第3章 工程材料的材料化

第3章工程材料的材料化过程

3.1工程材料的材料化

3.2金属材料的材料化过程3.3高分子材料的材料化过程

3.4陶瓷材料的材料化过程3.1工程材料的材料化过程材料化过程：物质或原料转变为具有一定使用性能并可用于某种场合的材料的转变过程3.1.1金属材料的材料化过程一、钢铁材料二、铜火法冶炼工艺采掘铜矿石→选矿→

铜精矿→

冰铜→

粗铜→阳极铜→电解铜三、铝烧结法工艺铝土矿＋纯碱＋石灰石→高温焙烧→铝酸钠→

稀碱液溶解→脱硅→碳酸化分解→氢氧化铝→焙烧→氧化铝→高温氧化铝熔盐炭素电解→金属原铝。3.1.2高分子材料的材料化过程高分子材料是以聚合物为基体组分的材料

一、加聚反应一种或几种单体相互加成而连接成聚合物的反应单体为一种的加聚反应称为均加聚反应单体为二种或二种以上的加聚反应称为共加聚反应二、缩聚反应

一种或几种单体相互作用连接成聚合物、并析出（缩去）新的低分子化合物的反应3.1工程材料的材料化过程3.1.3陶瓷材料的材料化过程陶瓷的材料化过程包括原料制备、坯料成型和制品烧成或烧结原料制备粘土、石英和长石→拣选→粉粹→配料→混合→磨细→粉料坯料成型将制备好的粉料加工成一定形状和尺寸、并具有必要机械强度和一定致密度半成品的过程

塑性泥料：可塑成型，如传统陶瓷的生产

浆料型坯料：注浆成型法，如形状复杂、精度高的产品

粉状坯料：压制成型

，如特种陶瓷和金属陶瓷

制品烧成将干燥后的坯料高温加热使其进行一系列的物理、化学变化而成瓷的过程3.1工程材料的材料化过程一、结晶：由原子不规则排列的液态金属转变成规则排列的金属晶体的过程。热分析法。①纯金属结晶是在恒温下进行；②纯金属结晶需要一定过冷度（理论结晶温度与实际结晶温度的差值△T）二、金属结晶的基本过程

１．液态金属的结构（Ｘ光衍射）①液态金属中存在许多游动的排列规则的原子集团。②原子集团处于不断消失又不断形成的变化过程中。③温度越高，液态金属中原子集团越小，反之，原子集团越大。

3.2金属材料的结晶和组织3.2.1纯金属的结晶和组织２．金属结晶的基本过程①形成晶核：形核（生核）有两种方式：

自发形核：液态金属中规则排列的原子集团形成晶核的形核方式。

非自发形核：外来微粒质点作为结晶核心的形核方式。②晶核长大：

晶核的长大方式：树枝状方式长大

晶核像树枝状向前生长，不断分枝发展，形成一次晶轴、二次晶轴、三次晶轴。液态金属结晶后的晶粒大小与结晶时晶核形核率、长大速度有关

形核率：单位体积中的晶核数

长大速度：单位时间内晶核的生长量3.2金属材料的结晶和组织3.2.1纯金属的结晶和组织形核率（N）：过冷度↑，N

↑，晶粒细生长速度（G）：过冷度↑，G

↑，晶粒粗三、结晶对金属材料性能的影响：细晶强化

细晶强化：用细化晶粒的方法来提高材料强度的方法晶粒大小的控制：１.增大冷却速度(增大过冷度→降低晶核长大速度)如：降低铸型温度、采用金属型。２.进行变质处理增加非自发形核率如：铸铁件：向铁水中加孕育剂（孕育处理）３.降低晶核的生长速度：如：铝合金铸件：向铝水中加变质剂（变质处理）4.用振动破碎枝晶，增加自发形核率：如：机械（超声波、电磁）振动。3.2金属材料的结晶和组织3.2.1纯金属的结晶和组织一、合金的结晶特点及相图的概念1.合金结晶特点⑴结晶在一定温度范围内完成，非恒温结晶⑵结晶过程和结晶时形成的相与合金成份及温度有关⑶形成多相混合物组织2.

二元合金相图表示二元合金系中所有合金的相随温度、成份的变化关系图3.2金属材料的结晶与组织3.2.2

二元合金相图二、

二元合金相图的建立与读识1．相图的建立：热分析法步骤：

⑴配制合金并熔化；

⑵用热分析法测定冷却曲线；

⑶将冷却曲线绘制到温度－成分坐标图中；

⑷

分别将所有结晶开始点与所有终了点连成光滑曲线；

⑸标上曲线名称和各相区的相（相结构）或组织。2．相图的读识：

⑴

结晶开始线、单相液相区

⑵

结晶终了线、单相固相区

⑶

液、固两相区。3.2金属材料的结晶与组织3.2.2

二元合金相图三、几种典型的二元合金相图:１．匀晶相图：两组元在液态无限互溶、结晶时形成无限固溶体的相图

⑴结晶过程分析（合金成分为X０

）①温度高于t1时，合金为液相L；②温度达到t1时，从液相L中析出固溶体α；③温度降到t1～t2之间，合金进入两相区析出的固相α成分沿结晶终了线变化：α1→α2；

剩余液相成分沿结晶开始线变化：L1→L2。

④温度降至t2时，所有液相全部转化为固相α;⑤温度降到t2至室温，合金进入单相α固相区。

3.2金属材料的结晶与组织3.2.2

二元合金相图成分偏析（枝晶偏析）⑵结晶过程中相的相对量计算―――杠杆定律：

X0成分合金在温度Ｔ下，各相相对量为：

Ｑα×(Xb-X0)=QL×(X0-Xa)则：

ＱL=(Xb-X0)/(Xb-Xa)Ｑα=(X0-Xa)/(Xb-Xa)

2.共晶相图：具有共晶转变的相图共晶转变：液态互溶的两组元，一定成分的合金在一定温度下从液态金属中同时结晶出两种晶体的转变。

共晶转变的温度叫共晶温度。共晶转变的成分叫共晶成分。共晶转变的产物叫共晶体。典型合金的结晶过程⑴共晶合金：Ⅲ

①温度高于共晶线时，合金为液相L；②温度降到共晶线时，液相中同时析出固溶体α和βα相成分为d点，β相成分为e点；③温度降到共晶线以下时，合金进入两相区，共晶体中

α相成分沿α相溶解度曲线变化，并析出β二次相β相成分沿β相溶解度曲线变化，并析出α二次相④温度降至室温时，α→αf、β→βg

室温组织：（α基体＋βⅡ）＋（β基体＋αⅡ）忽略二次相，共晶成分合金室温组织：α＋β⑵亚共晶合金：Ⅱ①温度在液相线上方时，合金为液相Ｌ；②温度降到液相线时，将析出固溶体α；③温度在液固相线之间时，Ｌ中析出α相：α成分沿ad变化；剩余Ｌ沿ac变化④温度接近共晶线时，结晶出的固溶体和剩余液相相对量为：

QL=(X-Xd)/(Xc-Xd)；Qα=(Xc-X)/(Xc-Xd)⑤温度降至共晶温度，液相变成（α+β），共晶转变结束后，合金组织为：α、（α+β）组织组成物相对量为：Qα=(Xc-X)/(Xc-Xd)；Qα+β＝(X-Xd)/(Xc-Xd)合金中的相为：α、β，相组成物相对量为：

Qα=(Xe-X)/(Xe-Xd);Qβ＝(X-Xd)/(Xe-Xd)⑥温度降至室温时，合金中α相成分沿df线变化，并从α相中析出二次相β；β相成分沿eg线变化，并从β相中析出二次相α。

室温组织：（α+二次相β）＋（α+β）；

相组成物：α＋β。3.其它类型的二元合金相图

⑴包晶相图：

⑵共析相图：在一定温度下，由一定成分的固溶体中同时析出两上种新相的相图。⑶金属化合物相图：共析转变与共晶转变的异同点：

相同点：由一个单相转变成两种新相；转变产物为机械混合物。

不同点：共析转变比共晶转变需要更大的过冷度：共析转变在固态下进行，共晶转变在液态下进行。共析转变的转变产物比共晶转变的转变产物更细密。四、二元合金相图与合金的性能１、合金的使用性能与相图的关系：２、合金的工艺性能与相图的关系：⑴液态金属的工艺性能：铸造性能：焊接性能：⑵固态合金的工艺性能：压力加工性能：单相固溶体组织＞两相固溶体组织＞固溶体＋金属化合物组织切削加工性能：固溶体＋金属化合物组织＞两相固溶体组织＞单相固溶体组织可热处理性能：相图中在固态时从高温冷至室温过程中有相变或某些相中成分有变化的合金才可以通过热处理强化。3.2金属材料的结晶与组织3.2.3铁碳合金的结晶⑴铁碳相图中的组元①铁:

熔点1538℃，可同素异构转变性能：σ：180～230MPa、50～80HB、δ：30～50％ψ：70～80％②渗碳体（Fe3C）:

复杂晶格间隙化合物，含碳6.69％

性能：硬度800HBW。σ=40MPa，塑韧性为零,无同素异构转变，但在高温长时间保温下，分解为铁与石墨。3.2金属材料的结晶与组织3.2.3铁碳合金的结晶⑵

铁碳合金中的基本相①铁素体（F或α、δ）:

碳在α-Fe或δ-Fe中形成的间隙固溶体

727℃时最大溶碳量为0.0218％；室温时溶碳量约为0.0008％。铁素体的力学性能与纯铁几乎相同

δ存在于1395~1538℃之间②奥氏体（A或者γ）：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体

1148℃时，碳在奥氏体中的溶解度为2.11％

727℃时，溶解度为0.77％。

奥氏体具有良好的塑性和较低变形抗力，适合压力加工。

③渗碳体（Fe3C

）：其形状、大小、数量及分布对钢性能的影响非常大。渗碳体为亚稳定相，在高温下：Fe3C→3Fe十C(石墨)。3.2金属材料的结晶与组织⑶铁碳相图3.2金属材料的结晶与组织⑶铁碳相图C：共晶点，1148℃，4.30%E：碳在γ-Fe中的最大溶解度，1148℃

，2.11%S：共析点，727℃

，0.77

%(A1)P：碳在α-Fe中的最大溶解度，727

℃，0.0218%Q：室温时碳在α-Fe中的最大溶解度，0.008%共晶反应：ECF线为共晶线，当含碳量在2.11％～6.69％的铁碳合金冷却到此线时，发生共晶反应：

反应产物是奥氏体和渗碳体组成的莱氏体（Le）。莱氏体冷至共析温度以下，转变为低温莱氏体（L‘e）。共析反应：PSK线为共析线。当含碳量在0.77％～6.69％的铁碳合金冷却到此线时，发生共析反应：

反应产物是铁素体和渗碳体所组成珠光体（P）。3.2金属材料的结晶与组织⑶铁碳相图ES

线：碳在奥氏体中的溶解度线（Acm

）1148℃→727℃：奥氏体中析出渗碳体(Fe3CⅡ)PQ线：碳在铁素体中的固溶线727℃→室温：铁素体中析出渗碳体(Fe3CⅢ)。GS

线：奥氏体中开始析出铁素体的临界温度线（A3

）⑷

铁碳合金的平衡结晶过程工业纯铁：(0.0218)，其显微组织为铁素体钢：(0.0218～

2.11)

亚共析钢：(0.0218～0.77)，平衡组织为铁素体和珠光体共析钢：(0.77)，平衡组织为珠光体。过共析钢：(0.77～2.11)，组织为珠光体和二次渗碳体白口铸铁：(2.11～6.69)

亚共晶白口铸铁：(2.11～4.3)，组织为珠光体、二次渗碳体和莱氏体共晶白口铸铁：(

4.3)，平衡组织为莱氏体过共晶白口铸铁：(4.3～6.69)，平衡组织为莱氏体和渗碳体

3.2金属材料的结晶与组织室温时相组成物为：F、Fe3C，相对量为：

ＱF＝（SK/PK）×100％（＝88.7％）ＱFe3C=（PS/PK）×100％（＝11.3％）室温时组织组成物为：Ｐ，相对量为100％

①共析钢结晶过程a液相线以上为液相L；b温度降至液相线时，L中结晶出固相;c温度降至液固相线之间时，固相不断析出，液相不断减少d温度降至固相线时，所有液相全部结晶成固相；e在固相线和共析线之间，合金成份、相均不变；f降到共析温度，发生共析转变：A→Pg共析温度到室温，合金中的相不再变化。h室温下共析钢组织全都为珠光体3.2金属材料的结晶与组织②亚共析钢结晶过程：a液相线以上为液相L；b温度降至液相线，L中结晶出γ;c液固相线之间，γ相不断增加，L不断减少；d温度降至固相线时，所有L全部结晶成γ；e固相线和铁素体析出线之间，各相不随温度变化；f到达铁素体析出线时，将从γ相中析出α相；g在铁素体析出线和共析线之间，γ相中不断析出α相，γ相成份沿铁素体析出线变化，析出的α相成份沿铁素体成份变化线变化h式各共析温度时，剩余γ相的相对量为：Ｑγ＝（5P/SP）100%

析出α相相对量为：Ｑα＝（S5/SP）100%

剩余γ相发生共析反应：奥氏体→珠光体转变成Ｐ的相对量为：Ｑp=Qγ3.2金属材料的结晶与组织i共析温度到室温，合金中的相、成份不变室温时亚共析钢由铁素体，渗碳体构成组织由两种组织构成：珠光体＋铁素体3.2金属材料的结晶与组织室温时：相组成物为：α、Fe3C各相的相对量：

Ｑα＝（K5/KP）100%;ＱFe3C＝（5P/KP）100%室温时：组织组成物为：F、Ｐ各组织的相对量：ＱＰ＝（P5/PS）100%；ＱF＝（5S/PS）100%③过共析钢：④工业纯铁：3.2金属材料的结晶与组织3.2金属材料的结晶与组织3.2金属材料的结晶与组织白口铸铁的组织：⑷碳含量对铁碳合金平衡组织影响

①铁碳合金随碳量增加，其组织发生下列变化：

Ｆ＋Fe3CⅢ→

Ｆ＋Ｐ→Ｐ→

Ｐ＋Fe3CⅡ→Ｐ＋Fe3CⅡ＋Ｌd’

→

Ld’

→

Ld’+FeCⅠ

②碳量增加，组织中的碳化物数量增加，渗碳体的形态和分布也发生变化：

三次渗碳体：沿晶界分布

共析渗碳体：分布在铁素体内，呈片层状

二次渗碳体：沿奥氏体晶界分布

共晶渗碳体：作为莱氏体的基体

一次渗碳体：粗大枝晶状3.2金属材料的结晶与组织⑸碳对铁碳合金性能的影响①对机械性能的影响：组织强度硬度δAk(J)铁素体23080HBS50％160渗碳体40800HBW≈０≈０Ｐ750180HBS20～25％24～32

组织中渗碳体较少时,起强化作用铁素体基体的钢:渗碳体数量愈多，分布愈均匀，强度愈高;

渗碳体沿晶界分布或作为基体，铁碳合金的硬度高，强度、塑韧性将大幅度下降，这是过共析钢、白口铸铁塑韧性低、脆性大的原因。3.2金属材料的结晶与组织②对工艺性能的影响：a切削加工性能：C≤0.25%:F+P，F占绝大部分，切屑不易断裂，切削性能差；C：0.30~0.55%:F+P，P占50%左右，强韧性适中，切屑易断裂，切削性能好。C＞0.60%:F+P，Ｐ占绝大部分，碳≥0.77%后，出现二次碳化物，强度、硬度高，刀具易磨损。切削性能差。C＞2.11%:白口铸铁中，渗碳体占绝大部分，硬度高，脆性大，无法进行切削加工，只能进行磨削b压力加工性能：碳低：钢的塑性好，易变形；碳高：碳溶解在铁中（如将钢加热到奥氏体区）则钢具有良好压力加工性能。c铸造性能：铸造性能（铁水的流动性、缩孔大小及分布、偏析倾向）与相图中结晶开始线与结晶终了线之间的温差有关。碳在2.11%附近，结晶终了线与结晶开始线之间的温差最大，枝晶发达，铁水流动性差，易形成分散缩孔，因而钢的铸造性能差共晶成分或接近共晶成分的白口铸铁的铸造性能好。d焊接性能：碳量低，焊接时，不易形成裂纹，焊接性能好3.2金属材料的结晶与组织⑹铁碳相图的实际应用①为选材提供依据：a要求塑韧性好的零件，如建筑结构和容器，选用低碳钢b要求强度、塑韧性都较好的零件，如轴，选用中碳钢c要求硬度高、耐磨性好的零件，例如工具，选用高碳钢d白口铁具有很高的脆性，但其硬度高，高抗磨损能力，可用于要求耐磨而不受冲击的埸合，如拔丝模、轧辊、球磨机衬板②为制订热加工工艺提供依据：a铸造根据相图上不同成分的钢或铸铁的熔点，确定铁水熔化及浇注温度；根据相图中结晶开始线与结晶终了线的距离，判断铸造性能的好坏。b锻造：根据相图可确定锻造温度：

碳钢的始锻温度：1150～1250℃；终锻温度：750～850℃。c焊接：根据相图确定焊缝组织，由此选用适当的热处理来减轻或消除焊缝组织不均匀性。d热处理：根据相图确定各种钢在热处理时的加热温度。3.2金属材料的结晶与组织

聚合反应:连锁聚合反应和逐步聚合反应。

连锁聚合反应(链式聚合反应):

①全反应过程为：链引发、链增长、链终止、链转移；②聚合物分子在瞬时形成；③体系中始终由单体和聚合物大分子两部分组成；④聚合物分子量与反应时间无关，而转化率与反应时间有关。逐步聚合反应:①单体逐步转变成聚合物；②单体转变为低聚物（二聚体、三聚体等），低聚物再继续反应，分子量不断增大；③分子量随反应时间延长而增大，转化率在反应初期就达到很高的值。3.3

高分子材料的材料化过程3.3.1连锁聚合反应机理3.3.1.1链锁聚合的基元反应

根据活性中心的不同，连锁聚合反应分为自由基聚合反应、离子型聚合反应和配位聚合反应等。⑴链引发：形成单体自由基活性中心的过程

引发剂、加热、光照、高能辐射等均能使单体生成单体自由基。用引发剂引发时，链引发包含两个反应：引发剂分子R:R分解成初级自由基R•：R∶R→2R•

初级自由基R•与单体M加成，生成单体自由基RM•：R•+M→RM•

其中：引发剂的分解速率决定链引发的反应速率。3.3

高分子材料的材料化过程3.3.1连锁聚合反应机理⑵链增长：

链引发产生的单体自由基不断地和单体分子结合生成链自由基，如此反复的过程称为链增长反应。RM•+M→RMM•RMM•+M→RMMM•………RMN－1M•+M→RMNM•链增长使聚合物的聚合度增加

增长速率很高，单体自由基在瞬间可结合成千甚至上万个单体，生成聚合物链自由基。在反应体系中几乎只有单体和聚合物，而链自由基浓度极小。3.3

高分子材料的材料化过程3.3.1连锁聚合反应机理⑶链终止：链自由基失去活性形成稳定聚合物分子的反应

具有未成对电子的两个链自由基相遇而反应失去活性，形成稳定分子，这一过程称为双基终止。

双基终止形式有两种：双基结合终止和双基歧化终止。链自由基以共价键相结合，形成饱和高分子的终止反应称双基结合终止。即：RMXM•+•MMYR→RMX+Y+2R

链自由基夺取另一链自由基相邻碳原子上的氢原子而互相终止的反应称为双基歧化终止。即：RMNM•+•H→R(M)NMH

链自由基的两种双基终止方式都有可能发生。终止所需的活化能很低，链终止速率常数极高。3.3

高分子材料的材料化过程⑷链转移：链自由基发生向体系中其它分子转移的反应从其它分子上夺取一个原子（氢、氯）而终止，失去原于的分子即为自由基①向单体转移：链自由基将独电子转移到单体分子上，产生的单体自由基开始新的链增长。发生链转移可能性的大小与单体结构有关。②向溶剂或链转移剂转移：链转移剂就是指有较强链转移能力的化合物，如四氯化碳、硫醇等，链转移剂能限制链自由基的增长，达到调节聚合物分子量的目的。③向引发剂转移：向引发剂链转移。其结果是自由基浓度不变，聚合物分子量降低，引发剂效率下降。④向高分子转移：链自由基从高分子上夺取原子而终止，产生的新链自由基又进行链增长，形成支链高分子。⑸阻聚作用阻聚剂是能与链自由基反应使聚合反应停止的物质。少量阻聚剂使链自由基会失去活性，不再与单体反应，阻止聚合反应的进行

3.3

高分子材料的材料化过程3.3.1.2链锁共聚合反应

均聚合反应得到的是均聚物，共聚合反应得到的是共聚物。二元共聚；多元共聚。由于单体单元排列方式的不同，可构成不同类型的共聚物。

无规共聚物：两种单体Ｍ1、Ｍ2在聚合物中呈无规排列：…Ｍ1Ｍ2Ｍ2Ｍ1Ｍ2Ｍ1Ｍ2Ｍ1Ｍ2Ｍ2…

交替共聚物：两种单体Ｍ1、Ｍ2在聚合物中呈交替排列：…Ｍ1Ｍ2Ｍ1Ｍ2Ｍ1Ｍ2Ｍ1Ｍ2…嵌段共聚物：两种单体Ｍ1、Ｍ2在聚合物中成段出现：…M1M1M1M1M2M2M2M2M1M1M1M1……

接枝共聚物：以一种单体构成主链，另一种单体构成支链共聚合的反应机理与前面介绍的均聚合的反应机理基本相同3.3

高分子材料的材料化过程3.3.2逐步聚合反应

逐步聚合反应包括缩聚反应和逐步加聚反应。

缩聚反应：由多次重复的缩合反应形成聚合物的过程逐步加成反应：单体分子通过反复加成，使分子间形成共价键而生成聚合物的反应。⑴逐步聚合反应特点:①无所谓引发、增长、终止等基元反应；②反应活化能较高，大分子形成速率慢；③反应热效应小，聚合临界温度低，在一般温度下为可逆反应，平衡与温度、副产物有关。④无特定反应活性中心，每个单体的官能团，反应能力相同；⑤在反应初期相互形成中间体；随着反应时间的延长，中间体形成更大分子量的中间产物；⑥增长过程中，每一步产物都能独立存在，在任何时候都可以终止反应，在任何时候又能使其继续以同样活性进行反应。显然这是连锁反应的链增长过程所没有的特征。3.3

高分子材料的材料化过程

酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氨基树脂以及尼龙(聚酰胺)、涤纶(聚酯)、聚碳酸酯、聚砜、聚苯撑醚、聚酰亚胺、聚苯并醚唑、吡龙等，由缩聚反应制得。

缩聚反应的通式为：

na─R1─a+nb─R2─ba─[─R1─R2─]─b+(2n-1)ab式中a、b──缩聚反应的官能团；

ab──缩聚反应的小分子产物；─R1─R2───聚合物链中的重复单元结构当a、b为同一单体中两种不同的官能团，聚合反应过程为：

na─R─b

a─[─R─]─b+(n-1)ab

成环缩聚还是成线缩聚，与环的大小、官能团的距离、分子链的挠曲性、温度以及反应物的浓度等都有关系。环的大小与环状物稳定性的顺序为：3、4、8～11<7、12<5<6。缩聚反应中应尽量消除成环反应。

3.3

高分子材料的材料化过程

⑵缩聚反应分类线型缩聚反应:参加缩聚反应的单体都只含两个官能团产物为线型分子聚合物体型缩聚反应:参加缩聚反应单体至少有一种含两个以上的官能团如得到产物为体型结构的聚合物。均缩聚、混缩聚和共缩聚三类。只有一种单体进行的缩聚反应称为均缩聚。两种单体参加的缩聚反应称为混缩聚或杂缩聚。若在均缩聚中再加入第二种单体或在混缩聚中加入第三种单体，这时的缩聚反应即称为共缩聚。在缩聚反应中官能团存在等活性，即官能团的反应活性与此官能团所在链的链长无关。⑴线型缩聚物

缩聚物作为材料，其性能与分子量有关。在缩聚反应中必须对产物分子量即聚合度作有效的控制。而控制反应程度即可控制聚合度。然而再进一步加工时，端基官能团可再进行反应，使反应程度提高，分子量增大，影响产品性能。所以用反应程度控制分子量并非有效的办法。有效的办法是使端基官能团丧失反应能力或条件。这种方法主要是通过非等当量比配料，使某一原料过量，或加入少量单官能团化合物，进行端基封端。体型缩聚物

由两个以上官能单体形成支化或交联等非线型结构产物的缩聚反应称为体型缩聚反应。体型缩聚的特点是当反应进行到一定时间后出现凝胶。所谓凝胶就是不溶不熔的交联聚合物。出现凝胶时的反应程度称为凝胶点。

为了便于热固性聚合物的加工，对于体型缩聚反应，要在凝胶点之前终止反应。凝胶点是工艺控制中的重要参数。

热固性聚合物的生成过程，根据反应程度与凝胶点的关系，可分为甲、乙、丙三个阶段。反应程度在凝胶点以前就终止的反应产物称为甲阶聚合物；当反应程度接近凝胶点而终止反应的产物称为乙阶聚合物；反应程度大于凝胶点的产物称为丙阶聚合物。所谓体型缩聚的预聚体通常是指甲阶或乙阶聚合物。丙阶聚合物是不溶不熔的交联聚合物。

3.3

高分子材料的材料化过程3.4.1陶瓷材料的烧成过程

烧成是使陶瓷坯料在高温作用下致密化、完成预期的物理化学反应和形成所要求性能的全过程。⑴升温阶段：由室温至最高烧成温度的升温阶段水分和有机黏合剂挥发、结晶水和结构水排除、碳酸盐分解以及晶相转变等。除晶相转变外，其它过程都伴有大量的气体排出。这时升温不能太快，否则会造成结构疏松，变形和开裂。

晶相转变伴有结晶潜热和体积变化。

⑵保温阶段：高温下的保温阶段各组分进行充分的物理变化和化学反应，以获得要求的致密、结构和性能的陶瓷体。须严格控制最高烧成温度和保温时间。3.4

陶瓷材料的材料化过程

瓷料有一最佳烧成温度范围，在该范围烧成，坯体致密度高、不吸水、晶粒细密，机械和电性能好。超出该温度范围，瓷体气孔率增大，机械性能和电性能都降低黏土类陶瓷的烧成温度范围约为40℃～100℃功能陶瓷为10℃～20℃，个别的只有5℃～10℃⑶冷却阶段：最高烧成温度至室温的降温阶段。瓷体冷却伴有液相凝固、晶相析出、相变等物理和化学变化。冷却方式、冷却速度对瓷体最终的相组成、结构和性能均有很大的影响。冷却有淬火急冷、随炉快冷、随炉缓冷和分段保温冷却等。随炉缓冷相当于延长不同温度下的保温时间，因此，晶体生长能力强、玻璃相有强烈析晶倾向，晶粒可能生长成粗大的晶体，玻璃相会析晶，使瓷体结构和致密性差。析晶倾向非常强的瓷料，或希望保持高温相的瓷料，可采用快冷或淬火快冷的方法。快冷应注意必须避免瓷体开裂和炸裂。

3.4

陶瓷材料的材料化过程3.4.2陶瓷烧成机理简介

烧成是一个很复杂的物理和化学变化过程。陶瓷烧成机理可归纳为黏性流动、蒸发与凝聚、体积扩散、表面扩散、晶界扩散、塑性流动等⑴固相烧结固相烧结是把粉末坯体加热到低于粉末熔点的适当温度保温后转变成坚固、致密聚集体的过程。

固相烧结可以分成