如Ni, Cu)處理。（2）向金屬熔體中加入活性元素(如Li, Mg, Ca, Ti, Zr和P等)。（3）增強(qiáng)顆粒進(jìn)行預(yù)熱及保持顆粒表面清潔等方法。（4）增加增強(qiáng)相的表面能、減少熔化金屬基體的表面張力和基體與增強(qiáng)相之間的界面能

（二）界面結(jié)構(gòu)

牢固的結(jié)合界面使得復(fù)合材料的彈性模量和抗拉強(qiáng)度增加。改善基體/增強(qiáng)相的潤濕性,控制化學(xué)反應(yīng),盡可能地減少氧化物的形成

（三）復(fù)合材料力學(xué)性能

擠壓變形方法、固溶時(shí)效處理工藝

（四）計(jì)算機(jī)模擬

自洽模型、微分法、復(fù)合圓柱族模型、Eshelby等效夾雜物和Mori-Tanaka模型、有限元法

面臨的問題：金屬基復(fù)合材料在提高強(qiáng)度、硬度、彈性模量的同時(shí),卻大大地降低了其塑性,不利于對(duì)復(fù)合材料二次塑性加工。

增強(qiáng)體的均勻分散，多相融合的界面效應(yīng)及其機(jī)理，產(chǎn)品性能參數(shù)的離散性大，基體與增強(qiáng)體本身特性導(dǎo)致的應(yīng)力集中、不浸潤等

8.簡述先進(jìn)金屬材料快速凝固的背景和凝固組織特征，快速凝固激光加工與成 形的主要工藝方法和具體優(yōu)勢(shì)。

凝固組織特征：

偏析形成傾向減小 形成非平衡態(tài) 細(xì)化凝同組織

析出相的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 形成非晶態(tài)

快速凝固激光加工與成形的主要工藝方法

鈦合金速凝固激光熔覆技術(shù) 激光熔覆高溫耐磨耐蝕特種涂層 小面相液固界面結(jié)構(gòu)與生長機(jī)制 高性能金屬零件激光快速成形 難熔金屬激光約束熔鑄成型 柱晶鈦合金激光約束熔鑄成形 具體優(yōu)勢(shì)

不僅可以直接獲得具有快速凝固組織特征(如:枝晶及組織細(xì)化、元素高度過飽和固溶、低偏析或無偏析、形成各種亞穩(wěn)相、準(zhǔn)晶、非晶等非平衡相等)和特殊物理化學(xué)及力學(xué)性能的表層材料外,還可以在激光材料表面快速熔化過程中靈活地向熔池中加入合金元素或直接熔化同步輸送于零件表面的合金粉末,從而獲得成分、組織及性能完全不同于零件基材、具有細(xì)小均勻快速凝固非平衡組織特征和所設(shè)計(jì)優(yōu)異特殊性能配合的特種表面冶金涂層材料。另外,激光表面熔化過程快速、靈活、熱影響區(qū)小、無變形、零件表面快速凝固表面改性過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。9.非晶材料的主要制造技術(shù)及應(yīng)用？

熔劑包敷法、金屬模鑄造法、水淬法、噴鑄-吸鑄法、高能束熔覆法、電弧熔煉吸鑄法、定向凝固法、非晶粉末擠壓法等

非晶硅材料具有光吸收系數(shù)高、基片材料限制小、性能易于擴(kuò)展、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，因而作為敏感功能材料倍受青睞，現(xiàn)已日益廣泛應(yīng)用于各種傳感器，如光傳感器、溫度傳感器、功率傳感器、壓力傳感器。在電力領(lǐng)域，鐵基非晶、鐵鎳基非晶、鈷基非晶、鐵基納米晶等廣泛應(yīng)用于配電變壓器、磁放大器等。

未來的非晶硅產(chǎn)品可望在隨意基片上低溫淀積非晶硅，即使是在不能耐溫的基片(如塑料膜)上也照樣能淀積，同時(shí)用非晶硅單片模式制作三維器件也成為可能。

10.簡述金屬基復(fù)合材料的主要優(yōu)點(diǎn)和制備方法。選一種具體的金屬基復(fù)合材料 介紹其制備原理和應(yīng)用情況。

主要優(yōu)點(diǎn)：

其特點(diǎn)在力學(xué)方面為橫向及剪切強(qiáng)度較高，韌性及疲勞等綜合力學(xué)性能較好，同時(shí)還具有導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐磨、熱膨脹系數(shù)小、阻尼性好、不吸濕、不老化和無污染等優(yōu)點(diǎn)。

1、高比強(qiáng)度、比模量

2、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好

3、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好

4、良好的高溫性能

5、良好的耐磨性

6、良好的斷裂韌性和抗疲勞性能

7、不吸潮、不老化、氣密性好 制備方法：

（一）粉末冶金復(fù)合法

（二）鑄造凝固成型法

1、原生鑄造復(fù)合法

2、攪拌鑄造法

3、半固態(tài)鑄造復(fù)合法

4、含浸凝固法（MI技術(shù)）

5、離心鑄造法

6、加壓凝固鑄造法

7、熱浸鍍與反向凝固法

8、真空鑄造法

（三）噴射成型法

（四）疊位復(fù)合法

（五）原位生成復(fù)合法

1、直接氧化法

2、放熱彌散法

3、SHS鑄滲法

4、反應(yīng)噴射沉積技術(shù)

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(particulate reinforcedaluminum matrix composites, PRAMCs)以其基體合金可選擇范圍寬、成本低、易于用傳統(tǒng)工藝方法制備和加工、能實(shí)現(xiàn)批量和大規(guī)模生產(chǎn)、制備的材料表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性和各向同性而備受矚目。例如，由山東大學(xué)與曲阜金皇活塞有限公司聯(lián)合研制的SiCp/Al復(fù)合材料活塞已應(yīng)用于摩托車及小型汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)[10]。北京航空材料研究院研制的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料已應(yīng)用于衛(wèi)星的相機(jī)零件。

粉末冶金是最早開發(fā)的用于制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的工藝。它是將金屬粉末和增強(qiáng)陶瓷顆粒等經(jīng)篩分、均勻混合、冷壓固結(jié)、除氣、燒結(jié)，以及后續(xù)處理制得復(fù)合材料。

燒結(jié)后的試樣經(jīng)過熱擠壓可以減少空洞的數(shù)量、細(xì)化晶粒、改善復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度和SiC顆粒的分布，從而有效提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。經(jīng)過熱處理(如固溶、淬火和時(shí)效)后能進(jìn)一步強(qiáng)化復(fù)合材料的力學(xué)性能。

11.航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為工業(yè)王冠上的明珠，渦輪葉片為其中的重中之重，當(dāng)前渦 輪葉片的主要制造技術(shù)及技術(shù)瓶頸是什么？

目前，渦輪葉片主要以單晶高溫合金作為基體材料，采用熔模精密鑄造工藝進(jìn)行成形。在新材料方面，F(xiàn)136 發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪 3 級(jí)陶瓷基復(fù)合材料導(dǎo)向葉片，該導(dǎo)向葉片不再采用精密鑄造工藝進(jìn)行制造，而是基于化學(xué)氣相滲透法等方法進(jìn)行制備。葉片結(jié)構(gòu)形式的變化也會(huì)導(dǎo)致其制造工藝的變化，如多孔層板 Lamilloy結(jié)構(gòu)，Allison 公司為此發(fā)明了所謂的鑄冷（Castcool）制造技術(shù)，冷卻通道利用澆鑄成形加工。此外，隨著 3D 打印技術(shù)的發(fā)展及成熟，將 3D 打印技術(shù)應(yīng)用于渦輪葉片精密成形成為一大發(fā)展趨勢(shì)，如 GE 利用電子束熔覆（Electron Beam Melting, EBM）技術(shù)生產(chǎn)低壓渦輪葉片

技術(shù)瓶頸：

（1）材料難加工，切除率大

（2）葉片形狀與內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)復(fù)雜

（3）加工精度高，精鑄工藝流程復(fù)雜，成品率極低

13.根據(jù)你的了解，你認(rèn)為 3D 打印技術(shù)的發(fā)展前景及瓶頸是什么？

發(fā)展前景：

一是各種新型材質(zhì)的投入使用，可以打印出更多的真實(shí)物體，例如：新型高聚合材質(zhì)、納米材質(zhì)等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來適用于 3D 打印的基礎(chǔ)材料也將會(huì)大幅增加，而且會(huì)產(chǎn)生多元材料的混合制造，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜物體的制造。

二是基于技術(shù)的革新，其打印效率、速度都會(huì)得到迅速的發(fā)展。

三是應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣泛，不僅僅局限于早前的醫(yī)療、機(jī)械、航空領(lǐng)域，將會(huì)更加廣泛的應(yīng)用于家用的軍事上的機(jī)械零件、食品、廚具等范疇。

四是打印設(shè)備的兩型化、智能化。

3D 打印機(jī)具有靈活性、輕便性、移動(dòng)性，操作員可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令，產(chǎn)品可以在不同的地方生產(chǎn)并配送給客戶，顛覆了傳統(tǒng)的生產(chǎn)時(shí)間和地點(diǎn)不易改變得觀念，也顛覆了傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈、分銷網(wǎng)的部署格局，可以實(shí)現(xiàn)真正的云制造。瓶頸：

(1)成本較高?，F(xiàn)有3D打印機(jī)造價(jià)普遍較為昂貴，今年雖然多家公司推出了廉價(jià)3D家用打印機(jī)(1000美元以下)，但是苦于打印材料價(jià)格高居不下，導(dǎo)致總體成本偏高。

(2)打印材料限制。目前3D打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全性也存在一定隱患。(3)精度、速度和效率方面。目前3D打印成品的精度還不盡如人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。

(4)打印零件尺寸限制。目前的3D打印機(jī)并不能實(shí)現(xiàn)大尺寸零件的制造。

(5)產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面。3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制和擴(kuò)散，制造業(yè)面對(duì)的盜版風(fēng)險(xiǎn)大增，現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。

14.先進(jìn)金屬材料（制備、工藝等）的發(fā)展前景及理解。

先進(jìn)金屬材料是新型金屬材料和具有高性能的傳統(tǒng)金屬材料的總稱。如今，許多新興的金屬材料應(yīng)運(yùn)而生，加工制備工藝上不斷革新，出現(xiàn)了單向凝固技術(shù)，快速凝固，半固態(tài)加工技術(shù)，多孔金屬成型技術(shù)，噴射鑄造，微重力凝固，激光表面處理，爆炸成型等。除此之外，還有如快速冷凝金屬非晶和微晶材料、納米金屬材料、有序金屬間化合物、定向凝固柱晶和單晶合金等新型高性能金屬材料，如非晶態(tài)軟磁合金、形狀記憶合金、新型鐵氧體及超細(xì)金屬隱身材料、貯氫材料及活性生物醫(yī)用材料等新型金屬功能材料，向著高功能化和多功能化發(fā)展。

金屬材料工業(yè)，如鋼鐵工業(yè)已經(jīng)具有了一套相當(dāng)完整的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力，同時(shí)質(zhì)量穩(wěn)定，供應(yīng)方便，在性價(jià)比上也具有一定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)其資源也是有保證的，并且我們知道，金屬是可以回收循環(huán)使用的，其本身對(duì)環(huán)境沒有污染。最終要的是，在于金屬材料具有其他材料體系不能完全取代的獨(dú)特的性質(zhì)和使用性能，例如它具有很高的模量，較高的韌性，并且具有磁性和導(dǎo)電性等優(yōu)異的性能。而且，在其他材料發(fā)展的過程中，金屬材料也在不斷地推陳出新。在可以預(yù)見的將來，憑借其不可替代的功能，金屬材料仍將占據(jù)材料工業(yè)的主導(dǎo)地位。

第二篇：先進(jìn)材料制備技術(shù)

鋁基復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用

材料是人類賴以生存的必需品，是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代文明的重要支柱。而先進(jìn)材料對(duì)人類生活質(zhì)量的提高，對(duì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)其他技術(shù)的發(fā)展都起著重要的促進(jìn)作用。

先進(jìn)材料是新材料和具有高性能的傳統(tǒng)材料的總稱，既包括具有優(yōu)良性能的新材料，又包括具有高性能的傳統(tǒng)材料。

汽車工業(yè)是一個(gè)國家的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車工業(yè)是大型的、綜合性的加工產(chǎn)業(yè)，它可以帶動(dòng)和促進(jìn)系列相關(guān)工業(yè)和相關(guān)社會(huì)服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。相關(guān)的工業(yè)有冶金、石油化工、機(jī)械、電子電器、輕工、紡織等。相關(guān)的服務(wù)行業(yè)有交通運(yùn)輸、保險(xiǎn)、維修、商業(yè)等。這些工業(yè)和服務(wù)行業(yè)所涉及的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分巨大。在材料方面，汽車工業(yè)需用11大類材料，分別為鋼板、特種鋼、結(jié)構(gòu)用塑料和復(fù)合材料、非結(jié)構(gòu)用塑料和復(fù)合材料、橡膠、涂料、有色金屬合金（主要為鋁合金材料）、鑄件、陶瓷和玻璃、金屬基復(fù)合材料。汽車工業(yè)對(duì)材料的需求很大，僅美國每年需用6000萬噸以上。隨著現(xiàn)代汽車向輕量化、節(jié)能、環(huán)保、安全舒適方向發(fā)展，需用傳統(tǒng)材料提高性能，同時(shí)需要具有高性能的新型材料代替部分傳統(tǒng)材料。例如，采用IF鋼板和抗拉強(qiáng)度超過400MPa的超級(jí)鋼做汽車鋼板，可以減薄，減輕汽車車體質(zhì)量；采用新型的鋁基復(fù)合材料代替鑄鐵件，用深沖鋁合金板代替鋼板，都顯著減輕汽車質(zhì)量。自20世紀(jì)60年代以后，塑料件在汽車中的應(yīng)用逐漸增多，以工程塑料和復(fù)合材料為主，目前，在單臺(tái)轎車上的塑料件用量已接近120Kg。由于先進(jìn)材料的發(fā)展，汽車上使用的原材料結(jié)構(gòu)組成比逐年發(fā)生變化。

先進(jìn)復(fù)合材料的興起，克服了均一材質(zhì)材料的不具有多種性能的弱點(diǎn)，在汽車上應(yīng)用，既有利于減輕汽車自身質(zhì)量，又有利于提高性能。

一． 鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)

先進(jìn)鋁合金材料包括高強(qiáng)高韌性鋁合金材料、半固態(tài)鑄造成型鋁合金材料和耐腐蝕鋁合金材料等。

當(dāng)前鋁基復(fù)合材料的研究幾種在兩個(gè)方面：1.采用連續(xù)纖維增強(qiáng)的具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍幾種在很特殊的領(lǐng)域，如航空航天領(lǐng)域；2.采用不連續(xù)增強(qiáng)體增強(qiáng)的具有優(yōu)良性能的復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。

相對(duì)來說，后者具有制備工藝簡單、增強(qiáng)體成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)的潛力更大，因此成為當(dāng)前鋁基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。

1.纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造方法

為獲得無纖維損傷、無空隙、高性能的致密復(fù)合材料，必須考慮增強(qiáng)纖維與鋁及鋁合金間的潤濕性好壞和反應(yīng)性大小、增強(qiáng)纖維的分布狀態(tài)和高溫下的損傷老化程度及界面穩(wěn)定性等。纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造方法主要有熔融浸潤法、加壓鑄造法擴(kuò)散粘接法和粉末冶金法等。1.1 熔融浸潤法

熔融浸潤法是用液態(tài)鋁及鋁合金浸潤纖維束，或?qū)⒗w維束通過液態(tài)鋁及鋁合金熔池，使每根纖維被熔融金屬潤濕后除去多余的金屬面得到復(fù)合絲，再經(jīng)擠壓而制得復(fù)合材料。其缺點(diǎn)是當(dāng)纖維很容易被浸潤時(shí)，熔融鋁及鋁合金可能會(huì)對(duì)纖維性能造成損傷利用增強(qiáng)纖維表面涂層處理技術(shù)，可有效地改善纖維與金屬間的浸潤性和控制界面反應(yīng)。目前熔融浸(Al—Mg)等纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造。1.2 加壓鑄造法

加壓鑄造法是使熔融鋁及鋁合金強(qiáng)制壓入內(nèi)置纖維預(yù)制件的固定模腔，壓力一直施加到凝固結(jié)束。加壓鑄造法因高壓改善了金屬熔體的浸潤性，所制得復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維與鋁及鋁合金間的反應(yīng)最小，沒有孔隙和縮孔等常規(guī)鑄造缺陷。鑄造壓力和增強(qiáng)纖維含量對(duì)鋁基復(fù)合材料的性能有較大影響。加壓鑄造法成功地用于制造B／AI，SiC／A1，A1 Od(Al—Li)，A1 OJ(A1一Mg)等鋁基復(fù)合材料。1.3 擴(kuò)散粘接法

擴(kuò)散粘接法主要是指鋁箔與經(jīng)表面處理后浸潤鋁液的纖維絲或復(fù)合絲或單層板按規(guī)定的次序疊層，在真空或惰性氣體條件下經(jīng)高溫加壓擴(kuò)散粘接成型以得到鋁基復(fù)合材料的制造方法。此外，擴(kuò)散粘接法還包括常壓燒結(jié)法、熱壓法、高溫?cái)D拉法。目前采用擴(kuò)散粘接法制造的纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料有C／A1，B／A1，SiC／A1等。

1.4 粉末冶金法

粉末冶金法是傳統(tǒng)的粉末冶金工藝在新的工程材料制備上的發(fā)展。隨著制粉工藝的發(fā)展和分散工藝方法的完善，人們已經(jīng)利用粉末冶金法成功制備了大量性能優(yōu)異的鋁基復(fù)合材料。它們不僅具有高比強(qiáng)、高比模、低膨脹、高抗磨的特點(diǎn)，而且可以隨意調(diào)整工藝路線。這種方法制備的鋁基復(fù)合材料中增強(qiáng)相分布均勻，界面反應(yīng)易于控制，在性能和穩(wěn)定性上大大優(yōu)于其它工藝方法制備的材料。

2、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法： 2.1 液態(tài)金屬浸滲 1)擠壓鑄造

’ 擠壓鑄造是目前制造金屬基復(fù)合材料較成熟的一種方法。首次在工業(yè)上應(yīng)用的鋁基復(fù)合材料制件即13 本豐田公司制造的鋁基A 1，O，晶須增強(qiáng)汽車活塞就是用擠壓鑄造方法獲得的。擠壓鑄造是在液體壓力作用下將液態(tài)金屬滲入增強(qiáng)相預(yù)制塊中。在制造過程中，為了防止熔體過早冷卻，需要對(duì)壓模和預(yù)制塊進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度一般低于基體合金的液相線溫度。2)氣壓鑄造

用氣體壓力取代擠壓鑄造的液體壓力。就形成了氣壓浸滲制造復(fù)合材料工藝。氣壓浸滲工藝一般都施加真空作用，所需要的浸滲壓力較低，大都在十幾M P a 以下。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種氣壓浸滲工藝技術(shù)。3)無壓浸滲

無壓浸滲工藝是1 9 8 9 年L a n x i d e 公司：提出的專利技術(shù)，也稱為L a n x i d e 5 2 藝。在該工藝中，基體合金放在可控制氣氛的加熱爐中加熱到基體合金液相線以上溫度，在不加壓力的情況下合金熔體自發(fā)浸滲到 顆粒層或預(yù)制塊中。利用該方法可制造出近終形態(tài)的復(fù)合材料制品。因?yàn)闆]有壓力作用，浸滲模具材料選擇很容易，如可選用；透氣性好的耐火材料和燒結(jié)陶瓷材料。影響該工藝的主要因素為： 浸滲溫度、顆粒大小和環(huán)境氣體種類。無壓浸滲工藝本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)自潤濕作用。目前該工藝只能在一定條件下才能實(shí)現(xiàn)，合金含鎂和氮?dú)猸h(huán)境是兩個(gè)前提條件，因此無壓浸滲工藝具有局限性。2.2 彌散混合工藝

彌散混合工藝是用機(jī)械力作用使顆粒和熔體混合，然后澆注成鑄錠或復(fù)合材料制件。該工藝研究開始于6 0 年代。由于大多數(shù)類型的顆粒和鋁合金熔體之間具有不潤濕特點(diǎn)，因此為了使得顆粒和熔體之間完全結(jié)合，必須施加外力作用以克服熱力學(xué)表面障礙和黏滯阻力。該工藝主要包括： 攪拌鑄造、流變鑄造、螺旋擠壓、噴射分散、團(tuán)塊分散等方法。2.3 原位復(fù)合工藝

原位復(fù)合工藝是由加入到基體金屬熔體中的粉末或其它材料與基體反應(yīng)生成一定的增強(qiáng)相而制得復(fù)合材料的一種工藝。主要包括自蔓延合成工藝、X D 52 藝和氣液反應(yīng)工藝。這些工藝的主要優(yōu)點(diǎn)為： 陶瓷顆粒表面無污染，與基體界面相容性好，顆粒細(xì)小，因而材料增強(qiáng)效果好，是研究和開發(fā)復(fù)合材料很有效的方法” M a r i e t t a 公司開發(fā)的專利復(fù)合材料制造X D T M 技術(shù)。該技術(shù)是向有溶解能力的金屬(如A 1)中加入某幾種物質(zhì)使其發(fā)生化合反應(yīng)放熱生成需要的增強(qiáng)體。以T i B，顆粒在A l 基體中的形成為例，T i、B 和A l 以元素粉末的形成或以A l — T i、A l — B 合金的形式混合并加熱至足夠高的溫度形成熔融的A l 介質(zhì)，T i 或B 在其中擴(kuò)散析出T i B。典型的做法是先制備含高體積分?jǐn)?shù)(5 0 v 0 1％ 以上)的母合金，再加入到金屬基體中制得含所需體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。該技術(shù)可產(chǎn)生的陶瓷顆粒包括硼化物、碳化 物、氮化物和硅化物等。2.4 粉末冶金

粉末冶金是制備高熔點(diǎn)難成型金屬材料的傳統(tǒng)工藝。它是將快速凝固金屬粉末和增強(qiáng)陶瓷顆粒等經(jīng)篩分、混合、冷壓固結(jié)、除氣、熱壓燒結(jié)，以及壓力加工制得復(fù)合材料的一種工藝。研究結(jié)果表明，用粉末冶金工藝生產(chǎn)的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的綜合強(qiáng)度水平比用熔融金屬工藝生產(chǎn)的同種材料高，伸長率也較高，材料微觀組織結(jié)構(gòu)有所改善。但是這種工藝及設(shè)備復(fù)雜，金屬粉末與陶瓷顆?；旌蠒r(shí)會(huì)因顆粒分布不均，除氣不完全而導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)氣孔，溫度選擇不當(dāng)易造成汗析。另外，制得的復(fù)合材料坯件一般還需要二次成型。這種設(shè)備不適用于生產(chǎn)較大型件，所以對(duì)鋁基復(fù)合材料的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)有所限制。2.5 噴射沉積工藝

噴射沉積工藝是由英國S i n g e r 教授首創(chuàng)并干1 9 7 0 年正式公布。這一工藝早期應(yīng)用于一些金屬半成品的生產(chǎn)和制備，后來加利福尼亞大學(xué)L a v e r n i a E J 等人開始利用這一技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)武高輝等人對(duì)石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在空間遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。為了設(shè)計(jì)和制造出性能更加優(yōu)越的空間遙感器，對(duì)一種新型航天材料石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行了研究。突破了石墨纖維與鋁合金的界面反應(yīng)控制、纖維鋪層和纏繞設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，成功制備了石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，材料的密度為2．12×10 kg／m。，彈性模量為129 GPa，線膨脹系數(shù)為5．0×10 K。針對(duì)這種復(fù)合材料，摸索出一套完整的加工和后處理工藝，并首次把這種復(fù)合材料應(yīng)用在空間紅外遙感器鏡簡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的鏡筒較之鈦合金鏡筒減重31．8。最后，完成了鏡筒組件的加工裝配、透鏡的裝校和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鏡筒組件的一階諧振頻率為284 Hz，高于100 Hz的設(shè)計(jì)要求，振動(dòng)試驗(yàn)后光機(jī)系統(tǒng)沒有發(fā)生變化。上述工作表明，石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在航天遙感領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2．1 材料的特點(diǎn)分析

對(duì)于小型空間紅外遙感器來說，結(jié)構(gòu)部分不僅要滿足高剛度、高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性的要求，而且應(yīng)該盡量減輕質(zhì)量。本文研究的空間紅外遙感器鏡筒材料采用了石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（以下簡稱鋁基復(fù)合材料)，這種材料屬于長纖維增強(qiáng)(連續(xù)強(qiáng)化)金屬基復(fù)合材料，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬基復(fù)合材料研究所自 主研制。

與金屬材料相比，鋁基復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、高比強(qiáng)、高比模、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好、對(duì)缺口不敏感且抗磨損。與聚合物基復(fù)合材料相比鋁基復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：耐高低溫、防燃、尺寸穩(wěn)定、抗氧化、抗輻照、抗電磁脈沖、無氣化和導(dǎo)熱、導(dǎo)電、剪切強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、可直接加工螺紋和圓孔。

表1比較了常用航天材料的主要性能參數(shù)，從中可以看出，鋁基復(fù)合材料(Gr／A1)的密度比鋁小，但是彈性模量比鈦大。鋁基復(fù)合材料的比剛度很大，僅次于鈹，但它的生產(chǎn)過程不會(huì)像鈹一樣產(chǎn)生劇毒和污染。它的線膨脹系數(shù)為5．0×10 K，在±5O。C多次循環(huán)下，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，可以很好地滿足光學(xué)系統(tǒng)對(duì)溫度和結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性的要求。

比剛度和比強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好是鋁基復(fù)合材料的突出特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了它是一種制造空問相機(jī)鏡筒的理想材料。

2．3 材料的加工和處理工藝

鋁基復(fù)合材料是一種設(shè)計(jì)性很強(qiáng)的材料，可以按照設(shè)計(jì)者的要求進(jìn)行石墨纖維的鋪層、纏繞、毛坯件的精密成型，這樣既可以提高材料性能，又可以節(jié)約昂貴的石墨纖維，降低成本。設(shè)計(jì)人員也可以根據(jù)材料纖維鋪層和纏繞的特性，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)合理的過渡與連接，充分利用材料特點(diǎn)，使零部件獲得更好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。這種材料還可以直接加工圓孔和螺紋，不需要安裝預(yù)埋件，較之樹脂基復(fù)合材料使用起來更加方便。

圖2列舉了一種典型石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件的加工工藝流程。需要特別注意的是在鋁基復(fù)合材料的切削加工過程中，一般應(yīng)使用金剛石刀具，而且不能使用冷卻液。由于石墨纖維的存在，普通刀具很容易磨損，切削力的穩(wěn)定性很差，易引起機(jī)床的振動(dòng)，切削速度也不宜過高。圖3展示的是鋁基復(fù)合材料的毛坯料，圖4展示的是精加工后的鋁基復(fù)合材料，從圖中可以看出鋁基復(fù)合材料的表面 加工質(zhì)量完全可以達(dá)到鈦合金的水平。這種鋁基復(fù)合材料發(fā)黑過程實(shí)際就是在材料表面鍍覆雙層金屬(Ni P合金和Zn)，再進(jìn)行黑色鈍化處理，這樣就可以獲得耐蝕性能及光學(xué)性質(zhì)良好的膜層，膜層總厚度約為30／xm。最后通過超聲無損檢 測(cè)來檢驗(yàn)零件內(nèi)部是否存在缺陷。

．4 應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用鋁基復(fù)合材料進(jìn)行了空間紅外遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。已經(jīng)公開的相關(guān)文獻(xiàn)表明，本文所研究的鋁基復(fù)合材料是首次應(yīng)用于空間光學(xué)鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鏡筒是保證紅外遙感器成像質(zhì)量的重要部件。鏡筒的結(jié)構(gòu)形式、鏡筒材料的選擇、鏡筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要滿足光學(xué)系統(tǒng)的要求，而且要滿足力學(xué)性能和真空高低溫環(huán)境的要求，同時(shí)盡可能降低質(zhì)量。特別是對(duì)光學(xué)透鏡組件來說，其加工與裝配都有嚴(yán)格的公差要求，也只有保證各個(gè)鏡片及其相對(duì)位置在空間使用過程中仍然保持地面上的裝校精度，才能獲得高清晰度和滿意的遙感圖像。鏡筒主要零件使用了上述體積百分比為50 的M40／A1復(fù)合材料。材料的具體參數(shù)為：密度2．12 x 10。kg／m。，彈性模量l29 GPa，線膨脹系數(shù)5．0×10 K_。，經(jīng)過±5O℃多次循環(huán)下，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定。經(jīng)過加工后，零件安裝透鏡的端面位置平行度公差可以達(dá)到10 m，表面粗糙度達(dá)到1．6，說明了這種復(fù)合材料的加工精度可以達(dá)到金屬材料的精度。零件表面發(fā)黑后測(cè)量紅外發(fā)射率為0．856(5O℃)。由于衛(wèi)星所提供的安裝空間有限，本文采用了轉(zhuǎn)折光路設(shè)計(jì)，如圖5所示。鏡筒組件結(jié)構(gòu)如圖6所示。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1)鏡筒由遮光罩、窗口鏡筒、大鏡筒、中鏡 簡、轉(zhuǎn)折鏡筒、反射鏡壓板幾部分組成；

(2)遮光罩由鋁蜂窩內(nèi)膽和碳纖維復(fù)合材料外殼組成，具有去除雜散光的功能。窗口鏡筒、大鏡筒、中鏡筒使用鋁基復(fù)合材料制造。轉(zhuǎn)折鏡筒由于形狀不規(guī)則，采用鈦合金精密鑄造而成；

(3)鋁基復(fù)合材料鏡筒的設(shè)計(jì)過程中特別注意了結(jié)構(gòu)過渡處理，考慮具體的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)相應(yīng)的圓角和連接方式，可以更好地適應(yīng)纖維鋪層、纏繞的要求。其加工工藝符合圖2中的工藝流程；

(4)考慮到鏡筒的直徑比較小，主鏡筒采用分體結(jié)構(gòu)，便于透鏡的安裝和調(diào)試，透鏡各個(gè)安裝端面要求有高的形位公差，以保證各個(gè)透鏡的相互平行；

(5)通過紅外定心儀來調(diào)整各片透鏡的同軸度。透鏡邊緣注入XM-23膠，可以固定透鏡，同時(shí)保證了透鏡和鏡筒之間的柔性連接，有一定的減振效果；

(6)平面反射鏡通過反射鏡壓板與轉(zhuǎn)折鏡筒連接，反射鏡壓板在結(jié)構(gòu)上能實(shí)現(xiàn)反射鏡角度調(diào)整；

(7)鏡筒組件通過螺釘緊固，本身自成一體，這樣可以減輕外部干擾對(duì)鏡筒組件的影響。外部通過兩個(gè)鋁合金支撐座安裝固定，如圖7所示。

陜西理工學(xué)院徐峰等人A12 03顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能焊接頭微觀組織及性能。對(duì)0．3 mm厚Al：O，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板進(jìn)行了儲(chǔ)能點(diǎn)焊連接研究試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)其微型點(diǎn)焊接頭由熔核區(qū)、熱影響區(qū)和熔核向熱影響區(qū)過渡的熔合區(qū)(線)組成。由于儲(chǔ)能焊極短的焊接時(shí)間，大的冷卻速率達(dá)到106 K／s，使得熔核組織顯著細(xì)化，具有快速凝固特征。熔核中增強(qiáng)相A1 O 顆粒發(fā)生偏聚現(xiàn)象，在熔核邊緣區(qū)域出現(xiàn)了氣孔缺陷。當(dāng)焊接電容C=6 600、電壓U=80 V、電極壓力F=18 N時(shí)，獲得較高力學(xué)性能的焊接接頭。

試驗(yàn)選用A1 O。／2024A1復(fù)合材料作為母材，由粉末冶金法制備而成。A1：O，顆粒平均直徑15 m、體積分?jǐn)?shù)10％，基體金屬為2024A1。焊接試樣的尺寸為10 mm×5 ITlm X0．3 mm的薄板材，系線切割加工而成。

1．2 儲(chǔ)能焊焊接

試樣經(jīng)金剛砂紙打磨、丙酮清洗和烘干，裝配如圖I所示的搭接接頭。在微型電容儲(chǔ)能焊機(jī)上進(jìn)行點(diǎn)焊連接。焊接主要參數(shù)為：電容6 600 ixF、電壓70～110 V、電極力15—20 N。焊接熱輸入(E)、焊接電壓(U)和電容(C)之問的函數(shù)關(guān)系為E=C ／2。因此，焊接熱輸人為】6．17—39．9 J

2．1 接頭整體相貌

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能點(diǎn)焊接頭整體形貌如圖2所示。接頭由3個(gè)區(qū)域組成：形狀較規(guī)則的扁平熔核區(qū)、熔核周圍的熱影響區(qū)及熔核向母材過渡的熔合區(qū)(線)。熔核直徑約為780 Ixm，最大厚度約320 txm，約占總厚度的1／2，焊點(diǎn)熔核直徑符合要求，熔核邊緣鄰近接合面的區(qū)域出現(xiàn)了氣孔，對(duì)應(yīng)著圖中的黑色區(qū)域。熔合區(qū)較窄，勾勒出熔核和母材之間的分界線，其組織細(xì)小未發(fā)現(xiàn)缺陷；熱影響區(qū)組織未發(fā)生明顯的粗化，與母材原始組織保持良好的一致性?？梢?，儲(chǔ)能焊可實(shí)現(xiàn)A1：0，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板的點(diǎn)焊連接，能獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

圖1 搭接接頭示意圖

2．2 熔核組織

圖3為A1 0 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能點(diǎn)焊接頭熔核組織。從圖中可以看出，母材經(jīng)過儲(chǔ)能焊接過程后，熔核組織相對(duì)于基體組織發(fā)生明顯細(xì)化，是由于焊接接頭的形成過程是在電極力的作用下快速凝固，抑制了組織的長大從而細(xì)化了熔核組織；另一方面，熔核金屬的熔化及其凝固過程是在電容瞬間放電所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)氛圍中完成的，強(qiáng)力的磁場(chǎng)攪拌作用也是接頭組織細(xì)化的原因。熔核中的A1：0 顆粒增強(qiáng)相在熔合區(qū)(線)周圍發(fā)生了偏聚，原因是由于增強(qiáng)相A1：0，顆粒與鋁合金基體的導(dǎo)熱率和熔點(diǎn)相差很大，導(dǎo)致熔池粘度增大，熔池金屬的流動(dòng)性降低，液相與固相互相并存使得增強(qiáng)相分布不均；在凝固過程中A1 0，顆粒增強(qiáng)相不能成為結(jié)晶核心，凝固界面前沿對(duì)增強(qiáng)相的推移造成了增強(qiáng)相的偏析；另外，由于較小的電極力使得未能擠出熔核的A1：0，顆粒聚集在熔合區(qū)的邊緣。

圖2 儲(chǔ)能焊熔核整體形貌 圖3 熔核組織

2．3 熔核的快速凝固

電容儲(chǔ)能點(diǎn)焊利用電容瞬時(shí)放電產(chǎn)生的電流經(jīng)電極加載在被焊板材上，形成放電回路。板材接觸電阻瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量使接觸界面板材局部熔化，在電極力的作用下形成熔核。電容放電結(jié)束后，由于cu電極和周圍基體的快速吸熱，熔核處于較大的過冷狀態(tài)，熔核的冷卻速率很大(達(dá)到106 K／s)，高的冷卻速率使熔核的形核率顯著增大，熔核組織均勻細(xì)小。由于焊接接頭尺寸很小，焊接過程中形成的微小熔核中具有較小的溫度梯度，凝固速度快，同時(shí)也避免了基體組織的迅速長大而形成粗大的柱狀晶，接頭組織因動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成較為均勻細(xì)小的柱狀晶，晶粒非常細(xì)小與母材組織相比晶粒度明顯提高，形成了具有快速凝固特征的微觀組織焊接接頭，提高了焊接質(zhì)量。

2．4 焊接接頭力學(xué)性能

2．4．1 接頭的顯微硬度

A1 0。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能點(diǎn)焊接頭顯微硬度分布測(cè)試結(jié)果如圖4所示。焊核區(qū)中心組織與母材相近，但由于部分A1：0 顆粒的偏析增加該區(qū)域的硬度；熱影響區(qū)處于很短暫的過熱狀態(tài)，與母材相比組織粗大變化不明顯，所以熱影響硬度略有提高，但硬度變化不大；熔合區(qū)(線)由于又處于固液兩相之間。成分和組織不均勻，大的冷卻速率，使得熔合區(qū)出現(xiàn)較明顯的加工硬化現(xiàn)象，同時(shí)大量增強(qiáng)相A1 0，顆粒的偏析增大了接頭硬度，顯微硬度達(dá)到113．5 HV，焊接熱過程不會(huì)造成硬度的顯著提高。2．4．2 接頭的剪切強(qiáng)度

點(diǎn)焊接頭的剪切強(qiáng)度主要取決于電極力、焊接電壓和焊接能量等工藝參數(shù)。在電極壓力作用下熔核周圍金屬會(huì)發(fā)生塑性變形和強(qiáng)烈的再結(jié)晶而形成先于熔核生長的塑性環(huán)，對(duì)消除焊點(diǎn)缺陷、改善金屬組織和提高力學(xué)性能具有較大作用。而電壓對(duì)焊接能量有直接的影響，焊接能量過小被焊材料不能被加熱到熱塑性狀態(tài)；而焊接能量過大很容易產(chǎn)生飛濺和擊穿，都很難得到力學(xué)性能好的接頭。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊接電壓一定時(shí)，隨著電極力的增加，接頭剪切強(qiáng)度也隨之增加。當(dāng)電極力達(dá)到l8 N時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值132．5 MPa，進(jìn)一步增強(qiáng)電極力接頭強(qiáng)度開始逐漸降低，如圖5所示。通過綜合分析顯微硬度和剪切強(qiáng)度與焊接參數(shù)之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)對(duì)于0．3 mm厚的A1：0，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板儲(chǔ)能焊，焊接參數(shù)：電容C=6 600 IxF、電壓U=150—170 V和焊接電極力F=17—19 N時(shí)，可獲得綜合性能優(yōu)良的焊接接頭。

圖4 接頭顯微硬度 圖5 接頭剪切強(qiáng)度

2．5 斷口形貌分析

圖6是Al O，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料儲(chǔ)能焊接頭斷口形貌。斷口主要為韌性斷裂韌窩、準(zhǔn)解理面、Al：O，顆粒以及拉拔掉A1：0，顆粒的殘留凹坑，增強(qiáng)相AI 0，顆粒與基體結(jié)合緊密，故可以保證焊接接頭強(qiáng)度。經(jīng)x衍射射線分析，其組織由OL(A1)+A1 0，+少量的其它相(CuA1：和CuA1 Mg)組成。

接頭斷口形貌 結(jié)論

(1)采用儲(chǔ)能焊方法可實(shí)現(xiàn)0．3 mm厚的A1 0，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板的點(diǎn)焊連接，微型接頭由熔核、熱影響區(qū)及熔合區(qū)組成。熔核厚度約占接頭厚度 的1／2，熔核向基體金屬過渡良好。

(2)由于儲(chǔ)能焊瞬間放電的特點(diǎn)，接頭冷卻速率大使得接頭組織具有快速凝固的特征。

(3)斷口主要為韌性斷裂韌窩，增強(qiáng)相A1：O，顆粒與基體結(jié)合緊密，其相組織由O／(A1)+AI：O，少量的其它相(CuA1 和CuA1：Mg)組成。(4)對(duì)于0．3 mm厚的A1：O，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料薄板的儲(chǔ)能焊，當(dāng)電容C=6 600 IxF、電壓 U=150—170 V和焊接電極力F=17—19 N時(shí)，剪切強(qiáng)度可達(dá)到132．5 MPa，獲得綜合性能優(yōu)良的焊接接頭。

第三篇：金屬納米材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

金屬納米材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

摘要：本文從金屬納米材料這一金屬材料重要分支進(jìn)行了簡要的闡述，其中重點(diǎn)講述了強(qiáng)行塑性變形及膠束法制備納米材料，并分析了金屬納米材料的現(xiàn)狀及對(duì)今后的展望。

關(guān)鍵字：晶粒細(xì)化；強(qiáng)烈塑性變形；膠束法；塊狀納米材料

引言：

金屬材料是指金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。

現(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)金屬材料的服役性能提出了更高的要求，各國科學(xué)家積極投身于金屬材料領(lǐng)域，向金屬材料的性能極限不斷逼近，充分利用其為人類服務(wù)。

一種嶄新的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，往往需要新材料的支持。例如，人們?cè)缇椭绹姎馐胶娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)比螺旋槳航空發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于沒有合適的材料能承受噴射出燃?xì)獾母邷兀沁@種理想只能是空中樓閣，直到1942年制成了耐熱合金，才使噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的制造得以實(shí)現(xiàn)。

1金屬納米材料的提出

從目前看，提高金屬材料性能的有效途徑之一是向著金屬結(jié)構(gòu)的極端狀態(tài)發(fā)展:一方面認(rèn)為金屬晶界是薄弱環(huán)節(jié),力求減少甚至消除晶界,因此發(fā)展出了單晶與非晶態(tài)合金;另一方面使多晶體的晶粒細(xì)化到納米級(jí)(一般<100 nm,典型為10 nm左右)[1]。細(xì)化晶粒是金屬材料強(qiáng)韌化的重要手段之一,它可以有效地提高金屬材料的綜合力學(xué)性能,尤其是當(dāng)金屬材料的晶粒尺寸減小到納米尺度時(shí),金屬表現(xiàn)出更加優(yōu)異的力學(xué)性能[2]。因此,金屬材料晶粒超細(xì)化/納米化技術(shù)的發(fā)展備受人們關(guān)注,一系列金屬納米材料的制備技術(shù)相繼提出并進(jìn)行了探索,包括電沉積法、濺射法、非晶晶化法、強(qiáng)烈塑性變形法(Severe Plastic Deformation, SPD)、[3]粉末冶金法以及熱噴涂法等。

金屬納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度或由它們作為基本單元構(gòu)成的金屬材料。若按維數(shù)，納米材料的基本單元可分為(類：一是零維。指在空間三維尺度均在納米尺度，如納米粉體、原子團(tuán)簇等；二是一維。指在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；三是二維。指在三維空間中有一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜及超晶格等。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料[4]。金屬納米顆粒表現(xiàn)出許多塊體材料所不具備的優(yōu)越性質(zhì),可用于催化、光催化、燃料電池、化學(xué)傳感、非線性光學(xué)和信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

以金金屬具體來說，與塊狀金不同，金納米粒子的價(jià)帶和導(dǎo)帶是分開的。當(dāng)金粒子尺寸足夠小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)，引起金納米粒子向絕緣體轉(zhuǎn)化，并形成不同能級(jí)間的駐電子波。若其能級(jí)間隔超出一定的范圍并發(fā)生單電子躍遷時(shí)，將表現(xiàn)出特殊的光學(xué)和電子學(xué)特性，這些性質(zhì)在晶體管、光控開關(guān)、傳感器方面都有其潛在的應(yīng)用前景。是因?yàn)榻鸺{米粒子的特殊性質(zhì)，使其在生物傳感器、光化學(xué)與電化學(xué)催化、光電子器件等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。近幾年來，基于金納米粒子在發(fā)生吸附后其表面等離子共振峰會(huì)發(fā)生紅移這一性質(zhì)，對(duì)擔(dān)載金納米粒子的DNA及糖類分子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其在免疫、標(biāo)定、示蹤領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。此外，金納米粒子作為一種新型催化劑在催化氧化反應(yīng)中有著很高的催化活性，而擔(dān)載金納米粒子后，TiO2薄膜的光催化活性極大提高[5]。

2金屬納米材料的制備技術(shù)

如今，金屬納米材料的制備技術(shù)已趨于多樣化發(fā)展，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)具有不同的分類方法。其中基本的可分為物理法，化學(xué)法及其他方法，物理法大致包括粉碎法和構(gòu)筑法，化學(xué)法由氣相反應(yīng)法和液相法。物料的基本粉碎方式是壓碎、剪碎、沖擊粉碎和磨碎。常借助的外力有機(jī)械力、流能力、化學(xué)能、聲能、熱能等。一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機(jī)和振動(dòng)磨是磨碎和沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合。構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子。

氣相法制備金屬納米微粒，主要有氣相冷凝法、活性氫—熔融金屬反應(yīng)法、濺射法、流動(dòng)液面上真空蒸鍍法、通電加熱蒸發(fā)法、混合等離子法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法、爆炸絲法、化學(xué)氣相凝聚法和燃燒火焰—化學(xué)氣相凝聚法。

液相法制備金屬納米微粒，主要有沉淀法、噴霧法、水熱法、溶劑揮 發(fā)分解法、溶膠—凝膠法、輻射化學(xué)合成法。此外還包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、微波等離子體、低壓火焰燃燒、電化學(xué)沉積、溶液的熱分解和沉淀等。

2.1塊體材料制備

金屬納米塊體材料制備加工技術(shù):兩種大塊金屬納米材料的制備方法[6]-[8]。第一種是由小至大，即兩步過程，先由機(jī)械球磨法、射頻濺射、溶膠—凝膠法、惰性氣體冷凝法等工藝制成納米顆粒，再由激光壓縮、原位加壓、熱等靜壓或熱壓制成大塊金屬納米材料。凡能獲得納米粉末的方法一般都會(huì)通過后續(xù)加工得到大塊金屬納米材料。第二種方法為由大變小，是將外部能量引入或作用于母體材料，使其產(chǎn)生相或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，直接制備出塊體納米材料。諸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能機(jī)械球磨、嚴(yán)重塑性形變、滑動(dòng)磨損、高能粒子輻照和火花蝕刻等。使大塊非晶變成大塊納米晶材料或利用各種沉積技術(shù)獲得大塊金屬納米材料。

大塊金屬納米材料制備技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是工藝簡單，產(chǎn)量大及適應(yīng)范圍寬，能獲得樣品界面清潔且無微孔的大尺寸納米材料制備技術(shù)。其發(fā)展方向是直接晶化法。實(shí)際上今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)塊狀納米晶樣品制備仍以非晶晶化法和機(jī)械合金化法為主[4]?，F(xiàn)在需要克服的是機(jī)械合金化中微孔隙的大量產(chǎn)生，亦應(yīng)注意其帶來的雜質(zhì)和應(yīng)力的影響。今后納米材料制備技術(shù)的研究重點(diǎn)將是高壓高溫固相淬火，脈沖電流及深過冷直接晶化法和與之相關(guān)的復(fù)合塊狀納米材料制備及研究工作。

2.2 強(qiáng)烈塑性變形法（SPD技術(shù)）

強(qiáng)烈塑性變形法（SPD技術(shù)）是在不改變金屬材料結(jié)構(gòu)相變與成分的前提下,通過對(duì)金屬材料施加很大的剪切應(yīng)力而引入高密度位錯(cuò),并經(jīng)過位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、重排和湮滅等一系列過程,將平均晶粒尺寸細(xì)化到1μm以下,獲得由均勻等軸晶組成、大角度晶界占多數(shù)的超細(xì)晶粒金屬材料的一種工藝方法[9]。SPD是一種致力材料納米化的方法,其特點(diǎn)是利用劇烈塑性變形的方式,在較低溫度下(一般<0.4Tm, Tm為金屬熔點(diǎn))使常規(guī)金屬材料粗晶整體細(xì)化為大角晶界納米晶,無結(jié)構(gòu)相變與成分改變,其主要的變形方式是剪切變形。它不僅是一種材料形狀加工的手段,而且可以成為獨(dú)立改變材料內(nèi)部組織和性能的一種技術(shù),在某些方面,甚至超過熱處理的功效。它能充分破碎粗大增強(qiáng)相,尤其是在促使細(xì)小顆粒相均勻分布時(shí)比普通軋制、擠壓效果更好,顯著提高金屬材料的延展性和可成形性。在應(yīng)用方面,到目前為止,通過SPD法取得了純金屬、合金鋼、金屬間化合物、陶瓷基復(fù)合材料等的納米結(jié)構(gòu),而且投入了實(shí)際應(yīng)用并獲得了認(rèn)可[3]。譬如,通過SPD法制備的納米Ti合金活塞,已用于小型內(nèi)燃機(jī)上;通過SPD法制備的納米Ti合金高強(qiáng)度螺栓,也已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和宇宙飛船上。這些零件可以滿足高強(qiáng)度、高韌性、較高的疲勞性能的要求,從而大大提高了使用壽。

經(jīng)過近年的快速發(fā)展,人們對(duì)采用SPD技術(shù)制備金屬納米/超細(xì)晶材料已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)。但是,不管是何種SPD法制備納米材料,目前,還處在工藝可行性分析及材料局部納米化的實(shí)驗(yàn)探索階段,存在諸如成形效率低、變形過程中出現(xiàn)疲勞裂紋、工件尺寸小、顯微組織不均勻、材料納米化不徹底等問題,對(duì)SPD制備納米/超細(xì)晶金屬材料的成形機(jī)理沒有統(tǒng)一的定論。

2.3膠束法

膠束法是控制金屬納米顆粒形狀的另一個(gè)重要方法[10]。膠束以一小部分增溶的疏水物質(zhì)或親水物質(zhì)形式存在。如果表面活性劑的濃度進(jìn)一步增大,增溶程度會(huì)相應(yīng)提高。膠束尺寸可增大到一定的范圍,此時(shí)膠束尺寸比表面活性劑的單分子層厚度要大很多,這是因?yàn)閮?nèi)池中的水或者油的量增大的緣故。如果表面活性劑的濃度進(jìn)一步增大,膠束則會(huì)被破壞而形成各種形狀,這也為合成不同形狀的納米粒子提供了可能。合成各種形貌的金屬納米顆粒的方法還包括高溫分解法、水熱法、氣相沉積法、電化學(xué)法等。其中,高溫分解法是在高溫下分解前驅(qū)體;水熱法是一種在高溫高壓下從過飽和水溶液中進(jìn)行結(jié)晶的方法;氣相沉積法是將前驅(qū)體用氣體帶入反應(yīng)器中,在高溫襯底上反應(yīng)分解形成晶體。這3種方法均可以得到純度高、粒徑可控的納米粒子,但是制備工藝相對(duì)復(fù)雜,設(shè)備比較昂貴。電化學(xué)方法中可采用石墨、硅等作陰極材料,在水相中還原制備不同金屬納米顆粒,也可采用模板電化學(xué)法制備金屬納米管、納米線等不同形貌的納米材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單,但目前還沒有大規(guī)模合成方面的應(yīng)用。

2.4雙模板法制納米點(diǎn)陣[11]

采用先后自組裝、沉積和溶解的方法，制成2種模板，然后在其中空球模板中電化學(xué)沉積得到納米粒子點(diǎn)陣，溶去另外一種模板后得到納米粒子點(diǎn)陣。這是目前獲得粒子均勻排列有序納米粒子點(diǎn)陣的最有效的方法，關(guān)鍵是如何控制粒子的大小和獲得較窄且均勻的粒度分布。

3金屬納米材料的現(xiàn)狀分析

納米技術(shù)在生產(chǎn)方式和工作方式的變革中正在發(fā)揮重要作用，它對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)繁榮、國家安定和人類生活質(zhì)量的提高所產(chǎn)生的影響無法估量。鑒于納米技術(shù)及納米材料特別是金屬納米材料在未來科技中的重要地位及產(chǎn)業(yè)化的前景一片光明，目前世界上各國特別是發(fā)達(dá)國家非常重視金屬納米材料，從戰(zhàn)略高度部署納米技術(shù)研究，以提高未來10年至20年在國際上的競(jìng)爭能力。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者羅雷爾說過：20世紀(jì)70年代重視微米研究的國家如今都成為發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)今重視納米技術(shù)和納米材料的國家極可能成為下世紀(jì)的先進(jìn)國家。最近美國在國家科學(xué)技術(shù)理事會(huì)的主持下，提出“國家納米技術(shù)倡議”：納米技術(shù)將對(duì)21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)、國防和社會(huì)產(chǎn)生重大影響，可能與信息及生物技術(shù)一樣，引導(dǎo)下一個(gè)工業(yè)革命，應(yīng)該置其于科技的最優(yōu)先位置。世界各國制定納米技術(shù)和納米材料的戰(zhàn)略是：以未來的經(jīng)濟(jì)振興和國家的實(shí)際需求為目標(biāo)，牽引納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)研究；組織多學(xué)科的科技人員交叉創(chuàng)舉，重視基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的銜接，重視技術(shù)集成；重視納米材料和技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品，提高高技術(shù)含量，同時(shí)部署納米技術(shù)和納米材料在環(huán)境、能源和信息等重要領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。我國納米技術(shù)和納米材料始于20世紀(jì)80年代末?！鞍宋濉逼陂g，納米材料科學(xué)列入國家攀登項(xiàng)目。納米材料的應(yīng)用研究自1996年以后在準(zhǔn)一維納米絲納米電纜的制備等幾個(gè)方面取得了重大成果。我國約有1萬人從事納米研究與發(fā)展，擁有20多條生產(chǎn)能力在噸級(jí)以上的納米材料粉體生產(chǎn)線。生產(chǎn)的納米金屬與合金的種類有：銀、鈀、銅、鐵、鈷、鎳、鋁、鉭、銀-銅合金、銀-錫合金、銦-錫合金、銅-鎳合金、鎳-鋁合金、鎳-鐵合金、鎳-鈷合金[4]。

4結(jié)束語及展望

隨著金屬納米科技的發(fā)展,金屬納米材料的制備已日漸成熟,并廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)方面，金屬納米科學(xué)也將成為受人矚目的學(xué)科。但目前還存在一些不足，如在對(duì)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程與機(jī)理的探索、金屬納米材料的規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用等方面還需要我們進(jìn)行更加深入和系統(tǒng)的研究。不過，我們有理由相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，上述金屬納米材料化學(xué)制備的新技術(shù)和新方法將會(huì)得到不斷創(chuàng)新與發(fā)展完善并將產(chǎn)生新的突破，它們將極大地推動(dòng)金屬納米材料的規(guī)模制備與廣泛實(shí)際應(yīng)用，并最終在不久的將來產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

今后金屬納米的發(fā)展趨勢(shì)： 1在制備方面，大量的新方法、新工藝不斷出現(xiàn)，希望找到產(chǎn)量大、成本低、無污染、尺寸可控的制備方法，為產(chǎn)業(yè)化服務(wù)。

2實(shí)用化研究提到日程上，出現(xiàn)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用并行發(fā)展的問題，對(duì)傳統(tǒng)金屬材料進(jìn)行納米改性，以期獲得優(yōu)良性能。

3日益體現(xiàn)出多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)材料的研究不僅依賴于物理、化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，而且同電子學(xué)、生物學(xué)、測(cè)量學(xué)等產(chǎn)生越來越緊密的聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]GleiterH.Nanocrystalline materials [J].Progress in Materials Science, 1989, 33(4): 223-315.[2]王軍麗,史慶南.納米超細(xì)晶材料的制備方法[J].材料導(dǎo)報(bào), 2005, 19(5): 15-19.[3]楊保健,夏琴香,張 鵬.SPD制備納米/超細(xì)晶金屬材料的成形方法[J].鍛壓技術(shù)，2011,36（2）:48-51.[4]張代東,王欽清.金屬納米材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)研究[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2002,12（5）:89-91.[5] 姚素薇，鄒毅，張衛(wèi)國.金納米粒子的特性、制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2007,26（3）:310-313.[6] 田春霞.金屬納米塊體材料制備加工技術(shù)及應(yīng)用[J].材料科學(xué)與

工程，2001,19（4）:127-131.[7] 李景新，黃因慧，沈以赴.納米材料的加工技術(shù)[J].材料科學(xué)與工

程，2001,19（4）:117-121.[8] 劉建軍，王愛民，張海峰.高壓原位合成塊體納米鎂-鋅合金[J].材料研究學(xué)報(bào)，2001,15（3）:299-302.[9] Valiev R Z, Islamgaliev R K, Alexandrov I V.Bulk nano-structured materials from severe plastic deformation [J].Prog.Mater.Sci., 2000, 45(2): 103-189 [10] 劉惠玉,陳 東,高繼寧.貴金屬納米材料的液相合成及其表面等離子體共振性質(zhì)應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2006,18（7/8）:890-894.[11] 曹立新，屠振密，李寧.電沉積法制備單金屬納米晶材料的研究進(jìn)展[J].材料保護(hù)，2009，42（6）:47-52.

第四篇：材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

微膠囊相變儲(chǔ)能材料及其制備技術(shù)研究進(jìn)展評(píng)述

摘要：相變材料是利用物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)需要吸收或放出大量熱量的性質(zhì)來儲(chǔ)熱。微膠囊相變材料(Microencapsulated Phase Change Material，MCPCM)是應(yīng)用微膠囊技術(shù)在固—液相變材料微粒表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料。在固液相變材料表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。本文介紹了微膠囊相變材料及其結(jié)構(gòu)組成、性能；綜述了微膠囊相變材料的制備工藝、研究進(jìn)展和應(yīng)用領(lǐng)域；分析了各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出了制備微膠囊相變材料中存在的問題及今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：相變材料；微膠囊；復(fù)合材料；制備工藝 概述

1.1相變儲(chǔ)能材料簡介

1.1.1相變材料的含義

相變材料主要利用其在相變過程中吸收或放出的熱能，在物相變化過程中與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換(從外界環(huán)境吸收熱量或向外界環(huán)境放出熱量)，從而達(dá)到能量利用和控制環(huán)境溫度的目的。物質(zhì)的存在狀態(tài)通常有三相:固相、液相和氣相。當(dāng)物質(zhì)從一種相態(tài)變化到另一種相態(tài)叫相變。相變的形式主要有四種：固一固相變；固一液相變；液一氣相變；固一氣相變。當(dāng)一種物質(zhì)能夠發(fā)生四種相變中的任意一種相變時(shí)，都可稱為相變材料。如果從發(fā)生相變的過程來看，這種相變材料在吸熱和放熱的過程中，能夠把熱能儲(chǔ)存起來，并對(duì)其周圍環(huán)境溫度調(diào)節(jié)控制[1]。1.1.2相變材料的特點(diǎn)

熱能儲(chǔ)存的方式一般有顯熱、潛熱和化學(xué)反應(yīng)熱只種。相變材料是利用自身在發(fā)生相變過程中吸收或釋放一定的熱量來進(jìn)行潛熱儲(chǔ)能的物質(zhì)，該材料是通過材料自身的相態(tài)變

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

透。MariaTelkes博士從1950年就著手對(duì)相變材料進(jìn)行研究，他發(fā)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)硼砂可以把十水硫酸鈉過冷度降低將近3℃，并預(yù)計(jì)測(cè)出了該材料的相變次數(shù)可以達(dá)到2000次。在工程建筑應(yīng)用方面，美國科學(xué)實(shí)驗(yàn)室已成功研制一種利用十水硫酸鈉共熔混合物做相變芯材的太陽能建筑板，并進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，取得了較好的效果。美國的Dayton大學(xué)的J.K.Kssock等人將十八烷做為自己的實(shí)驗(yàn)相變材料，采用了浸泡法制成相變墻板，然后建筑一廣一個(gè)相變墻實(shí)驗(yàn)房和一個(gè)普通墻實(shí)驗(yàn)房進(jìn)行比較，試驗(yàn)顯示出相變墻板房內(nèi)的溫度相對(duì)來說比較平穩(wěn)，如果將相變墻應(yīng)用在實(shí)際建筑物中，可以適當(dāng)?shù)奶岣呔幼〉氖孢m性、削減電力的高峰負(fù)荷。

目前在研究的發(fā)展趨勢(shì)中，相變材料的研究主要表現(xiàn)為：開發(fā)復(fù)合儲(chǔ)熱材料；研發(fā)復(fù)合相變材料的多種工藝技術(shù)；納米技術(shù)在復(fù)合相變材料領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

1.2相變材料的微膠囊化

如何將相變材料進(jìn)行有效的包裝，一直是相變材料研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。較為先進(jìn)的納米復(fù)合法是將納米材料的界面效應(yīng)和較大的比表而積與相變材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可制得高傳熱效率的復(fù)合相變材料。目前，微膠囊可以較好解決相變材料在流出和外滲方面的問題。目前，在微膠囊相變材料的制備過程中，很多人選用了三聚氰胺甲醛樹脂(MF)、脲醛樹脂(UF)作為壁材，所制備的微膠囊在某些性能方有較好的表現(xiàn)：強(qiáng)度較高、耐熱性能好。

1.2.1微膠囊技術(shù)

把固體或液體用某種膜材料包覆起來，然后形成微小粒子的技術(shù)，稱之為微膠囊封裝技術(shù)。球形微粒芯材在升溫時(shí)，由固態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，但外層包封的高分子薄膜層仍保持其固態(tài)，因此材料的外貌形態(tài)仍為固態(tài)顆粒。微膠囊包覆芯材，外層的殼物質(zhì)稱壁材；被外層殼材包覆的囊心物質(zhì)稱芯材。芯材可以是由單一物質(zhì)組成，也可以是由混合物質(zhì)組成；它的形態(tài)可以是固體、溶液、水分散液或油劑，也可以是一些特定的氣體。微膠囊的粒徑大小在l~1000微米范圍內(nèi)，它的微觀形貌通常需要借助電子顯微鏡才能觀察到。相變微膠囊技術(shù)是一種新工藝，它在化下、民藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域己經(jīng)有了較大的發(fā)展，并且在科研領(lǐng)域中得到了越來越多科研人員的重視。微膠囊技術(shù)的應(yīng)用前豪非常廣闊，主要表現(xiàn)為以下

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

潛熱型功能熱流體的基礎(chǔ)研究工作，包括其制備、性能及傳熱機(jī)理目前受到關(guān)注。周建偉、黃建新等[2]在相變微膠囊的制備以及潛熱型功能流體流動(dòng)與傳熱的實(shí)驗(yàn)研究和理論模型等進(jìn)行了探索，為潛熱型功能流體的應(yīng)用提供了材料的制備方法、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。

1.3.2紡織服裝領(lǐng)域

自20世紀(jì)80年代，美國國家航空航天局(NASA)研究開發(fā)了微膠囊相變材料在熱調(diào)節(jié)防護(hù)服裝上的應(yīng)用技術(shù)，微膠囊相變材料越來越廣泛地應(yīng)用于服裝領(lǐng)域中，可以制成含有微納米膠囊相變材料的調(diào)溫纖維以調(diào)節(jié)服裝及周邊的溫度，減少皮膚溫度的變化，延長穿著的舒適感。鄢瑛[3]制備的以石蠟為芯材、脈醛樹脂為殼材的微膠囊相變材料，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，結(jié)合熱固性聚氨醋網(wǎng)印粘合劑，將微膠囊涂布于棉布表面，以MCPCM在服裝領(lǐng)域中的適用性為出發(fā)點(diǎn)考察其性能，同時(shí)考察人工汗液對(duì)MCPCM性能的影響和經(jīng)涂布的棉布的熱性能。將制得的聚脈型相變微膠囊和海藻酸鈉共混紡絲，制備出相變調(diào)溫海藻纖維，把海藻纖維制成透氣且隨外界溫度變化的調(diào)溫醫(yī)用敷料等，對(duì)傷口的愈合速度與效果都有很好的輔助作用。張興祥等[4]自1997年開始對(duì)相變材料微膠囊進(jìn)行研究，將自行研制的MicroPCMS用于現(xiàn)有織物的涂層整理，得到在室溫上下具有熱能吸收和釋放功能的織物，使用融熔復(fù)合紡絲工藝將直徑為3μm左右的MicroPCMS添加到纖維內(nèi)部，研制出含12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上微膠囊的丙綸纖維，該纖維在人體感到舒適的溫度范圍內(nèi)具有溫度調(diào)節(jié)功能。1.3.3建筑領(lǐng)域

將微膠囊相變材料混人磚瓦、墻板及天花板等建筑結(jié)構(gòu)材料中，可以進(jìn)行太陽能儲(chǔ)存，因此適合在溫差較大的地區(qū)使用[5]。同時(shí)通過電力“移峰填谷”，也可以有效的緩解用電緊張。通過對(duì)相變墻板的儲(chǔ)熱性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)用95%的十八烷和5%的十六烷作相變材料，通過把裝有PCM的聚乙烯小球加到石膏板中制備相變墻板，并對(duì)其傳熱性能進(jìn)行了測(cè)試，在有該種相變墻板的實(shí)驗(yàn)房和普通石膏板實(shí)驗(yàn)房上作對(duì)比試驗(yàn)，得出了相變墻板的使用使得熱負(fù)荷更平緩，輻射域更舒適，用電量下降，有削減尖峰負(fù)荷的可能的結(jié)論。美國研制成功一種利用十水硫酸鈉低共熔混合物作儲(chǔ)熱芯料的太陽能天花板磚塊，它不用普通的水泥而用聚脂粘接劑和甲基丙烯酸甲脂添加劑組成的高分子混凝土組成，并在麻省理工學(xué)院建筑系實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用。同濟(jì)大學(xué)建筑材料研究所采用正十二醇吸附有機(jī)

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

體的原料配比要求不嚴(yán)。但是生產(chǎn)條件比較苛刻，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且制備的納米膠囊不可避免地夾雜有少量未反應(yīng)的單體。界面聚合形成的壁膜一般可透性較高，不適于包覆要求嚴(yán)格密封的芯材。

2.2原位聚合法

原位聚合法制備微膠囊時(shí)，囊芯必須被分散成細(xì)粒，并在形成的分散體系中以分散相狀態(tài)存在。此時(shí)，發(fā)生原位聚合反應(yīng)的單體與引發(fā)劑在分散體系中的位置可能有兩種情況，即在連續(xù)相介質(zhì)中或在分散相囊芯中。雖然單體在體系中可溶，但生成的聚合物不可溶，故隨著聚合的進(jìn)行，聚合物沉積到芯材上，形成核殼結(jié)構(gòu)。在原位聚合法制備膠囊的過程中，由于單體只由一相提供，反應(yīng)速率不是很大。原位聚合法是合成MCPCM的較好方法。采用這種方法制備的MCPCM在形貌、熱性能和膠囊致密性等方面都能達(dá)到使用要求，能合成得到1μm以下的相變膠囊。

北京航空航天大學(xué)饒宇及東華大學(xué)羅燕等人[7]采用原位聚合法工藝22烷微膠囊相變儲(chǔ)能材料，通過該方法可以制備出密封性以及機(jī)械強(qiáng)度均較好的微膠囊。在芯材液滴表面上，相對(duì)低分子量的預(yù)聚體通過縮聚反應(yīng)，尺寸逐漸增大后，沉積在芯材液滴表面，由于交聯(lián)及聚合的不斷進(jìn)行，最終形成固態(tài)的微膠囊壁。

石蠟是一種常用的相變材料，熔點(diǎn)為45~75.9℃，熔化熱為150~250kJ/kg，具有儲(chǔ)熱能力,強(qiáng)、相變溫度能通過分子量控制、相變行為穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。北京航空航天大學(xué)章文等人[8]以石蠟為囊芯，眼醛樹脂為囊殼，通過原位聚合法制得了微膠囊。研究了腮醛預(yù)聚體的生成和脈醛預(yù)聚體的固化2個(gè)階段的工藝條件對(duì)微膠囊形成的影響。顯微觀察微膠囊形貌完整。涂膜隔熱性能測(cè)試結(jié)果表明，該種微膠囊具有明顯吸熱性能，可作為隔熱添加劑使用。通過原位聚合法制備了石蠟相變微膠囊，可以有效地防止石蠟的泄漏，同時(shí)可以將石蠟的完全親油性轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǖ挠H水性，改善了石蠟的使用性能，為石蠟作為相變材料的使用提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)。

2.3復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法是以兩種或多種帶有相反電荷的線性無規(guī)聚合物作為壁材，然后將芯材分散與其水溶液中，在適當(dāng)?shù)膒H值、溫度和稀濃度條件下，使帶相反電荷的高分子材料之間發(fā)生靜電作用而相互吸引，導(dǎo)致芯材的溶解度降低并分成兩組，即貧相和富相，其中富相

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

Maria等人[10]短鏈脂肪酸為芯材，阿拉伯膠和麥芽糖糊精為囊壁，用噴霧干燥法制備了MCPCM，由于乳化不均勻?qū)е庐a(chǎn)物粒徑分布較寬，在0.05~550微米之間，部分微膠囊表面有明顯的下陷。

2.6溶膠—凝膠法

溶膠一凝膠法主要用于制備以金屬氧化物或非金屬氧化物為囊壁的MCPCM?？刹捎萌苣z一凝膠法制備MCPCM，在相變材料表面包覆金屬氧化物或非金屬氧化物的凝膠，從而提高了該類相變材料的機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性。

2.7電鍍法

電鍍法主要用于制備以金屬薄膜作為囊壁的MCPCM。以粒徑為0.5~4.0 mm的金屬鉛粒為相變材料，用電鍍法在其表面鍍上厚度約為10~100μm的鎳膜，具體是將鉛粒置于旋轉(zhuǎn)的電解槽中進(jìn)行電鍍，根據(jù)法拉第定律，囊壁即鍍層的厚度可以通過電鍍的時(shí)間來控制。

2.8新型制備方法

由于普遍采川有機(jī)高分子為膠囊壁材，其導(dǎo)熱率低，且與其它建筑材料相容性較差，給實(shí)際應(yīng)用造成了一定困難。武漢理工大學(xué)馬保國，金磊等人[11]介紹了一種新型有機(jī)一無機(jī)相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，即采用無機(jī)層狀硅酸鹽材料和堿性硅酸鹽溶液為壁材、有機(jī)相變材料十八烷酸為基材，先制備半包覆結(jié)構(gòu)的相變膠囊，再加人堿性硅酸鹽溶液進(jìn)行第2次包裹。結(jié)果表明:采用無機(jī)層狀硅酸鹽材料、相變材料、堿性硅酸鹽溶液比例為1：2：4時(shí)，其包裹效果較好，經(jīng)無水乙:醇溶解實(shí)驗(yàn)后，其有效相變材料損失量為4.37%熱失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其中相變材料有效含量為37.4%，而DSI實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微膠囊中有效相變材料35.04%，存在差異的原因可能在于堿性溶液與相變材料的酸堿反應(yīng)所致。

材料先進(jìn)制備技術(shù)課程論文

參考文獻(xiàn)

[1]Wang L X, Su J F,Ren L.Preparation of thermal energy.storage microcapsule by phase change[J].Polymeric Materials Science and Engineering,2011.21(1);276-279.[2]周建偉，黃艷芹，黃建新，等.納米膠囊相變材料的制備及性能研究[J].化學(xué)工程師,2010,21(8):3-6.[3]鄢瑛，張會(huì)平，劉劍.微膠囊相變材料的制備與特性研究[J].材料導(dǎo)報(bào)，2011,23(2):49-52.[4]樊耀峰，張興祥，王學(xué)晨，等.相變材料納米膠囊的制備與性能[J].高分子材料科學(xué)與工程，2010,21(1);288-292.[5]Eltouney H M.Alatiqi I,Sahali M.etal.Heat Transfer enhancement by metal screens and metal spheres in phase change energy storage systems[J].Renewable Energy.2012,29(6):841-86.[6]Lan X Z,Yang C C,Tan Z C,etal.Microencapsulation of n--eicosane as Energy Storage Material Synthesized by Interfacial Polymerization[J].Aeta PhYs.-Chim.Sin，2012, 23(4): 581-584.[7]饒宇，林貴平，羅燕，等.應(yīng)用于強(qiáng)化傳熱的相變材料微膠囊的制備及特性[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào).,2009,20(4):651-655.[8]章文，鄭天亮,東棟，等.石蠟相變微膠囊的制備及其隔熱性的研究[J].新技術(shù)新工藝2010,16(12):82-83.[9]劉太奇.操彬彬，張成，等.物理法制備微膠囊無機(jī)芯相變材料及其表征[J].新技術(shù)新工藝，2010,19(3):81-84.[10]Maria I T.Leonardo R A, Farina M,etal.Mater Sci and Engin[J],2011,24:653-658.[11]馬保國，金磊，等.有機(jī)一無機(jī)相變儲(chǔ)能微膠囊的制備與表征[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)2010,31(11):5-7.1-

第五篇：金屬材料的先進(jìn)制備技術(shù)

金屬材料的先進(jìn)制備技術(shù)

本課程為材料系碩士研究生學(xué)位課，共計(jì)32學(xué)時(shí)，2學(xué)分。

考試方式采用專題報(bào)告形式，研究生可在教師開列的專題中選擇一個(gè)題目，然后收集資料，閱讀中外文獻(xiàn)（不少于10篇），并撰寫報(bào)告（綜述性報(bào)告，每篇不少于5000字），期末要在班上進(jìn)行口頭報(bào)告（報(bào)告15分鐘，回答問題5分鐘）。

研究生在學(xué)期結(jié)束前提交報(bào)告，教師批閱報(bào)告后，并結(jié)合平時(shí)情況給出本課程的成績。成績由三部分組成，平時(shí)出勤率占20%，課堂討論20%，期末報(bào)告（書面+口頭）占60%。

本課程主要介紹金屬材料（為基體）的一些最新制備技術(shù)，包括原理、方法及其應(yīng)用簡介。

第一講：緒論（康飛宇，2學(xué)時(shí)）

1、現(xiàn)代工業(yè)對(duì)材料的要求及其材料開發(fā)的方法

2、材料性能的不斷提高對(duì)制備技術(shù)的要求

3、用途不斷擴(kuò)大對(duì)制備技術(shù)的要求

4、金屬材料的改性趨勢(shì)：極限化，復(fù)合化，數(shù)值化等

5、金屬材料制備的新思路

第二講：納米材料及其制備技術(shù)（康飛宇，2學(xué)時(shí)，含討論）

1、納米材料概念

2、納米材料制備技術(shù)

第三講：極限材料和極端條件下材料的制備技術(shù)（康飛宇，學(xué)時(shí)，含討論）

1、超純材料、超高強(qiáng)材料、超高溫材料

2、超高壓條件

3、微重力條件

4、真空條件

第四講：金屬材料加工新技術(shù)（2學(xué)時(shí)，康飛宇，含討論）

1、新型壓力加工、焊接和鑄造工藝

第五講：金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)（4學(xué)時(shí)，鄧海金）

1、固態(tài)制備

2、液相制備

3、原位制備

4、噴射噴涂

第六講：高能束技術(shù)及其應(yīng)用（楊志剛，4學(xué)時(shí)）

1、激光束與材料的作用

2、離子束與表面改性

3、電子束

4、物理化學(xué)氣相沉積

第七講：凝固技術(shù)及其應(yīng)用（4學(xué)時(shí)，楊志剛）

1、快速凝固技術(shù)： 非晶態(tài)合金和準(zhǔn)晶制備

2、定向凝固技術(shù)：定向凝固共晶合金制備

3、單晶材料制備技術(shù)

4、新型大塊非晶及納米晶材料制備技術(shù)

第八講：其它材料特殊制備技術(shù)（4學(xué)時(shí)，楊志剛）

1、自蔓延高溫合成技術(shù)

2、金屬霧化噴射沉積技術(shù)

3、半導(dǎo)體芯片的制造技術(shù)

4、光纖的制造技術(shù)

5、超導(dǎo)材料加工工藝

第九講：期末專題報(bào)告（8學(xué)時(shí)，康飛宇，含討論）

專題報(bào)告題目（每人限選一個(gè)）

? 金屬的超塑性和超塑性加工

? 快速成型及其制造技術(shù)

? 先進(jìn)焊接技術(shù)

? 鑄造新技術(shù)

? 壓力加工新技術(shù)

? 定向凝固技術(shù)

? 霧化成型技術(shù)

? 金屬的半固態(tài)加工技術(shù)

? 高壓條件下材料的制備

? 低溫條件下材料的制備

? 真空條件下材料的制備 ? 微重力條件下材料的制備

? 超細(xì)金屬顆粒制備

? 金屬纖維與晶須的制備

? 超純金屬材料的制備

? 粉末冶金新技術(shù)

? 自蔓延高溫合成技術(shù)

? 納米復(fù)合材料的制備

? 計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料中的應(yīng)用

? “三束”在金屬材料制備和改性中的應(yīng)用

? 極限材料及其制備技術(shù)

? 自選題目，必須事先征得老師同意。