21材料的制备与相图总结

1、第第2 2章章 材料的制备与相图材料的制备与相图主要问题提示主要问题提示Main questions?1.1.何谓何谓“凝固凝固”、“结晶结晶”？纯质材料结晶的充分、必要条件及一般规？纯质材料结晶的充分、必要条件及一般规律是什么？控制纯金属结晶后晶粒度的途径与具体措施又是什么呢？律是什么？控制纯金属结晶后晶粒度的途径与具体措施又是什么呢？?2.2.二元合金相图的基本类型有哪几种？固溶体合金结晶（平衡结晶、不二元合金相图的基本类型有哪几种？固溶体合金结晶（平衡结晶、不平衡结晶）的主要特点是什么？平衡结晶）的主要特点是什么？?3.3.杠杆定律的适用条件与主要内容是什么？杠杆定律的适用条件与主要内容

2、是什么？?4.4.何谓共晶相图？试分别分析共晶、亚（或过）共晶成分合金的平衡结何谓共晶相图？试分别分析共晶、亚（或过）共晶成分合金的平衡结晶过程？晶过程？?5.5.您是否能熟练地您是否能熟练地默画经简化的铁碳相图默画经简化的铁碳相图？对于铁碳相图中？对于铁碳相图中基本相的特基本相的特点是否掌握了，能否会以相或组织组分的形式正确填写铁碳相图呢？点是否掌握了，能否会以相或组织组分的形式正确填写铁碳相图呢？?6.6.您是否能您是否能熟练地分析共析、亚共析、过共析钢的平衡结晶过程熟练地分析共析、亚共析、过共析钢的平衡结晶过程（语言（语言文字和冷却曲线两种方式）并能文字和冷却曲线两种方式）并能利用杠杆定

3、律分别计算其室温下相或组织利用杠杆定律分别计算其室温下相或组织组分的质量分数呢？组分的质量分数呢？?7.7.平衡条件下，平衡条件下，各平衡相和组织组分（如各平衡相和组织组分（如A A、F F、FeFe3 3C C、P P、LdLd等）的本等）的本质、形貌特征和性能特点是什么？您能利用其正确分析铁碳合金在平衡状质、形貌特征和性能特点是什么？您能利用其正确分析铁碳合金在平衡状态下各种力学性能的变化吗？态下各种力学性能的变化吗？教学内容与方法提示教学内容与方法提示Key points and learning methods?本章教学重点本章教学重点:?对对2.3铁碳合金相图，要求铁碳合金相图，要求

4、熟练地掌握，包括理解、消化、熟记与应用。熟练地掌握，包括理解、消化、熟记与应用。该节是该节是本课程的第一个重点章节，被称为本课程的第一个重点章节，被称为“重中之重重中之重”。?本章的教学与学习方法：本章的教学与学习方法：?通过较详细地介绍纯质材料结晶（通过较详细地介绍纯质材料结晶（2.1节）、二元相图的基本类型（节）、二元相图的基本类型（2.2节），目节），目的是更好地引导学生自学第的是更好地引导学生自学第2.3节节 二元相图的典型应用二元相图的典型应用铁碳合金相图；同时铁碳合金相图；同时也为学习其他章节奠定坚实的材料科学基础。也为学习其他章节奠定坚实的材料科学基础。?学习方法，要求学生在熟悉

5、学习方法，要求学生在熟悉1 1、2 2节教学内容的前提下，延伸思维、深入自学第节教学内容的前提下，延伸思维、深入自学第3 3节内容。自学的效果如何，通过节内容。自学的效果如何，通过“课堂讨论课堂讨论”检验。课堂讨论前应写好发言提检验。课堂讨论前应写好发言提纲，积极参与课堂讨论。通过讨论，搞清学习中的认识模糊或错误之处，更好地、纲，积极参与课堂讨论。通过讨论，搞清学习中的认识模糊或错误之处，更好地、更加深入地掌握铁碳合金相图的有关知识，展开双向交流，从而达到熟练掌握铁更加深入地掌握铁碳合金相图的有关知识，展开双向交流，从而达到熟练掌握铁碳相图、培养学生学习能力之目的。碳相图、培养学生学习能力之目

6、的。第第2 2章章材料的制备与相图材料的制备与相图Materials Manufacture and Phase Diagram?2.1 2.1 材料的制备过程材料的制备过程Materials Manufacture ProcessMaterials Manufacture Process?2.2 2.2 二元相图的基本类型二元相图的基本类型Basic types of two-Basic types of two-component phase diagramcomponent phase diagram?2.3 2.3 二元相图的典型应用二元相图的典型应用铁碳合金相图铁碳合金相图Typic

7、al Typical applications of two-component phase diagramapplications of two-component phase diagramThe The iron-carbon equilibrium diagramiron-carbon equilibrium diagram?2.4 2.4 凝固与结晶理论的应用凝固与结晶理论的应用The applications of The applications of solidification and crystallization theorysolidification and crys

8、tallization theory2.1 2.1 材料的制备过程材料的制备过程Material s Manufacture Process? 2.1.1 材料凝固与结晶的条件材料凝固与结晶的条件(Conditions for solidification and crystallization of materials)? 2.1.2materials)金属材料的制备金属材料的制备(Preparation of the metal? 2.1.3 聚合物材料的合成聚合物材料的合成(Synthesis of polymers)? 2.1.4 无机非金属材料（简称无机材料）的制无机非金属材料（简称

9、无机材料）的制备备(Preparation of inorganic nonmetallic materials)2.1.1 材料凝固与结晶的条件材料凝固与结晶的条件(Conditions for solidification and crystallization of materials)?凝固时形成晶体还是非晶体，主要取决于熔融液体的粘度和凝固时的冷却速度。凝固时形成晶体还是非晶体，主要取决于熔融液体的粘度和凝固时的冷却速度。?1. 1. 熔融液体的粘度熔融液体的粘度?粘度，是材料内部结合键性质和结构情况的宏观表征。粘度，是材料内部结合键性质和结构情况的宏观表征。?粘度的大小表示了液体中

10、发生相对运动的难易程度。粘度大，表示液体粘稠，相对粘度的大小表示了液体中发生相对运动的难易程度。粘度大，表示液体粘稠，相对运动困难。例如，大分子链结构的聚合物熔体的粘度很高，凝固时形成晶体是很困运动困难。例如，大分子链结构的聚合物熔体的粘度很高，凝固时形成晶体是很困难的。而小分子材料、特别是金属，由于其熔体粘度极小，熔点附近原子的扩散能难的。而小分子材料、特别是金属，由于其熔体粘度极小，熔点附近原子的扩散能力极强，绝大多数都凝固成晶体。力极强，绝大多数都凝固成晶体。?2. 2. 凝固时的冷却速度凝固时的冷却速度?冷却速度是影响凝固过程的最主要外部因素。冷却速度越大，则在单位时间内逸散冷却速度是

11、影响凝固过程的最主要外部因素。冷却速度越大，则在单位时间内逸散的热量越多，熔体温度降得越低。熔体的温度直接关系着其中原子或分子的扩散能的热量越多，熔体温度降得越低。熔体的温度直接关系着其中原子或分子的扩散能力。研究表明，当冷速大于力。研究表明，当冷速大于10107 7/s/s时，可有效地抑制粘度很小的金属合金熔体中时，可有效地抑制粘度很小的金属合金熔体中原子的扩散，从而获得一些通常条件下无法得到的产物，如非晶合金、特殊结构的原子的扩散，从而获得一些通常条件下无法得到的产物，如非晶合金、特殊结构的中间相、过饱和固溶体等。中间相、过饱和固溶体等。2.1.2 金属材料的制备金属材料的制备(Prepa

12、ration of the metal materials)? 1.1.金属的冶炼金属的冶炼? 金属材料的一般制备过程大致如下：金属材料的一般制备过程大致如下：热轧铸锭冶炼冶炼铸造铸件热锻机加工零件零件板、型、管、线材焊接机加工冷轧、拔、冲零件（机加工）? 可以看出，金属的冶炼是第一道工序，但冶炼的质量将在很冶炼的质量将在很大程度上直接影响到最终加工成品零件的使用寿命。大程度上直接影响到最终加工成品零件的使用寿命。（1 1）金属冶炼的方法）金属冶炼的方法?火法冶炼火法冶炼指在高温下进行的冶金过程，例如钢铁和大多数有色金属冶炼时采用指在高温下进行的冶金过程，例如钢铁和大多数有色金属冶炼时采用的熔

13、炼、吹炼和精炼等。的熔炼、吹炼和精炼等。熔炼（熔炼（将经预处理的精矿与熔剂一起高温熔化，通过高温将经预处理的精矿与熔剂一起高温熔化，通过高温化学反应使矿石中金属得以还原，同时产生一定熔渣，使金属或金属化合物与脉石化学反应使矿石中金属得以还原，同时产生一定熔渣，使金属或金属化合物与脉石分离，达到提炼金属目的），分离，达到提炼金属目的），吹炼吹炼（实质是氧化熔炼过程。如在钢的冶炼中，向高（实质是氧化熔炼过程。如在钢的冶炼中，向高碳铁水中吹入氧气，使碳氧化并去除而得到钢），碳铁水中吹入氧气，使碳氧化并去除而得到钢），精炼精炼（熔炼得到的金属往往含一（熔炼得到的金属往往含一定杂质，需进一步处理以去除杂

14、质，这种对金属进行去除杂质提高纯度的过程称为定杂质，需进一步处理以去除杂质，这种对金属进行去除杂质提高纯度的过程称为精炼。常用的精练法有加剂法、真空处理法等。加剂法就是向熔融的粗金属中加入精炼。常用的精练法有加剂法、真空处理法等。加剂法就是向熔融的粗金属中加入某种熔剂，使杂质与熔剂发生作用，生成不溶于金属的稳定化合物，并上浮成渣。某种熔剂，使杂质与熔剂发生作用，生成不溶于金属的稳定化合物，并上浮成渣。真空处理法是在真空条件下使金属液中的气体和杂质上浮与金属分离从而达到净化真空处理法是在真空条件下使金属液中的气体和杂质上浮与金属分离从而达到净化和提纯的目的）。和提纯的目的）。?湿法冶炼湿法冶炼它

15、是在接近于常温条件下进行的，利用各种溶剂处理矿石及一些中间它是在接近于常温条件下进行的，利用各种溶剂处理矿石及一些中间产物，通过在溶液中进行的氧化、还原、中和、水解和络合等反应使金属得到分离产物，通过在溶液中进行的氧化、还原、中和、水解和络合等反应使金属得到分离和提取。和提取。?电冶炼电冶炼指利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过程。主指利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过程。主要有要有电热熔炼电热熔炼（指用各种电加热方法进行金属熔炼的方法，如电弧熔炼法、等离子（指用各种电加热方法进行金属熔炼的方法，如电弧熔炼法、等离子冶金法和电磁冶金法等），冶金法和电磁冶金

16、法等），电解法电解法（对电解质水溶液或熔盐等通电，使其发生化学（对电解质水溶液或熔盐等通电，使其发生化学变化，以便进行金属与杂质的分离或提取金属的过程）等。变化，以便进行金属与杂质的分离或提取金属的过程）等。（2）常用的炼钢方法及其特点）常用的炼钢方法及其特点?氧气顶吹转炉炼钢法氧气顶吹转炉炼钢法由高炉或化铁炉直接供应高温铁水作为原料，由高炉或化铁炉直接供应高温铁水作为原料，熔炼时利用从炉口顶部吹入的高压纯氧来氧化铁水，同时产生热量维持熔炼熔炼时利用从炉口顶部吹入的高压纯氧来氧化铁水，同时产生热量维持熔炼所需的高温。其最大特点是吹炼速度快、生产率特别高。氧化过程大约只需所需的高温。其最大特点是

17、吹炼速度快、生产率特别高。氧化过程大约只需151525min25min，加上放渣、脱氧、出钢水等操作，每炉的生产周期约，加上放渣、脱氧、出钢水等操作，每炉的生产周期约303040min40min。另外，此法炼钢品种多、质量好，可冶炼全部平炉冶炼和部分电炉。另外，此法炼钢品种多、质量好，可冶炼全部平炉冶炼和部分电炉的钢种，而且冶炼中原料消耗少、热效率高、成本低。的钢种，而且冶炼中原料消耗少、热效率高、成本低。?电弧炉炼钢法电弧炉炼钢法依靠石墨制成的电极与炉料之间产生的高温电弧来进依靠石墨制成的电极与炉料之间产生的高温电弧来进行加热熔炼的。电弧炉炉顶可开启，以便迅速装入原料，整个炉体可前后倾行加热

18、熔炼的。电弧炉炉顶可开启，以便迅速装入原料，整个炉体可前后倾斜，以便出钢、出渣。其原料主要是废钢，氧化介质采用纯氧和铁矿石。其斜，以便出钢、出渣。其原料主要是废钢，氧化介质采用纯氧和铁矿石。其主要特点是冶炼温度高，炉内气氛可控制，钢水成分容易调节，能有效清除主要特点是冶炼温度高，炉内气氛可控制，钢水成分容易调节，能有效清除硫、磷等有害杂质，加入的贵重金属元素损失少，但生产率较低，电能成本硫、磷等有害杂质，加入的贵重金属元素损失少，但生产率较低，电能成本高，此法主要用于生产合金钢和高质量钢种。高，此法主要用于生产合金钢和高质量钢种。（3 3）钢液浇注方法）钢液浇注方法?模铸法模铸法虽古老、但现仍

19、占有重要地位，它主要用于浇虽古老、但现仍占有重要地位，它主要用于浇注供锻造用的大型钢锭。注供锻造用的大型钢锭。?连续铸钢法连续铸钢法是使钢水在连铸机的结晶器里不断地形成是使钢水在连铸机的结晶器里不断地形成一定断面形状和尺寸的钢坯，浇注和出坯是连续不断进行的。一定断面形状和尺寸的钢坯，浇注和出坯是连续不断进行的。此法具有金属收得率高，成本低，生产率高及劳动条件好等此法具有金属收得率高，成本低，生产率高及劳动条件好等优点，并为炼钢生产的连续化、自动化创造了条件。目前连优点，并为炼钢生产的连续化、自动化创造了条件。目前连铸技术还在不断地进步和发展，例如，近终形连铸技术的研铸技术还在不断地进步和发展，

20、例如，近终形连铸技术的研究开发，以及连铸究开发，以及连铸- -连轧的结合，都已取得成效。连轧的结合，都已取得成效。（4 4）钢的炉外精炼方法及其发展）钢的炉外精炼方法及其发展?钢水的炉外精炼钢水的炉外精炼即把转炉及电炉初炼过的钢液转移到钢包或其它专用容器中进一即把转炉及电炉初炼过的钢液转移到钢包或其它专用容器中进一步精炼的炼钢过程，也称步精炼的炼钢过程，也称“二次精炼二次精炼”。实施炉外精炼可提高钢的冶金质量，缩短。实施炉外精炼可提高钢的冶金质量，缩短冶炼时间，降低成本，优化工艺过程。炉外精炼可完成脱碳、脱硫、脱氧、去气、冶炼时间，降低成本，优化工艺过程。炉外精炼可完成脱碳、脱硫、脱氧、去气、

21、去除夹杂物及成分微调等任务。炉外精炼的方法主要有：去除夹杂物及成分微调等任务。炉外精炼的方法主要有：有害气体的目的。在真空条件下，不仅能降低钢中有害气体的浓度，而且可发生脱有害气体的目的。在真空条件下，不仅能降低钢中有害气体的浓度，而且可发生脱氧反应，使熔池产生搅拌，有利于有害气体的排出。氧反应，使熔池产生搅拌，有利于有害气体的排出。?真空精炼法真空精炼法它主要是通过降低外界它主要是通过降低外界N N2 2、H H2 2等有害气体的分压，达到去除钢中等有害气体的分压，达到去除钢中?惰性气体稀释法惰性气体稀释法此法是向钢液中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反此法是向钢液中吹入惰性气体，这种气

22、体本身不参与冶金反应，每个气泡中的应，每个气泡中的N N2 2、HH2 2等有害气体分压为零。当其从钢液中上升时，钢液中的有等有害气体分压为零。当其从钢液中上升时，钢液中的有害气体就会向气泡内扩散，并随之带出钢液，就相当于害气体就会向气泡内扩散，并随之带出钢液，就相当于“气洗气洗”作用。若此法与其作用。若此法与其它方法配合时，精炼效果更好。例如，带钢包盖加合成渣吹炼法（它方法配合时，精炼效果更好。例如，带钢包盖加合成渣吹炼法（CABCAB法），其优法），其优点是吹氩时钢液不与空气接触，避免二次氧化；杂质浮出后即被合成渣吸附和溶解，点是吹氩时钢液不与空气接触，避免二次氧化；杂质浮出后即被合成渣吸

23、附和溶解，不会返回钢中。不会返回钢中。?喷粉精炼法喷粉精炼法它是一种快速精炼手段，一般是用氩气作载体，向高温钢水内部喷它是一种快速精炼手段，一般是用氩气作载体，向高温钢水内部喷吹特定的合金粉末或精炼粉剂。此法可较充分地进一步脱硫和去除夹杂物，并且可吹特定的合金粉末或精炼粉剂。此法可较充分地进一步脱硫和去除夹杂物，并且可改变夹杂物的形态，在精炼的同时还可对钢的化学成分进行调整。改变夹杂物的形态，在精炼的同时还可对钢的化学成分进行调整。2.2.纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律?（1 1）液态金属的结构特点）液态金属的结构特点( (即金属结晶的充分条件即金属结晶的充分条件) ) ：液态物：液态物质结

24、构特点（结构起伏）质结构特点（结构起伏）?实验研究表明，液态金属内部的原子并非是完全无规则的混乱排列，而是在短距离实验研究表明，液态金属内部的原子并非是完全无规则的混乱排列，而是在短距离的微小范围内原子呈现出短程有序排列，的微小范围内原子呈现出短程有序排列，如图如图2.12.1所示。所示。由于液态金属内部原子热由于液态金属内部原子热运动较为强烈，在某平衡位臵呈短程有序排列的时间甚短，故这种局部的短程有序运动较为强烈，在某平衡位臵呈短程有序排列的时间甚短，故这种局部的短程有序排列也是在不断地变动着，它们只能维持短暂的时间就会很快消失，同时新的短程排列也是在不断地变动着，它们只能维持短暂的时间就会

25、很快消失，同时新的短程有许序排列又不断地形成，出现了有许序排列又不断地形成，出现了“时起时伏、此起彼伏时起时伏、此起彼伏”的局面，人们将这种结的局面，人们将这种结构不稳定的现象称为构不稳定的现象称为“结构起伏结构起伏”( (或称或称“相起伏相起伏”) )，但在大的范围内原子仍是无，但在大的范围内原子仍是无序分布的。不同的结构对应一定的能量状态，加上原子之间能量的不断传递，结构序分布的。不同的结构对应一定的能量状态，加上原子之间能量的不断传递，结构起伏伴随着局部能量也在不断变化，这种能量的变化即称为起伏伴随着局部能量也在不断变化，这种能量的变化即称为“能量起伏能量起伏”。气态（气态（a a）、液

26、态（）、液态（b b）和固态（）和固态（c c）结构示意图）结构示意图图图2.1 液态金属结构示意图液态金属结构示意图2.2.纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律?（2 2）金属结晶的必要条件）金属结晶的必要条件 ：过冷与过冷度（：过冷与过冷度（TT）?结晶温度一般是用热分析法测定，测定步骤如下结晶温度一般是用热分析法测定，测定步骤如下: :先将待测的金属熔化，然后使其缓先将待测的金属熔化，然后使其缓慢冷却，记录下液态金属温度随时间变化的冷却曲线慢冷却，记录下液态金属温度随时间变化的冷却曲线( (如图如图2.22.2所示所示) )。从图中可看出，。从图中可看出，当冷至当冷至TmTm温度时，液态金属

27、并不能进行结晶，而必须在温度时，液态金属并不能进行结晶，而必须在TmTm以下的某一温度以下的某一温度TnTn时时才开始结晶，才开始结晶，TnTn称为实际结晶温度。在实际结晶过程中，称为实际结晶温度。在实际结晶过程中，TnTn总是总是TmTm，这一现象，这一现象即称为即称为过冷现象。过冷现象。因此因此过冷是纯金属结晶的必要条件。过冷是纯金属结晶的必要条件。而平衡结晶温度与实际结晶而平衡结晶温度与实际结晶温度之差称为温度之差称为过冷度过冷度(T)(T)，即，即T=TmT=Tm-Tn-Tn。但由于结晶过程中放出结晶潜热，补偿但由于结晶过程中放出结晶潜热，补偿了向外界散失的热量，所以在冷却曲线上表现为

28、一段低于了向外界散失的热量，所以在冷却曲线上表现为一段低于TmTm的恒温的水平线段。当的恒温的水平线段。当结晶过程完成后，金属继续向周围散失热量，温度才复下降。结晶过程完成后，金属继续向周围散失热量，温度才复下降。图图2.22.22.2.纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律?实验进一步表明，过冷度（实验进一步表明，过冷度（TT）不是一个恒定值，它随纯金属的性质、纯度以及结）不是一个恒定值，它随纯金属的性质、纯度以及结晶前液体的冷却速度等因素而改变。对于同一种物质，冷却速度愈大，晶前液体的冷却速度等因素而改变。对于同一种物质，冷却速度愈大，TnTn愈低，则愈低，则TT愈大，冷却曲线上水平台阶温度与愈

29、大，冷却曲线上水平台阶温度与TmTm间的温度差愈大，间的温度差愈大，如图如图2.32.3所示。所示。在非常缓在非常缓慢的冷却条件下，过冷度极小，可以把平台温度近似看作是慢的冷却条件下，过冷度极小，可以把平台温度近似看作是平衡结晶温度（平衡结晶温度（TmTm）。）。?图图2-42-4为同一物质液态与固态材料的自由能与温度的关系曲线，为同一物质液态与固态材料的自由能与温度的关系曲线，由于固、液态材料由于固、液态材料的自由能曲线的斜率不同，故两条曲线相交于一点，如图中的自由能曲线的斜率不同，故两条曲线相交于一点，如图中TmTm。在此温度下，固态。在此温度下，固态与液态的自由能相等，这相当于平衡结晶温

30、度，所以纯金属不会结晶。当温度低于与液态的自由能相等，这相当于平衡结晶温度，所以纯金属不会结晶。当温度低于TmTm某一温度时，固态自由能低于液态自由能，就可自发地进行结晶。温度愈低，自某一温度时，固态自由能低于液态自由能，就可自发地进行结晶。温度愈低，自由能差愈大，结晶愈易进行。相反，当温度高于由能差愈大，结晶愈易进行。相反，当温度高于TmTm时，即有一定的过热度，液态的时，即有一定的过热度，液态的自由能低于固态的自由能，金属会由固态变为液态自由能低于固态的自由能，金属会由固态变为液态( (即熔化即熔化) )。这就解释了为什么纯金。这就解释了为什么纯金属结晶必须过冷。属结晶必须过冷。图图2.3

31、 2.3 不同冷却速度下的冷却曲线不同冷却速度下的冷却曲线图图2-4 自由能与温度的关系曲线自由能与温度的关系曲线2.2.纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律（3 3）纯金属结晶的普遍规律）纯金属结晶的普遍规律: :不断形成晶核与晶核不断长大不断形成晶核与晶核不断长大的连续过程的连续过程?液态金属当冷却至液态金属当冷却至TmTm温度以下时，经过一段时间温度以下时，经过一段时间( (称为孕育期称为孕育期) )，出现，出现一些尺寸极小、原子规则排列的小晶体，称为一些尺寸极小、原子规则排列的小晶体，称为晶核晶核。接着晶核向各个方。接着晶核向各个方向生长。同时，又有一些新的晶核出现。就这样不断形核、形成的

32、晶核向生长。同时，又有一些新的晶核出现。就这样不断形核、形成的晶核又不断长大，直到液体消失为止。每一个晶核成长为一个小晶粒，最后又不断长大，直到液体消失为止。每一个晶核成长为一个小晶粒，最后获得获得多晶体结构。多晶体结构。图图2.5 2.5 结晶过程示意图结晶过程示意图2.2.纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律?晶核可由短程有序结构液体中规则排列的原子团自发地形成，叫晶核可由短程有序结构液体中规则排列的原子团自发地形成，叫自发形核自发形核; ;但工程但工程实际中更多的情况是由液体中存在着的固体杂质微粒为现成基底的实际中更多的情况是由液体中存在着的固体杂质微粒为现成基底的非自发形核非自发形核。表表

33、2.2. 一些常见金属液滴均匀形核能达到的过冷度一些常见金属液滴均匀形核能达到的过冷度图图2. 非均匀形核非均匀形核在晶核开始成长的初期，由于其内部原子规则排列的在晶核开始成长的初期，由于其内部原子规则排列的特点，其外形也大多较规则。但随着晶核的成长，晶特点，其外形也大多较规则。但随着晶核的成长，晶体棱角的形成，棱角处的散热条件优于其它部位，因体棱角的形成，棱角处的散热条件优于其它部位，因而得到优先成长，如树枝一样，先长出支干，再长出而得到优先成长，如树枝一样，先长出支干，再长出分枝，最后再把晶间填满。这种成长方式叫分枝，最后再把晶间填满。这种成长方式叫“枝晶方枝晶方式长大式长大”。冷却速度愈

34、快，过冷度愈大，枝晶方式长冷却速度愈快，过冷度愈大，枝晶方式长图图2.2. 树枝状晶体生长示意图树枝状晶体生长示意图大的特点便愈明显。大的特点便愈明显。2.1.3 2.1.3 聚合物材料的合成聚合物材料的合成(Synthesis of polymers)?1.1.生产工艺过程生产工艺过程?原料经处理后通过一定化学反应制得单体，再把单体在一定温度、压力和催化剂作用下，通原料经处理后通过一定化学反应制得单体，再把单体在一定温度、压力和催化剂作用下，通过聚合反应形成聚合物。以其为基本原料，加入添加剂配成各种聚合物材料，通过注射、模压、过聚合反应形成聚合物。以其为基本原料，加入添加剂配成各种聚合物材料

35、，通过注射、模压、浇注、吹塑等成型工艺进行成型加工，最后制成塑料、合成橡胶、合成纤维等聚合物材料制品。浇注、吹塑等成型工艺进行成型加工，最后制成塑料、合成橡胶、合成纤维等聚合物材料制品。可概括为：可概括为：化学反应化学反应聚合聚合添加剂添加剂成型加工成型加工原料原料 单体单体聚合物聚合物聚合物材料聚合物材料聚合物材料制品聚合物材料制品?2.2.聚合物的合成聚合物的合成?（1 1）加成聚合反应（加聚反应）加成聚合反应（加聚反应）指含有双键的单体在加热、光照或化学引发剂的作用指含有双键的单体在加热、光照或化学引发剂的作用下，双键打开，并通过共价键相互键接，形成一条很长的大分子链的反应。下，双键打开

36、，并通过共价键相互键接，形成一条很长的大分子链的反应。在加聚反应中若只在加聚反应中若只有一种单体进行聚合，所得大分子链仅含一种单体链节，这种聚合物称为有一种单体进行聚合，所得大分子链仅含一种单体链节，这种聚合物称为均聚物均聚物；如将两种或；如将两种或两种以上单体一起进行聚合，生成的大分子链中含有两种或两种以上单体链节，这种聚合物就两种以上单体一起进行聚合，生成的大分子链中含有两种或两种以上单体链节，这种聚合物就称为称为共聚物共聚物。通过共聚反应生成共聚物是改善均聚物性能，创制新品种聚合物材料的重要途径。通过共聚反应生成共聚物是改善均聚物性能，创制新品种聚合物材料的重要途径。?（2 2）缩合聚合

37、反应（缩聚反应）缩合聚合反应（缩聚反应）指一种或多种单体相互作用形成聚合物，同时析出低指一种或多种单体相互作用形成聚合物，同时析出低分子化合物（如水、醇、卤化氢等）的过程。分子化合物（如水、醇、卤化氢等）的过程。按参加缩聚反应的单体来分，可分为按参加缩聚反应的单体来分，可分为 均缩聚和共均缩聚和共缩聚缩聚；按生成聚合物分子的结构来分，又可分为线型和体型缩聚反应。；按生成聚合物分子的结构来分，又可分为线型和体型缩聚反应。2.1.4 2.1.4 无机非金属材料（简称无机材料）无机非金属材料（简称无机材料）的制备的制备(Preparation of inorganic nonmetallic mat

38、erials)?大部分无机材料系有大部分无机材料系有粘滞成形粘滞成形或或烧结烧结两种普通工艺制成。两种普通工艺制成。?粘滞成形粘滞成形主要用于玻璃的生产，包括熔化和粘性液体的成形。主要用于玻璃的生产，包括熔化和粘性液体的成形。?烧结烧结则是从细的分散颗粒开始则是从细的分散颗粒开始( (原料制备，即经过配料、提纯、合成、精原料制备，即经过配料、提纯、合成、精制、预烧、粉碎、分级而成制、预烧、粉碎、分级而成) )，经混合、干燥后压制成型为所需形状，通，经混合、干燥后压制成型为所需形状，通常还需随之进行焙烧（烧成）以使颗粒间产生结合。常还需随之进行焙烧（烧成）以使颗粒间产生结合。?1. 1. 粘滞成

39、形与非晶态凝固粘滞成形与非晶态凝固?粘滞成形属于非晶态凝固粘滞成形属于非晶态凝固，当熔体黏度较大，或冷却速度非常快，凝，当熔体黏度较大，或冷却速度非常快，凝固后就只能得到非晶体。工业玻璃就是用此工艺制成的，最后的成形工固后就只能得到非晶体。工业玻璃就是用此工艺制成的，最后的成形工艺可是压制（用于结构玻璃块）、热弯成形（用于许多汽车窗玻璃）、艺可是压制（用于结构玻璃块）、热弯成形（用于许多汽车窗玻璃）、吹制（用于灯泡）或拉制（用于玻璃纤维）等。吹制（用于灯泡）或拉制（用于玻璃纤维）等。2.2.成型与烧结成型与烧结?现代无机材料（工业陶瓷）制品主要采用压制成型，后经烧结而成。现代无机材料（工业陶瓷

40、）制品主要采用压制成型，后经烧结而成。?（1 1）成型）成型将已制备好的原料粉末制成浆料，采用不同方法做成各种要求的形状，将已制备好的原料粉末制成浆料，采用不同方法做成各种要求的形状，这一工艺过程称之为成型，它是陶瓷制备过程中重要一环。常用的成型方法有：这一工艺过程称之为成型，它是陶瓷制备过程中重要一环。常用的成型方法有：?干压成型干压成型 将微湿的粉料装入金属模，通过模冲对粉末施加一定压力，使之被压将微湿的粉料装入金属模，通过模冲对粉末施加一定压力，使之被压制成具一定尺寸和形状的密实而较坚硬的坯体。它是陶瓷成型中最常用的方法之一。制成具一定尺寸和形状的密实而较坚硬的坯体。它是陶瓷成型中最常用

41、的方法之一。?注射成型注射成型 将粉末与有机粘结剂混合后，加热混炼，压制成粒状粉料，用注射成将粉末与有机粘结剂混合后，加热混炼，压制成粒状粉料，用注射成型机在型机在130300130300温度下注入金属模，冷却后粘结剂固化，取出坯件，经脱脂即温度下注入金属模，冷却后粘结剂固化，取出坯件，经脱脂即可。此法适用于复杂零件的自动化大规模生产。可。此法适用于复杂零件的自动化大规模生产。?可塑法成型（真空挤制成型）可塑法成型（真空挤制成型） 在粉料中加在粉料中加12%12%20%20%的水，用真空搅拌机彻底的水，用真空搅拌机彻底拌和成硬质塑性混合料，用压力强制通过钢模或碳化物模的模孔，可制成空心管状拌和成硬质塑性混合料，用压力强制通过钢模或碳化物模的模孔，可制成空心管状制品、长条形制品。主要用于电气绝缘件等材料。制品、长条形制品。主要用于电气绝缘件等材料。?热压铸成型热压铸成型 利用腊类热熔冷固特点，将粉料与熔化的石蜡粘合剂迅速搅合成具利用腊类热熔冷固特点，将粉料与熔化的石蜡粘合剂迅速搅合成具流动性的料浆，在热压铸机内用压缩空气把热熔料浆铸入金属模，冷却凝固成型。流动性的料浆，在热压铸机内用压缩空气把热熔料浆铸入金属模，冷却凝固成型。?注浆成型（浇注成型）注浆成型（浇注成型） 将粘稠均匀的悬浮液料浆注入多孔的熟石膏