材料成形装备及自动化 第3版 课件 第七章 其它材料成形装备

材料成形及控制工程专业核心课程华中科技大学材料成形装备及自动化

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2目录第一章

绪

论（2学时）

第二章金属液态成形装备及自动化（10学时）

第三章

金属塑性成形装备及自动化（10学时）第四章

金属连接成形装备及自动化（10学时）第五章

高分子材料成形设备及自动化（2学时）

第六章

快速成形装备及控制（6学时）第七章

其它材料成形装备（4学时）第八章热处理工业炉及其控制（2学时）第九章材料加工中的环境保护装备（2学时）7.1陶瓷成形装备7.2玻璃成形装备7.2.1玻璃成形装备基本概念7.2.2玻璃成形的主要装备7.3粉末材料成形装备第七章

其它材料成形装备EAMP

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3除各类金属材料(钢铁、铝镁合金等，铸、锻、焊)、高分子材料（塑料、橡胶等，注射、延压）外，陶瓷材料、玻璃材料及各种粉末材料的成形是重要的材料成形种类。本章重点介绍陶瓷、玻璃、粉末材料的成形装备。7.1.1陶瓷技术装备概述（1）硅酸盐制品或材料主要包括：陶瓷、玻璃、水泥；（2）以粘土为主要原料烧成的多晶、多相聚集体制品，包括土器、陶器、炻器、瓷器等统称为陶瓷；（3）陶瓷产品包括：日用美术陶瓷、建筑卫生陶瓷、电瓷、工业陶瓷、特种陶瓷（如磨料、合金、生物陶瓷、环保陶瓷、功能陶瓷、新材料等）、陶瓷原料、釉料、技术装备等。EAMP

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4陶瓷制品的传统生产方法EAMP

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5EAMP

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6（4）现代化陶瓷工业生产过程燃料、水电、交通运输、土壤、压缩空气、模具、密具、供热、技术部心、管理机构原料钻探、开采、制备，商品化供应成型坯料和釉料的制备供应。包括粉料、塑性料、浆料、釉料废气、废渣、废水、噪音等工业卫生和环保处理生产线

成型烧成装饰艺术加工产品质量检

坯体形素烧、贴花、划线、印分级、包装、成干燥、釉烧、花、抛光、雕塑、分检、分级、修坯烤花彩绘、拼图包装产品销售7.1.1陶瓷技术装备概述EAMP

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77.1.1陶瓷技术装备概述（5）陶瓷制品生产工艺过程与方法综合示意图原料的钻探、开采原料存放硬质料软质料原料精选粉碎分选料仓配料球磨机粉磨与混合泥浆的过筛、除铁、贮存处理注浆成形用泥浆的制备用喷雾干燥法制备成形粉料压滤、练泥、陈腐、贮存贮浆罐存泥浆供浆塑性泥料供塑性成形用泥粉料仓供给粉料注浆成形粉料压力成形塑性成形特种成形修坯与干燥施釉彩印素烧一次烧成制品加工、分选、分级、质检产品重烧EAMP

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87.1.1陶瓷技术装备概述（6）陶瓷技术装备陶瓷技术装备包括：原材料制备、釉料制备、成形、烧成等专业装备。陶瓷技术装备按其在生产过程中的主要用途可划分为10大类（详见参考书）。按装备的来源和使用特性，陶瓷装备又可分为三大类：

1）行业专业装备（如:滚压成形机、自动压砖机等）

2）行业通用装备（如:球磨机、泥浆泵等）

3）通用装备（各行业都可用的装备，如皮带运输机等）EAMP

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97.1.2陶瓷原料生产加工装备原料生产加工包括：钻探、开采、精选精制、粉碎粉磨、混合、去除杂质、浓缩与脱水、质量检测等。主要装备包括：矿山开采装备、精选装备、各类粉碎粉磨装备、筛分装备、除铁器、搅拌器、压滤机、泥浆泵、真空练泥机、喷雾干燥器、粉仓等。原料（泥料）加工:本教材中介绍了，球磨机、压滤机、真空练泥机。球磨：泥料的研磨粉碎（带水），成泥浆；压滤：泥浆压滤成泥饼；真空练泥：泥饼精练，泥料成品待用。EAMP

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107.1.2陶瓷原料生产加工装备（1）球磨机图7-3不同类型的球磨机(a)瓷瓶球磨机(b)立式球磨机(c)大型滚筒球磨机EAMP

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117.1.2陶瓷原料生产加工装备1)球磨机的结构球磨机筒体球磨机料口球磨机内衬板球磨机磨球EAMP

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12图7-5研磨体在筒体内的运动形式(a)泻落式(b)离心式(c)抛落式图7-6研磨体运动轨迹分析研磨体离开圆弧轨迹抛落的条件是：7.1.2陶瓷原料生产加工装备EAMP

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137.1.2陶瓷原料生产加工装备（2）压滤机图7-7厢式压滤机过滤脱水结构原理1－滤板2－滤布3－滤腔（形成滤饼）4－阴阳螺栓图7－8液压压滤机结构图1－尾板2－旋阀3－进浆管道4－滤片5－横梁6－液压系统7－头板8－液压缸9－机座EAMP

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147.1.2陶瓷原料生产加工装备（3）真空练泥机在陶瓷工业中，通常采用真空练泥机对泥料进行加工，清除泥浆中的气泡，提高泥料组分的均匀性和致密性。图7－10双轴式真空练泥机的结构示意图1－电动机2－齿轮箱3－加料口4－梳状挡泥板5－上绞刀轴6－筛板7－真空管道8－真空室照明灯9－真空表10－真空室11－下绞刀轴12－机头13－机嘴EAMP

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157.1.3成形机械装备现代陶瓷的成形方法可分为四类：塑性成形法、注浆成形法、粉料压力成形法（干压法）和特种成形法。塑性成形法在日用陶瓷工业、电瓷工业中广泛采用，常用的塑性成形设备中又包括滚压成形机、旋坯机、挤坯机等。本节介绍常用的滚压成形机和注浆成形机及生产线。粉料的压力成形装备将在7.3.2节中介绍。EAMP

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167.1.3成形机械装备（1）滚压成形机及生产线1)滚压成形的基本原理(a)阴模滚压成形（外成形）(b)阳模滚压成形（内成形）EAMP

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177.1.3成形机械装备2)滚压成形机图7-12

450型双头滚压成形机示意图1－机架2－电机3－蜗杆轴4－凸轮5－滚头架6－配重7－滚头电机8－滚头轴承座9－滚头轴10－滚头11－模座12－手把13－主轴14－主轴轴承座15－摩擦离合器16－支座EAMP

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187.1.3成形机械装备3）450型双头滚压成形机的工作循环图图7－13

450型双头滚压成形机的工作循环图EAMP

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197.1.3成形机械装备4）滚压成形生产线图7－14采用取模留坯工艺的滚压成形生产线示意图1－真空练泥机2－滚压成形机3－链式干燥机4－脱模机械手5－长圆形链式输送机6－翻模机械手7－回模机械手生产线的四个工位：①.投泥工位；②.成形工位；③.脱模工位；④.回模工位。EAMP

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207.1.3成形机械装备（2）注浆成形机及生产线注浆成形是利用模型具有吸水能力用泥浆浇注成形的。在日用陶瓷中，形状复杂的制品，大都采用注浆成形。1）泥浆的真空处理设备1－搅拌机2－截止阀3、5－高、低液面探极4－贮浆槽6－调节阀EAMP

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21空心注浆将注浆坯料（泥浆）注入石膏模内，利用石膏模的吸水性，当水分渗入石膏模后，贴近模壁的泥浆变稠，形成和模具型腔形状相同的泥层，随着时间的延长，泥层逐渐增厚，当达到所需厚度时，将多余的泥料倒出，当泥层脱水收缩到一定的程度就与模壁脱离，即可取出，形成坯体。这种方法适用于形状复杂或不规则的容器成型。EAMP

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22实心注浆

实心注浆，将泥浆注入两个石膏模之间的空腔中。由于石膏模不断吸收泥浆中的水分，泥浆量自然会不断减少，因此注浆时必须陆续补充泥浆，直到泥浆全部形成坯体，注浆口已无法续补泥浆为止。EAMP

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237.1.3成形机械装备2）离心注浆机图7－17离心注浆机机械传动示意图1、3－电动机2－凸轮轴4－皮带拔叉

5－带式制动器6－工作轮7－惰轮8－主轴

9－模座10－压盖11－截止阀

12－泥浆管图7－18离心注浆机的工作循环图EAMP

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247.1.3成形机械装备3）注浆成形生产线图7－19制造壶类产品的注浆成形生产线示意图1－脱模工位2－注浆工位I

3－注浆工位II

4－倒浆机械手5－甩浆工位6－干燥室EAMP

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257.1.4施釉与装饰机械装备

陶瓷生产过程中，坯体经成形、干燥后，便进入施釉、修坯、装饰加工工序。

施釉方法主要有浇釉、浸釉和喷釉等几种；装饰主要有贴花、印花、人工彩绘等，下面主要介绍施釉和贴花装备。EAMP

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267.1.4施釉与装饰机械装备（1）浇釉机械图7－20浇釉机示意图1－承座2－主轴3－机架4－摩擦离合器5－底釉管

6－踏板7、9－传动装置8－电动机10－搅拌机11－釉浆桶12－釉浆泵13－凸轮轴14－外釉管15－内釉管

16－抹水笔17－釉盘18－坯体EAMP

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277.1.4施釉与装饰机械装备（2）贴花机图7－21贴花机示意图1－机架2－减速刷器3－装载机械手4－机械手5－刷粘胶装置6－贴花装置7－贴底款装置8－吹平花纸装置9－干燥器10－镶金装置11－凸轮轴12－链条13－链轮涂刷粘胶贴花纸干燥镶金边EAMP

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287.1.4施釉与装饰机械装备（2）贴花机图7－23贴花装置示意图1-花纸盒3-齿条4-齿轮5-吸头9-上下支架11-压缩空气入管EAMP

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297.2.1玻璃成形装备基本概念玻璃的主要成分是硅酸盐，通常是一种透明或半透明的无定形物质。玻璃被认为是：“熔融液体冷却时不析出结晶，逐渐硬化而成形的无机物质”或“熔体因受冷却，粘度逐渐增大而形成的非晶固体物质”。玻璃制品生产的工艺过程：配料、熔制、成形、退火、加工、检验等工序。玻璃的人工成形方法主要：人工吹制、自由成形、人工拉制和人工压制等。机械成形方法有：压制法、吹制法、拉制法、压延法、浇铸法和烧结法等。EAMP

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307.2.2玻璃成形的主要装备（1）供料机1）供料道图7-26

K型供料道砖结构示意图EAMP

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317.2.2玻璃成形的主要装备2）供料机EAMP

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327.2.2玻璃成形的主要装备（2）成形方法及机械1）平板玻璃的成形图7－29玻璃液在锡液面上浮起高度图7－28对辊法引上室的结构示意图1－玻璃液

2－转动成形辊3－辐射热挡板4－冷却器5－原板6－石棉板7－缝隙垂直法浮法EAMP

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33浮法玻璃成形示意图EAMP

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347.2.2玻璃成形的主要装备EAMP

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35浮法玻璃生产线图示EAMP

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367.2.2玻璃成形的主要装备“吹－吹法”流程①装料(雏形模)②瓶口成形(口模)③吹成雏型料泡④雏型料泡翻转⑤落入成形模⑥重热⑦吹气成形⑧钳移EAMP

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377.2.2玻璃成形的主要装备3）大型自动压制成形机

七个部分组成：

①横梁及立柱②压头系统③模圈弹簧装置④冲模调节系统⑤主换向阀⑥双向阀⑦冷却系统

图7－31大型自动压机压制系统结构图1－压制液压缸2－立柱3－主换向阀4－操作面板5－横梁6－导向柱7－中心立柱8－V形导轨9－压头系统10－滑块11－工作台12－模圈弹簧装置13－冲模位置调节14－冲模的安装与锁定15－双向阀EAMP

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387.2.2玻璃成形的主要装备3）大型自动压制成形机压制液压缸立柱操作面板主换向阀模圈弹簧装置工作台EAMP

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39转台式压制机EAMP

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407.2.2玻璃成形的主要装备EAMP

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417.2.2玻璃成形的主要装备图7－32冲模冷却控制系统

1－软化水控温仪2－流量计3－电磁阀4－单向阀5－流量调节阀

6－冲模出水温度计7－电磁阀8－冲模9－清扫空气电磁阀10－单向阀11－离心水泵12－冷却管13－冷冻电磁阀14－浮球式补充水阀

15－软化水水池16－过滤器17－进水节流阀华中科技大学材料学院材料成形及控制工程专业核心课程华中科技大学精品课及责任教授课程材料成形装备及自动化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025学年第二学期EAMP

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43目录第一章

绪

论（2学时）

第二章金属液态成形装备及自动化（10学时）

第三章

金属塑性成形装备及自动化（10学时）第四章

金属连接成形装备及自动化（10学时）第五章

高分子材料成形设备及自动化（2学时）

第六章

快速成形装备及控制（6学时）第七章

其它材料成形装备（4学时）第八章热处理工业炉及其控制（2学时）第九章材料加工中的环境保护装备（2学时）7.1陶瓷成形装备7.2玻璃成形装备7.2.3以制瓶机为中心的生产线7.2.4玻璃制品的加工装备7.3粉末材料成形装备第七章

其它材料成形装备EAMP

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44EAMP

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457.2.3以制瓶机为中心的生产线图7－33以制瓶机为中心的生产线布置示意图1－加料机2－池窑3－供料道4－供料机5－制瓶机6－出瓶输送带7－转盘式拔瓶器8－送瓶机9－退火窑10－单行排列输送器11－曲线转盘12－抽查检验13－检验输送带14－瓶口检验器15－应力检验器16－目视外观检查17－包装机18－托板辊道19－托板EAMP

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467.2.4玻璃制品的加工装备电脑控制箱切割桥切割头导轨切床1）切割设备EAMP

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477.2.4玻璃制品的加工装备2)砂轮磨边机1－工作台2－砂带3－电机及砂带张紧装置4－吸尘罩5－吸尘管6－除尘器EAMP

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487.2.4玻璃制品的加工装备3)玻璃钻孔机1－铸铁座2－弓形工作臂3－工作台4－主轴5－上下夹具（联接器）6－传动装置7－操纵杆8－玻璃压紧装置9－玻璃蕊喷吸器及收集箱10－控制盒EAMP

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497.2.4玻璃制品的加工装备4)真空吸盘装置1－吊杆2－吸盘架3－真空吸盘4－真空泵5－三通阀6－真空计7－电源开关8－外侧真空管路旋塞9－电源软线10－把手11－保护网EAMP

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507.2.4玻璃制品的加工装备5)热模压成形EAMP

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517.2.4玻璃制品的加工装备6）热封接成形浸渍封接法是利用在玻璃上直接通电所产生的热达到金属熔封目的。它是基于玻璃在高温时属于离子导电，且随温度的升高，电阻迅速下降，比金属更易导电的原理，高温下玻璃的导电性能较金属的更好。EAMP

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527.3粉末材料成形装备粉末材料的种类多，主要有金属材料粉末、陶瓷材料粉末、塑料粉末等，成形工艺有粉末冶金成形、陶瓷粉末压制成形、粉末材料注射成形。EAMP

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537.3.1粉末冶金加工工艺过程（1）粉末冶金的主要工序EAMP

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54粉末制备方法及设备粉末制备方法大致可分为机械法和物理化学法。机械法主要有机械研磨法、漩涡研磨法、雾化法。物理化学法主要有还原法、化合法、气相沉积法、液相沉积法、电解法等。机械法（1）机械研磨法原理：靠工作室中磨球对物料的击碎、磨削作用。设备：球磨机、振动球磨机、搅动球磨机。适用：脆性金属及合金（2）漩涡研磨法原理：靠被研磨物料颗粒间、颗粒与工作室内壁间及颗粒与回转打击子间的撞击。设备：漩涡研磨机适用：软塑性金属EAMP

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55粉末制备方法及设备（3）雾化法1）二流雾化法：高速高压气流或水流2）离心雾化法：离心力2.物理化学法（1）还原法代表反应式：MeO+XXO+Me（2）电解法粉末纯度高；呈树枝状，压制成形性好，可控粒度。耗电大，成本高。EAMP

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56一种离心粉末制备方法EAMP

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57粉末成形方法粉末成形方法传统方法新技术模压+烧结冷等静压+烧结压坯+热等静压模压+烧结+热等静压热等静压温压高速压制技术动力磁性压制放电等离子烧结流动温压爆炸压制选择性激光熔化粉末锻造注射成形EAMP

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587.3.1粉末冶金加工工艺过程（2）粉末的主要成形方法1）普通模压成形图4－19模压成形示意图模压法成形是：指粉料在常温下、在封闭的钢模中、按规定的压力（一般为150~600Mpa），在普通机械式压力机或自动液压机上将粉料制成压坯的方法。这种成形方法通常由下列工步组成：称粉、装粉、压制、保压、脱模等。EAMP

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597.3.1粉末冶金加工工艺过程2）等静压成形图7-42等静压成形示意图工作原理：帕斯卡原理应用领域：粉末冶金，陶瓷铸造，原子能，塑料，永磁体，高压电瓷等。

借助高压泵将流体介质压入耐高压的钢制密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉料上，获得密度分布均匀、强度较高的压坯。EAMP

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60等静压成形优点缺点成型制品密度高；压坯密度均匀一致；产品长径比不受限制；粉料中不需添加剂。工艺效率低；零件易磨损；设备昂贵。7.3.1粉末冶金加工工艺过程EAMP

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61等静压冷100~630MPa温80~120℃300MPa热>1000℃<200MPa7.3.1粉末冶金加工工艺过程EAMP

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62冷等静压分类干法成型

粉末装入成型塑性袋，再放入加压橡皮袋，不与液相直接接触。湿法成型粉末装入塑性袋，直接打入压力介质，与液相接触。EAMP

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63热等静压（HoldIsostaticPressing,HIP）原理:在高温和高压同时作用下，使物料经受等静压的工艺技术。特点与应用:(1)粉末体的固结使传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成；(2)扩散粘结；(3)铸件缺陷的消除；(4)高性能复杂零件的近净成形。工况:温度500-2200℃，压力100-320MPa。介质:惰性气体（氩气、氦气），通常用氩气。包套:通常用软钢或玻璃。粉末热等静压致密化成形原理示意图1－上密封盖；2－高压缸；3－屏蔽罩；4－压力介质；5－加热体；6－包套；7－粉末；8－下密封盖；9－泵123456897EAMP

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64热等静压的典型应用应用主要目的典型材料应用铸件致密化消除宏、微观孔隙高温合金、Ti合金、Al合金、Cu合金、钢铁等预烧结件致密化获得全致密材料，避免晶粒过度长大WC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等陶瓷、Be合金等粉末致密化获得全致密材料，避免成分偏析，防止晶粒过度长大高速钢、陶瓷、金属间化合物、磁性材料、陶瓷超导材料等扩散连接同质、异质材料的扩散连接；涂层连接与致密化青铜-钢、镍合金-钢、陶瓷-金属其它应用消除光学材料的孔隙、化合物的合成ZnS、Sn-In-O、金属间化合物EAMP

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65热等静压的典型应用医学器械异质材料连接近净成形铸件处理预成形+HIP的陶瓷件核原料EAMP

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66镍基高温合金蠕变性能比较合金加工条件测试条件寿命(×103s)延伸率(%)断面收缩率(%)温度(K)应力(MPa)IN738铸造125315268.411.820.2铸造＋HIP1253152189.020.520.6René77铸造1253152183.619.437.0铸造＋HIP1253152244.822.055.0IN792铸造1143310630.09.26.5铸造＋HIP11433101018.812.122.0René80铸造1143310149.42.52.5铸造＋HIP1143310507.611.511.7EAMP

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67HIP设备发展世界上第一台HIP设备当前世界上最大的HIP设备（Giga-HIP）EAMP

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68日本神户钢铁公司:超高温、超高压超高压热等静压设备1.0GPa×1600°C直径70mmX高150mm超高压热等静压设备超高温热等静压设备超高温热等静压设备3000°C×196MPa直径250mmX高600mmEAMP

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697.3.1粉末冶金加工工艺过程3）连续轧制成形EAMP

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707.3.1粉末冶金加工工艺过程4）喷射成形喷射成形（Osprey工艺）是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。喷射成形示意图EAMP

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717.3.1粉末冶金加工工艺过程5）注射成形粉末注射成形是一种采用粘结剂固结金属粉末、陶瓷粉末、复合材料、金属间化合物的一种特殊成形方法它是在传统粉末冶金技术基础上，结合塑料工业的注射成形技术而发展起来的一种近净成形技术。主要包括粘结剂与粉末的混合、制粒、注射成形、脱脂