材料工程基础复习资料(全)

材料工程基础复习要点

第一章粉体工程基础

粉体：粉末质粒与质粒之间的间隙所构成的集合。

*粉末：最大线尺寸介于0.1～500μm的质粒。

*粒度与粒径：表征粉体质粒空间尺度的物理量。

粉体颗粒的粒度及粒径的表征方法：

1.网目值表示——（目数越大粒径越小）直接表征，如果粉末颗粒系统的粒径相等时

可用单一粒度表示。

2.投影径——用显微镜测试，对于非球形颗粒测量其投影图的投影径。

①法莱特（Feret）径D F：与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离

②马丁（Martin）径D M：在一定方向上将颗粒投影面积分为两等份的直径

③克伦贝恩（Krumbein）径D K：在一定方向上颗粒投影的最大尺度

④投影面积相当径D H：与颗粒投影面积相等的圆的直径

⑤投影周长相当径D C：与颗粒投影周长相等的圆的直径

3.轴径——被测颗粒外接立方体的长L、宽B、高T。

①二轴径长L与宽B

②三轴径长L与宽B及高T

4.球当量径——把颗粒看做相当的球，并以其直径代表颗粒的有效径的表示方法。（容

易处理）

*粉体的工艺特性：流动性、填充性、压缩性和成形性。

*粉体的基本物理特性：

1.粉体的能量——具备较同质的块状固体材料高得多的能量。

分体颗粒间的作用力——高表面能，固相颗粒之间容易聚集（分子间引力、颗粒间异性静电引力、固相侨联力、附着水分的毛细管力、磁性力、颗粒表面不平滑引起的机械咬合力）。

3.粉体颗粒的团聚。

第二章粉体加工与处理

粉体制备方法：

1.机械法——捣磨法、切磨法、涡旋磨法、球磨法、气流喷射粉碎法、高能球磨法。

①脆性大的材料：捣磨法、涡旋磨法、球磨法、气流喷射粉碎法、高能球磨法

②塑性较高材料：切磨法、涡旋磨法、气流喷射粉碎法

③超细粉与纳米粉：气流喷射粉碎法、高能球磨法

2.物理化学法

①物理法（雾化法、气化或蒸发-冷凝法）：只发生物理变化，不发生化学成分的

变化，适于各类材料粉末的制备

②物理-化学法：用于制备的金属粉末纯度高，粉末的粒度较细

③还原法：可直接利用矿物或利用冶金生产的废料及其他廉价物料作原料，制的

粉末的成本低

④电解法：几乎可制备所有金属粉末、合金粉末，纯度高

3.化学合成法——指由离子、原子、分子通过化学反应成核和长大、聚集来获得微细

颗粒的方法

①固相法：以固态物质为原始原料（热分解反应法、化合反应法、水热法等）

②液相沉淀法：最常见的方法沉淀法（直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法）、

溶胶-凝胶法

影响颗粒粉碎的因素：易碎性、碰撞速度（碎料例子碰撞速度、粉碎介质碰撞速度）

粉体的分级：把粉体材料按某种粒度大小或不同种类颗粒进行分选的操作。（筛分分级、流体分级）

影响筛分的因素——物料（堆积密度、粒度分布、含水量）、筛分机械（孔隙率、

筛孔大小、筛孔形状、振动的幅度和频率、加料的均匀性、料速及料层厚度）。

2.流体分级的种类及其优缺点——利用不同粒径颗粒在流体中的沉降速度差，针对超

微细粉体分级

①干式分级

湿式分离优点（精度高、范围窄、操作简单），缺点（过程中易固结、单位面

积产量低、对可溶于分散介质和易变质的物质不能使用）

造粒：“增大粒径”的过程

常用的造粒方法：凝聚造粒法、挤压造粒法、压缩造粒法、破碎造粒法、熔融造粒法、喷雾造粒法。

粉体成形：将粉末状态的材料制成具有一定形状、尺寸、孔隙率以及强度的预成形坯体的加工过程。

模压成形：单向压制、双向压制、浮动凹模压制

等静压成形：借助高压泵的作用把流体介质压入耐高压的刚体密闭容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性膜套内的粉末上，使粉末体在同一时间内各个方向均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。

第三章有机高分子材料成形加工基础

牛顿流变学：也称经典流变学，是把研究对象处理成简单的流体，再用数学描述简单流体中抽象质点的切应力与且应变的定量关。

*聚合物的成形性能：流动性、收缩性、结晶性、吸湿性和粘水性、热敏性和水敏性。

影响流动性的因素：（温度、压力、模具和聚合物的品质）

1.温度的影响——聚合物的温度越高流动性越好

2.压力的影响——压力增加流动性增大

3.模具的影响——浇注系统形式、尺寸与布置、冷却系统设置、流速阻力设置直接影

响

4.聚合物品质影响——热固性塑料粒度均匀、湿度大、含水分等利于改善流动性

影响聚合物成形性能的因素：聚合物粘度的影响、聚合物的聚集态及物理特性的影响。

第四章聚合物成形加工技术及原理

模压成形：（又称压制成形或压缩成形）是先将粉状,粒状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具型腔中,然后闭模加压而使其成型并固化的作业。包括模压成形前的准备和模压过程两个阶段。

模压成形阶段中应注意的问题：加料、合模、排气、交联固化、聚合物制品脱模、清理模具。

模压成形过程参数：成形温度、成形压力和成形时间。

挤出成形加工过程的工艺阶段：加料、输送、压缩、熔融、混合、排气。

注射成形：（注塑成形）将聚合物的颗粒注入注射机内，并经外热式加热熔融至流动状态，再以很高的压力和较快的速度注入温度较低的闭合模具内，凝固成形。

注射过程：加料、推进、熔融、注射

注射成形的主要工艺参数是机筒温度（包括喷嘴温度）、注射压力和成形周期（注射、高压、冷却等时间）；其次是加料量、剩料及模具温度等。（机筒温度、喷嘴温度、模具温度、注射压力、成形时间）。

气辅注射成形的影响因素与控制：熔体温度、熔体预注射量、气体注入延迟时间、气体注射压力和保压压力、气体注射时间。

吹塑成形的基本过程：型坯制备、吹胀赋形、定型、脱模。

吹塑成形的主要方法：中空聚合物制品吹塑、薄膜吹塑。

第五章硅酸盐类材料的生产及工艺原理

玻璃配合料制备的要求：

1.配比正确、稳定，保持水分、温度适宜

2.配合料混合均匀性良好

3.具有一定的颗粒级别

4.具有一定的气体率

玻璃的熔制：将配合料经过高温加热成为均匀的、无可见气泡并符合成形要求的玻璃液的过程。

硅酸盐玻璃熔制过程大体可分为：硅酸盐的形成、玻璃液的形成与澄清、均化与冷却。

玻璃制品的成形过程：成形（赋予制品以一定的几何形状）、定形（把制品的形状固定下来，在温度降低下想、进行）。

*日用玻璃器件成形方法：人工成形、机械成形。

玻璃中的应力三类：热应力、结构应力、机械应力。

玻璃为什么要退火：玻璃及玻璃制品在成形后的冷却过程中，经受激烈的、不均匀的温度变化，产生的热应力会导致大多数制品在存放、加工及使用中自行破裂，所以一般在成形后均要经过退火，以减少或消除应力。

*玻璃退火的原理：玻璃的永久热应力产生于从转变温度附近到退火温度区的结构调整（应力松弛），因此，为了消除永久应力，也必须将制品加热到质点可移动、调整的温度。玻璃在转变温度以下的相当温度范围内，玻璃中的质点仍能进行调整，而玻璃的粘度值也相当大，不至于造成可测出的变形，因此可以在该温度区内进行退火。

*玻璃的退火工艺：（按温度和时间变化）一次退火、二次退火及精密退火；（按退火设备）

陶瓷生产工艺过程：

1.坯料制备：第一阶段——原料处理，第二阶段——混合制备

2.坯体成形：将泥坯料加工成所要求的形状和尺寸的均质坯体

3.坯体干燥

4.烧成：热工设备是窑炉。

燃料不同分为：固体燃料炉（煤烧窑）、液体燃料炉（重油烧窑、轻柴油烧窑）气体燃料炉（煤气、天然气、液化气烧窑）

以电为能源：电炉、微波炉、高频感应炉、等离子炉

制品是否与火焰接触：明焰窑、隔焰窑、半隔窑

烧成过程连续与否：间歇式窑、连续式窑

制品输送方式不同：隧道窑、辊道窑

釉料及制备：釉是附着在陶瓷坯体表面上的一层很薄的玻璃体。釉有铅釉（PbO为助熔剂的易熔釉）、石灰釉（CaO）、长石釉(长石为主要熔剂)等。釉的组成：玻璃形成剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、其他辅助剂。基本施釉的方法有浸釉、浇釉、喷釉。从原料配方到釉层形成需要经历四个阶段：原料的分解、化合、熔化、凝固。

耐火材料：一般是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。

烧结制品的基本生产工艺过程：原料加工—配料—成形—干燥—烧结—拣选—成品。

硅酸盐水泥的生产过程：生料制备、熟料煅烧、水泥制成

硅酸盐水泥的生产方式：（按生产制备的方法）干法生产、湿法生产。

干法生产——采用烘干生料粉，或是原料的粉磨与烘干同时进行，或是先烘干后再粉磨，而后煅烧成熟料，再用其生产水泥的方法。

2.湿法生产——将原料加水粉磨成生料浆后直接煅烧成孰料，再以其生产水泥的方

法。

第六章特种陶瓷的生产制备

特种陶瓷的成形方法：冷等静压成形、注射成形、轧膜成形、流延成形、热压铸成形。

特种陶瓷的是烧结方法：热压烧结与热等静压烧结、液相烧结、反应烧结。

影响烧结的因素：烧结程度与烧结时间、颗粒半径等密切相关（粉粒越细小，烧结时间越长，烧结越充分），其他因素也会产生影响，如气泡和晶界、杂质及添加剂、烧结气氛等。

第七章冶金工程基础

金属冶金按其原理可以划分为火法冶金、湿法冶金、电冶金及粉末冶金

火法冶金的基本过程：炉料准备、熔炼和精炼。

金属粉末冶金的基本过程：（又分为制粉、成形、烧结、后处理等四个基本过程）

1.金属粉末的制取和准备

2.将金属粉末制成所需形状

将坯块在物料主要组员熔点以下的温度进行烧结，使之成为满足最终的物理、化学

和力学性能要求的合格材料或制品

第十三章钢的相变

*钢中典型的相变可归类为：加热过程中的奥氏体转变；冷却过程中的珠光体、贝氏体及马氏体转变；马氏体转变后的再加热（回火）转变。

奥氏体：碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方点阵结构。具有较高塑性、较低屈服强度，相变过程易发生塑性变形产生大量位错或出现孪晶。

奥氏体转变：钢在由室温加热至高温的过程中，当温度超过临界温度A1时会发生由α、Fe3C 两相组织向单相γ-固溶体的转变。这种转变会随温度升高直至亚共析钢的A3、过共析钢的A cm以上方可转变完全。转变生成的γ-固溶体称为奥氏体。

影响奥氏体晶粒长大的因素:

1.加热温度和保温时间

2.加热速度

3.第二相质点

4.钢的化学成分

5.钢的原始组织

贝氏体：是一种铁素体与碳化物的两相机械混合物。（上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳贝氏体）

贝氏体转变：当奥氏体被过冷至珠光体转变以下的较低温度时，过冷奥氏体发生的另一种分解转变。

马氏体转变：以高于过冷奥氏体分解转变的临界温度冷却速度冷却通过高温区与中温区，珠光体与贝氏体的分解转变将会被抑制，而在低温区发生的一种新型的相变。

马氏体高强度、硬度的原因：主要取决于其中的过饱和碳含量，合金元素的影响较小。

退火：目的是要消除材料内部的非平衡状态，恢复到正常的平衡状态。是指将材料加热到某一特定温度，并保持适当时间，而后再以较缓慢的速度冷却至室温，或冷至某一较低的特定温度再等温保持足够时间，而后继续冷却至室温的工艺过程。

淬火：通常将钢加热到奥氏体化状态，保温一定时间，而后以高于奥氏体分解转变的临界温度冷却速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体组织的工艺过程。

正火：将钢加热到上临界点Ac3或Ac cm以上30～50℃或更高温度，保温足够长的时间使奥氏体达到完全均匀化状态，而后在静止空气中冷却至室温的处理过程。

回火：工件淬硬后加热到A C1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

钢的淬透性与淬硬性

淬硬层：钢进行淬火处理后所获得的马氏体组织层

淬透性：将经相同条件下淬火，钢所获得淬硬层厚薄的能力

淬透性所表征的是钢在淬火过程中获得马氏体组织的能力（表征方法：临界淬透直径法、末端淬火法）

影响淬透性的因素，主要是钢中的合金元素及其含量

淬硬性：淬硬层的实际硬度的高低，它主要取决于钢及马氏体中的碳含量，合金元素其辅助作用

其它

时效：从经过固溶处理后的饱和固溶体中析出细小弥散的沉淀相的过程。

*时效强化：在时效过程中析出的沉淀相，通常使合金的强度和硬度明显提高，可达到强化效果。共格畸变的存在，是造成合金时效强化的重要因素。

*时效析出沉淀的过程：较低温度下的溶质原子偏聚及形成的偏聚区（GP区）；随温度升高在GP区内析出亚稳定的过度沉淀相；更高温度下过度相转变成平衡相。

*固溶时效强化的效果一般取决于以下三个因素：合金的最大固溶度、合金的最大固溶度与室温下的固溶度差、时效析出的沉淀相性质

什么是形变热处理？形变热处理的强化机制是什么？

相图（phase diagram）：也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数（如温度、压力）之间关系的一种图。

枝晶的判断、成分、类型：材科基56页

胞状树枝晶、柱状树枝晶、自由树枝晶

由图判断是否为枝晶，为何枝晶

解释粉体、粉末、粒度的物理含义及粉末粒度的表征方法与不同方法的优缺点？

粉体的制备方法有哪些？试例举两种超细粉的制备方法