第十六講材料的制備與成型加工演示文稿

第十六講材料的制備與成型加工演示文稿當前1頁，總共47頁。優(yōu)選第十六講材料的制備與成型加工當前2頁，總共47頁。鐵的制備：磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦(Fe2O3)、褐鐵礦(FeCO3)、菱鐵礦(Fe2O3·mH2O)①還原

焦碳（C）或CO產(chǎn)熱>570℃作還原劑

生鐵Fe（C%>2.11%）

②造渣

熔劑

碳石(CaCO3)

錳礦石(脫O、脫S)目的有害雜質(zhì)入渣除去

有益元素進入鐵水

當前3頁，總共47頁。鐵制備反應原理：①

還原反應：FeO+C=Fe+CO(直接還原、高爐下部高溫區(qū)進行)

CO間接還原造渣反應：酸性氧化物與堿性氧化物的中和反應， 十分復雜。

當前4頁，總共47頁。鋼的制備煉鋼的目的：①降低生鐵中C含量 ②去除有害雜質(zhì)③添加適量合金元素

煉鋼方法：●平爐煉鋼●電爐煉鋼●純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼（LD法，代表發(fā)展方面）

當前5頁，總共47頁。煉鋼過程：鐵水、生鐵塊、廢鋼、鐵合金C%>2.11%、Si、Mn、S、P雜質(zhì)含量較高

①雜質(zhì)氧化

氧化劑（O2、FeO）

②脫氧（還原）

脫氧劑(硅、錳、鋁及鐵合金

)③造渣

熔劑（石灰、螢石、白云石）

鋼：C%<2.11%，含少量Si、Mn、S、P當前6頁，總共47頁。煉鋼反應原理：

雜質(zhì)氧化

2Fe+O2—→2FeOSi+2FeO—→SiO2+2FeMn+FeO—→MnO+FeC+FeO—→Fe+CO↑2P+5FeO—→P2O5+5Fe脫氧(還原)2FeO+Si—→SiO2+FeFeO+Mn—→MnO+Fe 氧化后鋼液中存在3FeO+Al—→Al2O3+3Fe 較多FeO，必須除去

造渣除渣：與煉鐵類似

當前7頁，總共47頁。硫化銅、氧化銅礦

熔煉

Fe等雜質(zhì)隨熔渣除去

冰銅(Cu2S)x·(FeS)y

吹煉

Cu2S+3/2O2—→Cu2O+SO2

Cu2O+FeS—→Cu2S+FeO2Cu2O+Cu2S—→6Cu+SO2

粗銅（Cu%=98.5~99.5%）含少量金、銀、鉍、錫、鉛、硒、碲、溶解氣體

銅的制備：火法煉銅法火法精煉或電解精煉

目的：①去除雜質(zhì)②提取貴金屬

純銅金屬

當前8頁，總共47頁。鋁的制備：Al2O3的制備

①濕堿法：鋁礦石+NaOH溶液2NaAlO2水溶液

稀釋、過濾、結(jié)晶

加Al(OH)3晶核

Al(OH)3

950~1000℃

煅燒Al2O3②

干堿法：

鋁礦石

+CaCO3+Na2CO3

1100℃

燒結(jié)

燒結(jié)塊加水稀釋

沉淀雜質(zhì)

NaAlO2水溶液

通入CO2

Al(OH)3

950~1000℃

煅燒Al2O3Al2O3自焙電解

900℃

電解

Al3++3e—→Al 陰極、鋁純度達99.7%2AlO33-–6e—→Al2O3+3/2O2

陽極

自焙陽極電解槽見圖5-6當前9頁，總共47頁。無機非金屬材料的制備

無機非金屬材料

(InorganicNonmetallicMaterials)陶瓷（Ceramics）

玻璃（Glass）

水泥（Cement）

耐火材料(Firebrick)基本化學成份屬硅酸鹽(Siticate)物質(zhì)

當前10頁，總共47頁。陶瓷原料

天然原料：粘土類礦物、長硅類礦物、石英 類礦物化工原料：BaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、BeO 、ZrO2、Si3O4、釉料等制備過程：配料——成型——燒結(jié)（致密化）陶瓷的一般生產(chǎn)工藝流程，見圖5-1-8當前11頁，總共47頁。玻璃的結(jié)構(gòu)及成型特點：其獨特的性能：是國民經(jīng)濟不可缺少的基礎材料典型的非晶態(tài)（無定型、亞穩(wěn)態(tài)）結(jié)構(gòu)，具有降低內(nèi)能向晶態(tài)轉(zhuǎn)化趨勢成形加工過程中必須嚴格控制玻璃生成的熱力學和動力學條件，以保證無定型態(tài)成形工藝要求：①熔融態(tài)粘度低；②成型后冷卻，定型速度快；③消除內(nèi)應力。當前12頁，總共47頁。玻璃制備過程：配（備）料：主、輔原料配制。熔制：硅酸鹽的生成、玻璃液的形成、澄清、均化和玻璃液的冷卻即熔融成型深加工：切裁、熱處理、鋼化、夾層化、中空化、鍍膜等

當前13頁，總共47頁。玻璃成型加工方法

浮法（平板玻璃）吹制法（空心制品）壓制法（玻璃容器）壓延法（壓花玻璃）

澆鑄法（光學玻璃）焊接法（玻璃儀器）

當前14頁，總共47頁。水泥是水硬性無機膠凝材料的統(tǒng)稱，屬無機粉體材料。其水硬性來自于所含活性礦物成份的水化和水解反應。按活性礦物成份可分為：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥和氟鋁酸鹽水泥等，其中硅酸鹽水泥用量最大。按用途和性能可分為：通用、專用、特種三大類。當前15頁，總共47頁。硅酸鹽水泥活性成份

硅酸三鈣3CaO·SiO2(C3S) 44~62%硅酸二鈣2CaO·SiO2(C2S) 18~30%鋁酸三鈣3CaO·Al2O3(C3A) 5~12%鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF) 10~18%由堿性CaO與酸性氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3在高溫下反應而成CaO：由石灰石、泥灰石、白堊等提供SiO2、Al2O3、Fe2O3：由黃土、粘土、頁巖、粉煤灰、煤酐 石等提供

當前16頁，總共47頁。

硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝見圖5-11，可概況為“兩磨一燒”煅燒過程中，生料經(jīng)歷干燥脫水、碳酸鹽分解、氧化物間高溫與液相反應、快速冷卻等復雜的物化過程而成熟料泥的凝結(jié)硬化（水化）也是一復雜的物化過程，石膏的加入可緩凝

當前17頁，總共47頁。耐火材料是紙耐火溫度不低于1580℃無機非金屬材料按耐火溫度稱為：普通（1580~1770℃）、高級（1770~2000℃）和特種（2000℃以上）按其主成份：

SiO2為主成份的酸性耐火材料

Al2O3及Cr2O3為主成份的酸性耐火材料

MgO和CaO為主成份的堿性耐火材料當前18頁，總共47頁。耐火材料的高溫使用性能

耐火度高溫荷重變形溫度高溫體積穩(wěn)定性抗熱震穩(wěn)定性抗渣性耐真空性當前19頁，總共47頁。高分子材料制備的三個層次聚合物合成（Synthesisofpolymer）聚合物、粒、粉、塊料的制備(Fabricationofpolymer)聚合物成型加工（Processingofpolymer）各層次高分子制備過程示意圖見圖5-13當前20頁，總共47頁。聚合物分子量增長方式：鏈鎖聚合、逐步聚合、交聯(lián)、接枝聚合物合成

①原料精制：蒸餾、重結(jié)晶、堿洗等，以保證單體純度

③聚合物分離：真空揮發(fā)、凝聚、分離、離心分離等,脫殘留單體、

溶劑、分離雜質(zhì)，以獲得較純凈聚合物④后處理：洗滌、干燥、造粒②聚合

聚合機理

實施方法：本體、溶液懸浮、乳液、熔融、界面、固相

鏈鎖：自由基、陽離子、陰離子、配位催化逐步：縮聚、加聚當前21頁，總共47頁。高分子材料成型加工

(Processingofpolymer)

塑料成型加工(FormingTechniguesforplastics)橡膠成型加工（FabricationofElastomers）

纖維和薄膜制造(FabricationofFibersandFilms)涂裝工藝（CoatingTechnigues）當前22頁，總共47頁。

聚合物添加劑

（PolymerAdditives）

填料（Fillbers）增塑劑（Plasticigers）穩(wěn)定劑（Stabiligers）色（母）料（Colorants）阻燃劑（FlameKetardants）加工助劑（AdditivesforProcessing）

當前23頁，總共47頁。聚合物粉、粒料的配制與混合

①

物料的初混合：Tm以下、低剪切、簡單混合，增加物料分散或無序程度，設備有低速捏合機和高速混合機兩類，見圖5-39②

物料熔融混合（混煉）：高剪切下熔融混合，進一步分散均勻，逐出揮發(fā)物，設備有雙輥開煉機、密煉機、雙螺桿擠出機等，見圖5-40當前24頁，總共47頁。聚合物成型加工特性

混合—熔融—流動（變形）—固化定型—后處理五階段伴有一次結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、織態(tài)結(jié)構(gòu)的變化或轉(zhuǎn)變，見圖5-33~5-38聚合物三種物理狀態(tài)及其三態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)是成型加工的基礎，不同成型加工方法，應選擇適宜的物理狀態(tài)，見圖5-32當前25頁，總共47頁。聚合物成型加工特性

3

熔融特性：聚合物固有的低導熱性、低耐熱性、低穩(wěn)定性和高熱敏性，使傳統(tǒng)導熱加熱熔融方式不再適應。而主要依靠“粘性耗散發(fā)熱（摩擦熱）”方式熔融4

流動特性：a)通過若干鏈段運動使大分子重心位移，產(chǎn) 生流動b)鏈段的取向、長鏈分子的纏結(jié)決定其“非牛頓流體性質(zhì)”c)大分子的粘彈行為和法向應力，決定了聚合物熔體的“離模膨脹”現(xiàn)象或“末端效應”，常引起尺寸變形（圖5-31）

當前26頁，總共47頁。熱塑性聚合物熔體（PolymerViocousLiquid）成型方法

a.

擠出成型（ExtrusionMolding）圖5-41，42b.

注射成型（InjectionMolding）圖5-43，44c.

模壓與傳遞模塑（CompressionandTransferMolding） 圖5-45d.

壓延成型（）圖5-46e.

熱成型（HeatMolding）圖5-47f.

中空吹塑成型（BlowMolding）圖5-48g.

澆鑄成型（Casting）h.熔融紡絲（MeltSpinning）圖5-49當前27頁，總共47頁。熱固性(thermoseffingplastics)成型方法可沿用熱塑性聚合物類似的成型方法，但有其特點：a.

化學交聯(lián)固化，而非冷卻凝固b.

固化反應需一定溫度、時間和壓力c.

固化產(chǎn)物不熔、不溶、不可逆d.

固化行為決定其工藝性和工藝參數(shù)當前28頁，總共47頁。金屬材料成型加工

(ProcessingofMetals)鑄造（Casting）

鍛造（Forging）輥（滾）軋（Rolling）擠壓（Extrusion）拉拔（Drawing）

焊接（Welding）粉末冶金（PowderMetallurgy）熱處理（Thermaltretment）切削當前29頁，總共47頁。鑄造性

熔融流動性（螺旋試樣法測定）圖5-19鑄型充填條件：鑄型阻力、蓄熱保溫（熱交換）能力收縮性：液態(tài)收縮、凝固收縮、固體收縮，易引起鑄件缺陷（如縮孔、縮松、裂紋、變形等）當前30頁，總共47頁。Fig14.2Metaldeformationduring(a)forging(b)rolling(c)extrusionand(d)drawing鍛造、輥軋、擠壓、拉拔

①金屬的塑性變形性

②變形抗力

③變形條件

化學成份

組織結(jié)構(gòu)變形溫度

變形速度應力狀態(tài)

當前31頁，總共47頁?？珊附邮侵附饘僭谝欢ê附臃椒ā⒑附硬牧?、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式下，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度同一種金屬材料，采用不同焊接方法和焊接材料，其可焊性不同常用焊接方法：①手工電弧焊；②埋弧自動焊；③氬弧焊；④電渣焊；⑤CO2氣體保護焊；⑥電阻焊（點焊、對焊；縫焊）；⑦釬焊。見圖5-22~5-29

當前32頁，總共47頁。切削加工性（車、銑、刨、鉆）

取決于多種因素

硬度切削阻力切屑的形狀與形成

導熱性

顯微組織結(jié)構(gòu)

當前33頁，總共47頁。金屬材料經(jīng)熱處理，可改變其晶相組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能退火（annealing）處理：①松弛內(nèi)應力（relievestresses）；②提高延展性（ducility）、改變硬度（toughness）；③產(chǎn)生特殊組織結(jié)構(gòu)（specificmicrostructure）熱處理條件：①熱處理溫；②保溫時間；③冷卻速度

當前34頁，總共47頁。新日鐵鋼鐵生產(chǎn)流程當前35頁，總共47頁。（一）天然原料與合成原料

在地殼中分布最廣的元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg八種元素占有98.56%——硅酸鹽制品長期占據(jù)無機非金屬材料主導地位的主要原因。

在地質(zhì)學中，巖石按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。巖石的產(chǎn)出特點。礦石、礦床的概念。當前36頁，總共47頁。地殼中普通元素的蘊藏量當前37頁，總共47頁。（四）選礦與提純

常用的選礦方法有：機械法、物理-化學法、純化學法、電氣法等等。

近二