四川大学材料科学与工程基础双语.pptx
《四川大学材料科学与工程基础双语.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《四川大学材料科学与工程基础双语.pptx(85页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、本章主要对本章主要对金属材料金属材料(Metals)、)、无机无机非金属材非金属材(InorganicNonmetallic)、)、高分高分子材料子材料(Polymer)的)的制备原理及方法制备原理及方法,成型成型加工性加工性作主要阐述。作主要阐述。第五章 材料的制备与成型加工(Fabrication and Processing of Materials)第1页/共85页5-1 材料制备原理及方法5-2 材料的成型加工性第五章内容目录第2页/共85页5-1材料制备原理及方法第3页/共85页 金属材料的制备主要介绍铁的制备、钢的制备、非铁合金(铜的制备、铝的制备)的制备5-1-1金属材料的制备
2、第4页/共85页磁铁矿磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿、赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿褐铁矿(FeCO3)、菱铁矿、菱铁矿(Fe2O3mH2O)还原焦碳(C)或CO还原剂生铁生铁Fe(C%2.11%)造渣 熔剂石灰石(CaCO3)锰矿石(脱O、脱S)目的目的有害杂质入渣除去有益元素进入铁水铁的制备第5页/共85页还原反应还原反应CO间接还原铁的制备原理FeO+C=Fe+CO直接还原高炉下部高温区进行第6页/共85页造渣反应 造造渣渣就就是是加加入入一一定定量量的的熔熔剂剂与与矿矿石石中中脉脉石石和和焦焦炭炭中中灰灰分分作作用用,生生成成一一种种多多氧氧化化物物的的熔熔体体。造造渣渣过过程程是是一一个
3、个复复杂杂的的化化学学反反应应过过程程,应应根根据据矿矿石石成成分分和和冶冶炼炼要要求求,控控制制熔熔剂剂数数量量和和熔熔炼炼过过程程,促促使使需需要要的的元素进入铁水,让有害杂质进入渣中而除去。元素进入铁水,让有害杂质进入渣中而除去。炉渣的炉渣的成分成分是是CaOCaO、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2、和、和MgOMgO。高高炉炉炉炉渣渣可可以以用用作作水水泥泥原原料料和和建建筑筑材材料料,但但炉炉渣渣的的形形成成过过程程对对提提高高高高炉炉冶冶炼炼技技术术经经济济指指标标有有很很重要意义。重要意义。第7页/共85页高炉内型构造高炉内型构造铁的制备过程在高炉中进行第8页/共8
4、5页高炉炼铁生产高炉炼铁生产 高炉炼铁生产高炉炼铁生产主要由高炉开炉,炉内操作和炉主要由高炉开炉,炉内操作和炉前操作等生产过程组成。前操作等生产过程组成。第9页/共85页钢的制备钢的制备钢的制备基本原理:钢的制备基本原理:所谓钢的制备实际上是钢的冶炼或炼钢。炼钢就所谓钢的制备实际上是钢的冶炼或炼钢。炼钢就是通过冶炼是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害的杂质降低生铁中的碳和去除有害的杂质,再,再根据对钢的成分和性能要求根据对钢的成分和性能要求添加适量的合金元素添加适量的合金元素,炼出炼出具有较高强度和塑性韧性具有较高强度和塑性韧性或具有持殊性能的钢。或具有持殊性能的钢。整个炼钢过程是整个炼钢过程是
5、氧化氧化和和还原还原过程,关键是清除过程,关键是清除钢水中杂质,其中最主要的因素是钢水中杂质,其中最主要的因素是造渣造渣和和除渣除渣。第10页/共85页炼钢过程:炼钢过程:铁水、生铁块、废钢、铁合金铁水、生铁块、废钢、铁合金C%2.11%、Si、Mn、S、P杂质含量较高杂质含量较高 杂质氧化 氧化剂(O2、FeO)脱氧(还原)脱氧剂(硅、锰、铝及铁合金)造渣熔剂(石灰、萤石、白云石)钢:钢:C%2.11%,含少量,含少量Si、Mn、S、P 第11页/共85页炼钢反应原理:炼钢反应原理:杂质氧化2Fe+O22FeOSi+2FeOSiO2+2FeMn+FeOMnO+FeC+FeOFe+CO2P+5
6、FeOP2O5+5Fe脱氧(还原)2FeO+SiSiO2+FeFeO+MnMnO+Fe3FeO+AlAl2O3+3Fe造渣除渣:与炼铁类似氧化后钢液中存在较多FeO,必须除去第12页/共85页钢的制备方法钢的制备方法 钢的制备方法有钢的制备方法有纯氧顶吹转炉炼钢,平炉炼钢和纯氧顶吹转炉炼钢,平炉炼钢和电炉炼钢电炉炼钢,这里主要介绍,这里主要介绍纯氧顶吹转炉炼钢(纯氧顶吹转炉炼钢(LDLD法)法)。氧气转炉炼钢原料氧气转炉炼钢原料 氧气转炉炼钢原料有氧气转炉炼钢原料有金属料金属料(铁铁水、生铁块、废钢、铁合金水、生铁块、废钢、铁合金);造渣材料造渣材料(石灰、萤石灰、萤石和白云石石和白云石);氧
7、化剂氧化剂(氧气、铁矿石和氧化铁皮氧气、铁矿石和氧化铁皮);冷却剂冷却剂(皮钢、铁矿石、氧化铁皮皮钢、铁矿石、氧化铁皮);脱氧剂脱氧剂(硅、锰、硅、锰、馅及铁合金馅及铁合金)。第13页/共85页氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 纯氧顶吹转炉炼钢纯氧顶吹转炉炼钢生产工艺生产工艺:倾倒兑铁水,加废钢倾倒兑铁水,加废钢直立加渣料直立加渣料准备吹炼准备吹炼吹炼吹炼停吹停吹一倾倒炉渣一倾倒炉渣直立加二批渣料直立加二批渣料继继续吹炼续吹炼倾倒取样倾倒取样脱氧出钢脱氧出钢浇注浇注第14页/共85页第15页/共85页制备原理火法炼钢法 在高温下使铜矿石或含铜原料(精矿、焙烧或烧结块)先熔炼成冰铜,再将其吹成粗
8、铜。湿法冶铜法 用溶剂浸泡铜矿石,使铜从矿石中浸出,再从浸出溶液中将金属铜析出。非铁合金的制备铜的制备铜的制备 湿法炼铜的溶液由金属溶质和只能溶解金属而不溶解脉石湿法炼铜的溶液由金属溶质和只能溶解金属而不溶解脉石的溶剂组成。常用的溶剂有稀硫酸、硫酸铁溶液及碳酸铵的溶剂组成。常用的溶剂有稀硫酸、硫酸铁溶液及碳酸铵溶液等。对于含酸性脉石的矿石,使用硫酸或硫酸铁溶液,溶液等。对于含酸性脉石的矿石,使用硫酸或硫酸铁溶液,而含有碱性脉石的矿石,宜用碳酸铵溶液。而含有碱性脉石的矿石,宜用碳酸铵溶液。第16页/共85页硫化铜、氧化铜矿硫化铜、氧化铜矿 熔炼 Fe等杂质随熔渣除去冰铜冰铜(Cu2S)x(FeS
9、)y 吹炼Cu2S+3/2O2Cu2O+SO2Cu2O+FeSCu2S+FeO2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2粗铜(粗铜(Cu%=98.599.5%)含少量金、银、铋、锡、铅、硒、含少量金、银、铋、锡、铅、硒、碲、溶解气体碲、溶解气体 火法炼铜法火法炼铜法火法精炼火法精炼或电解精炼或电解精炼目的:目的:去除杂质去除杂质提取贵金属提取贵金属纯铜金属纯铜金属 铜的制备方法第17页/共85页第18页/共85页第19页/共85页Al2O3的制备湿碱法:铝矿石+NaOH溶液2NaAlO2水溶液Al(OH)3稀释、过滤、结晶加Al(OH)3晶核9501000煅烧Al2O3干碱法:铝矿石+CaCO3+Na
10、2CO31100烧结烧结块加水稀释沉淀杂质NaAlO2水溶液通入CO2Al(OH)39501000煅烧Al2O3Al2O3自焙电解900电解Al3+3eAl阴极、铝纯度达99.7%2AlO33-6eAl2O3+3/2O2阳极铝的制备第20页/共85页第21页/共85页传统上无机非金属材料(inorganic nonmetallicmaterials)主要包括陶瓷(ceramics)、玻璃(glass)、水泥(cement)和耐火材料(firebrick)四大类.这里主要从这四种材料出发。介绍无机非金属材料的制备原理和一般的制备方法。5-1-2无机非金属材料的制备第22页/共85页陶瓷的制备原理
11、及方法 陶瓷是无机非金属材料中的一个重要的种类。陶瓷是无机非金属材料中的一个重要的种类。它是指一定组成配比的矿物原料粉末或化工原料粉它是指一定组成配比的矿物原料粉末或化工原料粉末成型后,经特定的工艺使其末成型后,经特定的工艺使其致密化致密化,赋予其一定,赋予其一定的强度和密度及其他特殊性能的固体材料。通常陶的强度和密度及其他特殊性能的固体材料。通常陶瓷是一种瓷是一种多晶多相多晶多相的聚集体。的聚集体。第23页/共85页第24页/共85页 制备过程大体可以分为制备过程大体可以分为备料、成型、饶结备料、成型、饶结三大部三大部分。陶瓷制备的一般工艺过程如图分。陶瓷制备的一般工艺过程如图5858所示。
12、所示。第25页/共85页陶瓷原料陶瓷原料天然原料化工原料粘土类矿物长硅类矿物石英类矿物BaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、BeO、ZrO2、Si3O4、釉料等陶瓷原料及配料第26页/共85页 陶瓷原料的的预处理预处理主要是进行淘洗,其目的是主要是进行淘洗,其目的是尽量除去原料中带有的杂质,以保证陶瓷的产品质量。尽量除去原料中带有的杂质,以保证陶瓷的产品质量。例如,电子陶瓷的电性能对原料中的碱金属含量非常例如,电子陶瓷的电性能对原料中的碱金属含量非常敏感,而碱金属盐基本上都是水溶性盐,可以通过淘敏感,而碱金属盐基本上都是水溶性盐,可以通过淘洗将其溶解去除。洗将其溶解去除。陶瓷原料的陶瓷原料的
13、破碎破碎通常分为粗碎、中碎和细碎。通常分为粗碎、中碎和细碎。有的原料还需进行有的原料还需进行燃烧处理燃烧处理。锻烧的作用锻烧的作用主要有主要有三个方面:其一是使原料的晶型发生转变,以避免物三个方面:其一是使原料的晶型发生转变,以避免物料在烧结过程产半晶型转变而使瓷体产生裂纹;其二料在烧结过程产半晶型转变而使瓷体产生裂纹;其二是利用晶型转变产生的内应力和燃烧过程中产生的热是利用晶型转变产生的内应力和燃烧过程中产生的热应力使原料进应力使原料进步细化;其三是在燃烧过程中除去物步细化;其三是在燃烧过程中除去物料中的有害杂质。料中的有害杂质。原料的预处理与破碎第27页/共85页 坯料坯料是指原料经粉碎和
14、适当的加工后,能满足成是指原料经粉碎和适当的加工后,能满足成型工艺要求的均匀混合物。型工艺要求的均匀混合物。坯料分为坯料分为注浆坯料、可塑坯料注浆坯料、可塑坯料和和压制坯料压制坯料三种。三种。坯料的制备包括坯料的制备包括配料、混合、细碎、陈化、练泥配料、混合、细碎、陈化、练泥等等过程。过程。配料配料 选择不同的原料配比,保证坯料组成符合配选择不同的原料配比,保证坯料组成符合配方要求。方要求。混合混合 采用各种工艺方式使坯料混合均匀。采用各种工艺方式使坯料混合均匀。细碎细碎 一般采用雷蒙磨一般采用雷蒙磨(干粉干粉)或球磨或球磨(料浆料浆)使坯料使坯料的细度达到的细度达到0.050.050.07m
15、m0.07mm以下。以下。陈化陈化 将含水坯料在一定湿度和温度下放置一定时将含水坯料在一定湿度和温度下放置一定时间间(数大数大),使得其中的腐殖质充分腐化。,使得其中的腐殖质充分腐化。练泥练泥 将坯料在真空装置中反复揉制,使物料进一将坯料在真空装置中反复揉制,使物料进一步均匀同时将坯料中的气体排除。步均匀同时将坯料中的气体排除。坯料的制备第28页/共85页成型方法成型方法压制成型可塑成型注浆成型 将含水37(干压法)或815(半干压法)的坯料在较高的压力下加压形成坯体的方法利用坯料的可塑性将坯料制成一定的形状。成型 成型是采用一定的方法将坯料制作成为具有一定形状成型是采用一定的方法将坯料制作成
16、为具有一定形状和尺寸的坯体的过程。和尺寸的坯体的过程。注浆成型是将具有流动性的坯料注浆成型是将具有流动性的坯料(料料浆浆)注入石膏模中,利用石膏的吸水性注入石膏模中,利用石膏的吸水性使含水量降低而固化成型使含水量降低而固化成型第29页/共85页干燥干燥 由于成型后的坯料中含有较多的水分,直接由于成型后的坯料中含有较多的水分,直接烧结将由于水的迅速气化使坯体内气压急剧上升而烧结将由于水的迅速气化使坯体内气压急剧上升而开裂,故烧成前需在一定温度下进行干燥,便坯体开裂,故烧成前需在一定温度下进行干燥,便坯体中的水基本除去。中的水基本除去。排蜡排蜡 干压中加入有机塑化剂的坏体亦需在较低温度干压中加入有
17、机塑化剂的坏体亦需在较低温度下便塑化剂挥发除去,又称为排胶。下便塑化剂挥发除去,又称为排胶。干燥与排蜡第30页/共85页 釉料釉料是覆盖在陶瓷表面上的玻璃态薄层对陶瓷起表是覆盖在陶瓷表面上的玻璃态薄层对陶瓷起表面保护、改善性能并使陶瓷具有光泽和色泽的作用。面保护、改善性能并使陶瓷具有光泽和色泽的作用。根据釉料的烧成温度的不同,可以将釉料分为根据釉料的烧成温度的不同,可以将釉料分为高高温釉温釉和和低温釉低温釉。按照釉科的制备方法可以将釉料分为按照釉科的制备方法可以将釉料分为生釉生釉和和熔块熔块釉釉。施釉施釉 第31页/共85页 烧成烧成是指坯体在高温下发生一系列的物理化学变是指坯体在高温下发生一
18、系列的物理化学变化,坯体逐渐致密化形成预期的矿物组成和显微结构,化,坯体逐渐致密化形成预期的矿物组成和显微结构,并赋予制品预期性能的过程。并赋予制品预期性能的过程。烧成过程中需要严格控制的因素包括:烧成过程中需要严格控制的因素包括:升温速升温速度、烧成温度、保温时间、冷却速度、气氛种类与气度、烧成温度、保温时间、冷却速度、气氛种类与气氛压力等。氛压力等。烧成烧成第32页/共85页 使用温度使用温度 过快的升温速率将会使坯体受热不均而产生裂过快的升温速率将会使坯体受热不均而产生裂纹;并使水蒸气来不及排除坯体外,在坯体内形成很高的气纹;并使水蒸气来不及排除坯体外,在坯体内形成很高的气压而使坯体开裂
19、。压而使坯体开裂。烧成温度烧成温度 温度过低,液相量不足,瓷体不能完全实现温度过低,液相量不足,瓷体不能完全实现致密化,也不能达到预期的强度,这种情况在生产中称为致密化,也不能达到预期的强度,这种情况在生产中称为生生烧烧。反之,过高的烧成温度将使坯体因液相过量而软化变形,。反之,过高的烧成温度将使坯体因液相过量而软化变形,这种情况在生产中称为这种情况在生产中称为过烧过烧。保温时间保温时间 在达到烧成温度后,需要一定的保温时间来在达到烧成温度后,需要一定的保温时间来使物质进行迁移,以保证瓷体的致密化。使物质进行迁移,以保证瓷体的致密化。冷却速度冷却速度 降温速度越快,则温度梯度越大,热应力也降温
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 四川大学 材料科学 工程 基础 双语
限制150内