第5篇材料制備新技術(shù)ppt課件.ppt

《第5篇材料制備新技術(shù)ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第5篇材料制備新技術(shù)快速凝固(RS)機(jī)械合金化（MA）自蔓延高溫合成（SHS）溶膠凝膠技術(shù)（Sol-Gel）3D打印（3DPrinting）第11章快速凝固（RapidSolidification）11.1概述1．發(fā)展概況古代冷鐵技術(shù)(Duwez)教授50年代采用熔體急冷技術(shù)，得到非晶態(tài)合金；非晶晶化得到納米晶;新材料制備中的金娃娃（goldbaby）2．概念快速凝固嚴(yán)格來講是指凝固速度大于102m/s的凝固過程，或冷卻速度大于104K/s的凝固過程11.2快速凝固的基本原理1.快速凝固的根本條件凝固

2、時的液-固界面前沿存在大的過冷度。過冷度↑——相變驅(qū)動力↑——凝固速度↑見圖14-1，圖14-22.實(shí)現(xiàn)快速凝固的基本途徑快速冷卻——動力學(xué)抑制形核——熱力學(xué)(14-1)式中：——異質(zhì)形核激活能；——異質(zhì)形核激活能；——潤濕角11.3快速凝固工藝深過冷方法霧化法液體急淬法原位熔化法1．深過冷方法1．實(shí)質(zhì)：通過抑制液態(tài)金屬的非均質(zhì)形核，使其在熱力學(xué)上達(dá)到較高的過冷度，從而實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬快速凝固的工藝。30年代的研究認(rèn)為均質(zhì)形核的臨界過冷度約為0.2Tm。Ge的過冷度達(dá)0.58Tm。理論分析認(rèn)為均質(zhì)形核過冷

3、度應(yīng)為2/3Tm。2.工藝分類1）循環(huán)過熱凈化：“加熱熔化——過熱保溫——冷卻”的熱循環(huán)過程2）熔融玻璃凈化：玻璃的粘性吸附和化學(xué)反應(yīng)3）電磁懸浮凝固：免除了坩堝壁的污染及形核襯底作用4）微重力凝固：消除重力對形核影響，如太空5）落管法：微重力凝固和無坩堝凝固的雙重特征2．霧化法1．概念：通過擊碎液態(tài)金屬，形成高度彌散的液珠并凝固。2．原理：快速冷卻+深過冷3．工藝分類：參見第9章3.液態(tài)金屬快淬法a.單輥法1）原理，圖14-3所示.2）特點(diǎn)冷速高：約106K/s設(shè)備簡單容易控制：t∝QA·υ-

4、B其中t-條帶厚度；Q-氣體流量；v-單輥轉(zhuǎn)速；A,B-常數(shù)3）產(chǎn)品：條帶b.雙輥法1）原理，圖14-4所示。2）特點(diǎn)冷速大約在105K/s可制異形帶材3）產(chǎn)品：薄帶或粉末c.錘砧法1）原理，圖14-5所示。2）特點(diǎn)冷速可達(dá)105～106K/s薄片厚度大不方便d.液體沾出法1）原理，圖14-6所示。2）特點(diǎn)無需噴嘴適應(yīng)性強(qiáng)冷速：104K/s3）產(chǎn)品：粉e．其他液體拉絲法、懸掛法、槍法等。4．原位熔化法a．原理，圖14-7所示。b．特點(diǎn)冷速極高表面處理11.4快速凝固合金的組織與結(jié)構(gòu)特征1．形成過

5、飽和固溶體(14-3)式中—隨溫度變化的平衡溶質(zhì)分配系數(shù)；，溶質(zhì)截留動力學(xué)參數(shù)，其中為與原子間距有關(guān)的常數(shù)，為原子在液固界面的擴(kuò)散系數(shù)；—枝晶生長速度。隨生長速度的增加，K值趨近于1。(14-4)式中：—發(fā)生溶質(zhì)全部截留所需的臨界凝固速率；—溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)；—原子跳躍距離。當(dāng)，，溶質(zhì)全部截留。2．超細(xì)的晶粒度(14-5)式中：D—枝晶間距；V—凝固速率；A—常數(shù)，大于1。3．極少偏析或無偏析｜1-K｜稱為偏析系數(shù)4．形成亞穩(wěn)相Al-22.44Mn-17.15Si準(zhǔn)晶；非晶態(tài)

6、合金（金屬玻璃）5．高的點(diǎn)缺陷密度11.5快速凝固技術(shù)的應(yīng)用1．改善晶態(tài)材料的性能2．制備非晶態(tài)合金1）結(jié)構(gòu)：長程無序，短程有序2）制備方法：見表14-13）性能力學(xué)磁學(xué)腐蝕3．制備納米晶直接制備非晶晶化本章重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)快速凝固的根本條件與基本途徑快速凝固合金的組織與結(jié)構(gòu)特征第12章溶膠-凝膠法一.溶膠-凝膠法工藝特點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn)1）合成溫度低2）均勻性高3）制品純度高4）反應(yīng)過程及產(chǎn)物可控性高5）燒結(jié)溫度低2．缺點(diǎn)1）原材料成本高2）工藝周期長3）制品易開裂4）燒結(jié)體易出現(xiàn)細(xì)孔和OH—或C二．溶膠-凝膠法過

7、程及原理1．基本反應(yīng)1）溶劑化：2）水解反應(yīng)：3）縮聚反應(yīng)：失醇縮聚、失水縮聚2．工藝過程及概念1）工藝過程2）基本概念(1)溶膠：納米尺寸的膠質(zhì)顆粒與其它液相組織成的混合體(2)凝膠：由充滿容器的固相骨架及充斥其間的液相所組成的混合體。(3)陳化：凝膠在干燥前的放置(4)熟化：凝膠的溶解再沉淀過程圖溶液-凝膠法制備納米粉體的基本工藝過程凝膠濕凝膠水凝膠醇凝膠干凝膠氣凝膠3．主要工藝因素1）加水量加水量增加，線性結(jié)構(gòu)高交聯(lián)度結(jié)構(gòu)2）pH值酸性：線性結(jié)構(gòu)堿性：高交聯(lián)度結(jié)構(gòu)pH值太高，易形成沉淀3）醇鹽種

8、類及濃度種類不同，水解、縮聚速度不同濃度決定碰撞幾率4）水解溫度：溫度高，反應(yīng)快。三．溶膠-凝膠技術(shù)的應(yīng)用可制備各類材料和薄膜。本章重點(diǎn)：基本概念,基本反應(yīng)納米銀抗菌凝膠溶膠凝膠法鍍膜氣凝膠