材料制备新技术复习题

第一章

1.实现快速凝固的途径有哪些？

答：a.动力学急冷法 b.热力学深过冷法 c.快速定向凝固法

2.用单辊法制备金属带材的快速凝固工艺特点是什么？

答：答：①单辊需要以2000~10000r∕min的高速度旋转，同时要保证单辊的转速均匀性很高，径向跳动非常小，以控制薄膜的均匀性②为了防止合金溶液的氧化，整个快速凝固过程要在真空或保护性气氛下进行③为了获得较宽并且均匀的非晶合金带材，液流必须在单上均匀成膜，液流出口的设计及流速的控制精度要求很高。

3.常用金属线材的快速凝固方法有哪些？它们的工艺特点是什么？

答：a.玻璃包覆熔融的线法。特点：容易成型、连续等径、表面质量好的线材。但生产效率低，不适合生产大批量工业用线材。

b.合金熔液注入快冷法。特点：装置简单，但液流稳定性差，流速较低、难控制速率，不能连续生产。

c.旋转水纺线法。特点：原理和装置简单、操作方便、可实现连续生产。

d.传送带法。特点：综合了b、c法，可实现连续生产，但装置较复杂，工艺参数调控较难，传送速率不快。

第二章

1喷射成形的基本原理是什么？其基本特点有哪些？

答：原理：在高速惰性气体的作用下，将熔融金属或合金液流雾化成弥散的液态颗粒，并将其喷射到水冷的金属沉积器上，迅速形成高度致密的预成形毛坯。

特点：高度致密，低含氧量，快速凝固的显微组织特征，合金性能高，工艺流程短，成本低，高沉积效率，灵活的柔性制造系统，近终形成形，可制备高性能金属基复合材料。

2.喷射成形关键装置指的是什么？雾化喷嘴系统

3.用喷射成形技术制备复合材料时有什么优势？是否任何复合材料都能用该方法来制备？说明理由。

答：主要优势：在于快速凝固的特性、高温暴露时间短、简化工艺过程。

否；因为有的复合材料容易发生界面反应，且高含氧量、气体含量和夹杂含量，工艺复杂和成本偏高等问题。

4.气体雾化法是利用气体的冲击力作用于熔融液流，使气体的动能转化为熔体的表面，从而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。

5.喷射成形又称喷射雾化沉积或喷射铸造等是用快速凝固方法制备大块，致密材料的高新技术，它把液态金属的雾化（快速凝固）和雾化熔滴的沉积（熔滴动态致密化）自然结合起来。

6.喷射成型的四个阶段：雾化阶段，喷射阶段，沉积阶段，沉积提凝固阶段。

7.雾化喷射成形工艺一般采用惰性气体。

8.喷射成形装置的技术关键主要包括装置总体布局，雾化喷嘴，沉积器结构，和运动方式。

9.装置结构布局：倾斜布局，垂直布局，水平布局。

10.喷射成形装置应包括：含熔炼部分，金属导流系统，雾化喷嘴，雾化气体控制系统，沉积器及其传动系统，收粉及排气系统。

第三章

1.机械合金化的定义及球磨机理是什么？

答：（MA）是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与球磨之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备方法。

球磨机理：取决于粉末组分的力学性能，它们之间的相平衡和在球磨过程中的应力状态。

2.球磨机的本体结构有哪几类？各有何特点？ P49

答：a.搅拌球磨机。特点：由一个静止的球磨筒体和一个装在筒体中心的搅拌器组成，筒体内装有磨球，磨球由装在中心的搅拌器带动，搅拌器的支臂固定在搅拌器上。（是一种最有发展前途而且能量利用率最高的超细粉破碎设备）

b.滚动球磨机。特点：球磨筒体绕其横轴转动。

c.行星式磨机。特点：筒体固定在工作台上，工作台可以旋转，并且离心加速度值可以达到30-50倍的重力加速度值。筒体本身能旋转，旋转时可顺时也可逆时。

d.振动球磨机，可分为一维振动式球磨机和三维振动式球磨机。特点：利用球磨在作高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用，从而使物料粉碎的球磨设备。

3.球磨装置主要有：搅拌球磨机，滚动球磨机，行星球磨机和震动球磨机。

4.一般来说金属粉末在球磨时，有四种形式的力作用在颗粒材料上：冲击，摩擦，剪切，压缩。

5.可以把球磨粉末分为：延性∕延性球磨体系，延性∕脆性粉末球磨体系，脆性∕脆性粉末球磨体系。

6.弥散强化合金按其弥散相的种类大体可分为：氧化物弥散强化合金（ODS合金）和碳化物弥散强化合金（CDS合金）

第四章

1.流变成形和触变成形有何区别？各有何特点？具体的实施方法是什么？

答：区别在于工艺流程的不同。

实施方法：流变成形是将从液相到固相冷却过程中的金属液进行强烈搅拌，在一定的固相分数下将半固态金属浆料直接送往成形设备进行成形，称“一步法”。而触变成形是先由连铸等方法制得具有半固态组织的锭坯，然后切成所需长度，再加热到半固态状，然后将该半固态坯料送往成形设备进行成形，称“二步法”。

特点：流变成形：工艺流程短、生产成本低，但可控性差。

触变成形：可控性高，易于实现工业化规模生产并明显提高成形合金的综合性能、

2如何制备半固态合金浆料？如何保证半固态浆料的性能？P81

答：方法：机械搅拌式半固态浆料制备装置和电磁搅拌式半固态浆料制备装置

保证性能：

3镁合金材料适合于用什么半固态成形方法进行加工？

答：触变注射成形

4.什么是半固态成形？

答:就是对处于半固-半液的金属进行加工成形，是一种介于金属的液态成形（如铸造。铸轧）和金属的固态成形（如挤压，轧制等）之间的新的加工成形办法。

5.与固态和液态的区别？

答：该技术采用了非枝晶半固态浆料，打破了传统的枝晶凝固模式，所以半固态金属与过热的液态金属相比，含有一定体积比率的球初生固相，与固态金属相比，又含有一定比率的液相金属相比。

6半固态金属成形基本原理？

答：半固态金属成形基本原理是金属凝固过程中对其施加强烈搅拌，以抑制和充分破碎树枝状初生相的形成和长大，在一定温度和时间条件下，获得一种液态金属中均匀地悬浮着的一

定球状初生相的固-液相共存的混合浆料（固相组分一般在50%左右）。

7半固态金属流变成形的关键技术包括：半固态浆料制备，流变成形。半固态金属触变成形的关键技术是：半固态浆料制备，半固态坯料制备，二次加热，触变成形。

8半固态金属浆料制备：机械搅拌，电磁搅拌。

第五章

1.何谓非晶态合金？非晶态合金的结构特点如何？它与晶态合金相比具有什么特点？

答：非晶态合金是指固态合金中原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金。

结构特点：在微观结构上，它具有液体的无序原子结构；在宏观结构上，它具有固体的刚性，是一种亚稳态材料。结构的长程无序性和短程有序性。

与晶态材料相比：非晶态合金原子排列不具有周期性，且属于热力学的亚稳相。在性能上具有很高的强度、硬度、韧性、耐磨性、耐蚀性及优良的软磁性、超导性、低磁损耗等特点。非晶态合金的性能：优异的力学性能，特殊的物理性能，优良的耐腐蚀性。

2.简述非晶态合金的制备方法及其特点。

答：a.溶剂包覆法：

b.金属膜冷却法：

c.水淬法：设备简单、工艺容易控制；冷却速率较低，适合玻璃形成能力特别大的合时体系。

d.电弧加热法：分为金属（铜）模吸铸法和模压铸造法。

e.电弧熔炼吸铸法：无污染、均匀性好、充型好，铜模冷却快；是一种短流程制备方法。 f.定向凝固法：是一种可以连续获得大体积玻璃的方法。

第六章

1．准晶是：同时具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相。

2.试述准晶结构的特点，它与晶体和非晶体材料有何不同？

答：①其原子分布不具有晶体的平移对称性，但有一定的规则，并且呈长程的取向性有序分布，故可认为是一种准周期排列。由于它不能通过平移操作实现周期性，故不能同晶体那样取一个晶体来代替其结构，它是由两种三维拼砌单元，按一定规则使之配合的拼砌成具有周期性和5次对称性，可认为他们是准晶的准点阵。②与晶体相比准晶体具有较低的密度和熔点，这是由于其原子排列的规则性不及晶态严密，但其密度高于非晶态，说明其准周期性排列是较密集的。准晶体具有高的比热容和异常高的电阻率，低的热导率，和电阻温度系数。

3.准晶材料用于不粘锅涂层和热障膜的原因是什么？

答：原因：主要来自准晶的低表面能性和表面的拓扑形态，高硬度、耐磨损性也有助于不粘性的提高和寿命的延长。另外，准晶所具固有的疏松结构有利于降低热导率。

第七章

1.纳米晶体材料分为几类？它们分别用于何种材料？

答：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或它们作为基本单元构成的材料。分为四类：①零维是指其三维空间尺度均在纳米尺度，用于高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料和防辐射材料。②一维是指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。用于微导线、微光纤材料、新型激光或发光二极管材料等。③二维是指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜，超晶格等。用于气体催化剂材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料。④三维纳米相（纳米

块体材料）。用于超高强材料和智能金属材料等。

2.纳米材料在军事中有何应用？

答：利用纳米技术建成了麻雀卫星，蚊子导弹，苍蝇飞机，蚂蚁士兵，还有被人称为“间谍草”“沙粒坐探”的形形色色的微型战场传感器等纳米武器装备。纳米武器的出现将大大改变人们对战争力量对比的看法。纳米材料还具有很高的电磁波吸收系数，将纳米材料加入飞机，坦克中，用以吸收雷达波，于是隐形飞机，隐形坦克问世了。隐形武器在战争上渗出鬼没，出现于战场的不同角落。

3.纳米材料制备新技术有哪些？

答：①微波化学合成法②脉冲激光沉积薄膜③分子自组装法④原位生成法

第八章

1.SHS铸造技术的特点是什么？

答：①产物几乎能达到理论密度。②燃烧合成所获得的高温液相经过铸造之后，可以制备各种形状类型的零部件，从而可以真正实现近无余量材料制品或最终产品的自蔓延高温合成。③SHS加压致密化技术中对于作用压力的大小以及施压时间通常要求很严格，生产中往往较难控制，而SHS铸造技术的 工艺相对较为简单，过程容易控制④SHS铸造技术不需要采用SHS加压致密化技术中所使用的许多庞大的设备，因而投资少，经济效益好。⑤可进行陶瓷类材料的铸造。⑥可用于复合材料的制备。

2.SHS焊接技术的特点是什么？

答：①焊接时可利用反应原料直接合成梯度材料来焊接异种材料；②焊接中可以加入增强相； ③在反应中产生用于焊接的能量；④对于某些受焊母材的焊接，可采用与制备母材工艺相似的焊接工艺；⑤SHS焊接过程中的局部快速放热可减少母材的热影响区，避免热敏感材料微观组织的破坏，利于保持母材的性能。

3.SHS具有工艺简单，节省能源，产品质量好，成本低廉等优点。

4.SHS燃烧体系均为非均匀燃烧体系，该体系分为固体火焰，准固体火焰，渗透燃烧。

5.点火方法：燃烧点火，辐射点火，激光点火，电火花点火，热爆点火，微波点火，电热爆点火，化学点火，机械点火

6.激光快速成形方式的分类：去除成形，添加成形，受迫成形，生长成形。

7.激光快速成形的特点：制造过程快速，制造过程高度柔性，技术高度集成，可用材料丰富，经济效益显著，应用领域广泛。

8激光快速成形技术包括多种工艺方法：立体光固化成形（SLA）技术，激光薄片叠层制造（LOM），选择性激光烧结（SLS）技术，激光熔覆成形（LCF）和激光诱发热应力（LF）技术等。