材料制备

材料制备（通用8篇）

材料制备 篇1

材料工程

2010012014

夏春亮

纳米材料的制备方法

纳米制备技术是80年代末刚刚诞生并正在崛起的新技术，其基本涵义是：纳米尺寸范围(10-9～10-7m)内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。由于纳米材料具有奇特的力学、电学、磁学、热学、化学性能等，目前正受到世界各国科学家的高度重视。

一、气相法制备纳米微粒

1.溅射法

此方法的原理为：用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两电极间充入Ar(40～250Pa)，两极间施加的电压范围为0.3～1.5kV。由于两极间的辉光放电使Ar粒子形成，在电场作用下Ar离子冲击阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量愈大。

溅射法制备纳米微粒材料的优点是：1)可以制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；2)能制备出多组元的化合物纳米微粒，如A lS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。

2.混合等离子法 硕研10级20班

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此方法是采用RF(射频)等离子与DC直流等离子组合的混合方式来获得超微粒子。该制备方法有以下几个特点：

1)产生RF等离子时没有采用电极，不会有电极物质(熔化或蒸发)混入等离子体而导致等离子体中含有杂质，故超微粒的纯度较高；

2)等离子体所处的空间大，气体流速比DC直流等离子体慢，致使反应物质在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应；

3)可使用非惰性气体制备化合物超微粒子，使产品多样化。混合等离子蒸发法制取超微粒子有3种方法： 1)等离子蒸发法

使大颗粒金属和气体流入等离子室，生成超微粒子； 2)反应性等离子气体蒸发法

使大颗粒金属和气体流入等离子室，同时通入反应气体，生成化合物超微粒子；

3)等离子VCD法

使化合物随载气流入等离子室，同时通入反应气体，生成化合物超微粒子。

例如，将原料Si3N4以4g/min的速度流入等离子室，通入H2进行热分解，再通入反应性气体NH3，经反应生成Si 3N4超微粒子。

3.激光诱导化学气相沉积法(LVCD)LVCD法具有清洁表面，离子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀等优点，并容易制备出几纳米至几十纳米的非晶及晶态纳米微粒。硕研10级20班

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目前LVCD法已制备出多种单质、化合物和复合材料超细粉末，并且已进入规模生产阶段，美国的MIT于1986年已建成年产几十吨的装置。激光制备超细微粒的工作原理是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定工艺条件下，获得超细粒子空间成核和长大。例如，用连续输出CO2激光(10.6um)辐照硅烷气体分子(SiH4)时，硅烷分子很容易发生热解反应：SiH4→Si(g)+ 2H2↑，热解生成的气相Si(g)在一定工艺条件下开始成核长大，形成纳米微粒。

激光制备纳米粒子的装置一般有2种类型：正交装置和平行装置。其中正交装置使用方便，易于控制，工程实用价值大，激光束与反应气体流向正交。激光束照在反应气体上形成反应焰，经反应在火焰中形成微粒，由氩气携带进入上方微粒捕捉装置。

4.化学蒸发凝聚法(CVC)这种方法主要是利用高纯惰性气体作为载气，携带有机高分子原料，通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。例如，六甲基二硅烷进入钼丝炉(温度为1100～1400℃，压力为100～ 1000Pa)热解形成团簇，并进一步凝聚成纳米级微粒，最后附着在充满液氮的转动的衬底上，经刮刀下进行纳米粉收集。此法具有产量大、颗粒尺寸细小、分布窄等优点。

5.爆炸丝法

基本原理是：先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5MPa)的反应室中，丝的两端卡头为2个电极，它们与一个大电容相联结形成回路，硕研10级20班

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加15kV的高压，金属丝在500～800kA下进行加热，熔断后在电流停止的一瞬间，卡头上的高压在熔断处放电，使熔断的金属在放电的过程中进一步加热变成蒸气，在惰性气体碰撞下形成纳米粒子沉降在容器的底部，金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间，从而使上述过程重复进行。这种方法适用于制备纳米金属和合金粉体。

6.其他方法

近年来，由于纳米材料规模化生产以及防止纳米粉团聚的要求越来越迫切，相继出现了一些新的制备技术。例如，气相燃烧合成技术就是其中的一种，其基本原理是：将金属氯化物(MCl)盐溶液喷入Na蒸气室燃烧，在火焰中生成NaCl包敷的纳米金属微粒，由于NaCl的包敷使得金属纳离子不团聚。另一种技术是超声等离子体沉积法，其基本原理是：将气体反应剂喷入高温等离子体，该等离子体通过喷嘴后膨胀，生成纳米粒子，这种方法适合于大规模连续生产纳米粉。

二、液相法制备纳米微粒

1.沉淀法

包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-，CrO2-，CO32-等)后，或于一定温度下使溶液发生水解，形成的不溶性氢氧化物和盐类从溶液中析出，将溶液中原有的阴离子洗去，经分解即得所需的氧化物粉料。

2.喷雾法

喷雾法是将溶液通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子的化学和物理相结合的一种方法。其基本过程包括溶液的制备、喷雾、干硕研10级20班

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燥、收集和热处理，其特点是颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为亚微米级到微米级，尺寸范围取决于制备的工艺和喷雾方法。根据雾化和凝聚过程，喷雾法可分为3种：

1)喷雾干燥法 将金属盐溶液或氢氧化物溶胶送入雾化器，由喷嘴高速喷入干燥室获得金属盐或氧化物的微粒，收集，烧成所需成分的超微粒子；

2)雾化水解法 将一种盐的超微粒子，由惰性气体载入含有金属醇盐的蒸气室，金属醇盐的蒸气附着在超微粒的表面，与水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒，经焙烧可获得氧化物超细微粒。这种方法获得的微粒纯度高，分布窄，尺寸可控，具体尺寸大小主要取决于盐的微粒大小；

3)雾化焙烧法 将金属盐溶液由压缩空气经窄小的喷嘴喷出雾化成小液滴，雾化温度较高，使金属盐小液滴热解形成超微粒子。

3.凝胶-溶胶法

此法的基本原理是将金属醇盐或无机盐水解，溶质聚合凝胶后，再将凝胶干燥，煅烧，最后得到无机材料。本法包括以下几个过程：

1)溶胶的制备 有两种制备方法： 一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经凝聚，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。这种原始颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核的大小范围内，因而可值得溶胶；二是由同样的盐溶液，通过对沉淀过程的仔细控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒沉淀，从而直接得到溶胶。

2)溶胶凝胶转化 溶胶中含有大量的水，凝胶过程中，使体系失硕研10级20班

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去流动性，形成一种开放的骨架结构。实现凝胶作用的途径一是化学法，即通过控制溶胶中的电解质浓度来实现凝胶化；二是物理法，即迫使胶粒间相互靠近，克服斥力，实现凝胶化。

3)凝胶干燥 在一定条件下，使溶剂蒸发，得到粉料，干燥过程中凝胶结构变化很大。该方法化学均匀性好，纯度高，颗粒细，可容纳不溶性组分或不沉淀组分，烘干后容易形成硬团聚现象，在氧化物中多数是桥氧键的形成，球形凝胶颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间的烧结性差，块状材料烧结性能不好，干燥时收缩大。

4.湿化学法

湿化学法制备纳米粉末是目前公认的具有发展前途的制粉方法，也是实验室常用的手段。湿化学法的实验流程如下：

材料制备 篇2

1 实验部分

1.1 原料

癸酸(简称CA):化学纯(国药集团化学试剂有限公司,熔点28.9～30.5℃);月桂酸(简称LA):化学纯(上海山浦化工有限公司,熔点41～45℃);豆蔻酸(简称MA):化学纯(上海化学试剂站,熔点52.5～54.5℃);棕榈酸(简称PA):化学纯( 国药集团化学试剂有限公司,熔点59.5～63.5℃)。

1.2 仪器

AE240型电子天平(瑞士METTLER公司生产,称量精度为0.01mg)。Q1000DSC差示扫描量热仪(美国TA公司,温度范围:-180～725℃,灵敏度:0.2μW,温度准确度:±0.1℃;温度精度:±0.05℃)。电热水浴恒温箱(上海华生电器有限公司生产,温度范围为室温～100℃);分析天平(上海衡器厂生产,称量精度为1mg)。

1.3 制备过程

按一定的比例,准确计算、称量两种脂肪酸,将其混合于密封容器中,在一定的温度下加热至全部熔融为液体,搅拌并保持一定时间,使体系充分混合,再冷却至室温,研磨得到的固体,取样送检。

1.4 热性能测试

用DSC热分析技术测试不同质量比的CA-LA、CA-MA、CA-PA二元体系的相变温度和相变焓[4,5],测试条件:测试气氛为N2,升温速率5℃/min。

2 结果与讨论

2.1 二元体系低共熔原理

根据物理化学理论可知,在溶剂B与溶剂A不生成固态溶液的条件下,当溶剂A中有少量溶剂B后,则从溶液中析出固态纯溶剂的温度,就会低于纯溶剂在同样外压下的凝固点,这就是凝固点下降原理[6]。如图1所示,3条曲线为一定外压下凝聚相中溶剂A的蒸汽压曲线。液态纯溶剂的蒸汽压曲线与固态纯溶剂的蒸汽压曲线相交于O点,该点所对应的温度t*f,即为溶剂的凝固点。根据拉乌尔定律,溶液中溶剂的蒸汽压曲线 位于液态纯溶剂的蒸汽压曲线下方,它与固 态纯溶剂的蒸汽压曲线相交于a点,a点所对应的温度tf是在该外压下溶液的凝固点,且有tf < t*f。t*f-tf被称溶液凝固点的降低值。

将几种脂肪酸分别互相混合,将其看成理想溶液模型,混合物的熔化温度总是比纯化合物的熔化温度低。两组分体系混合能达到最低的熔点,称为低共熔点。形成的化合物称为低共熔混合物。若将低共熔混合物冷却,则在低共熔混合物熔点全部凝固。两种物质按照不同比例混合,低共熔混合物的性能最稳定,低共熔点即为低共熔混合物的相变温度[7]。

按理想溶液计算的脂肪酸二元低共熔物的相变温度见表1所示。

从表1数据可知,脂肪酸二元低共熔物的熔点低于相应的纯脂肪酸的熔点,二元低共熔物的熔点都是在建筑围护结构所要求的温度范围内。但由于在实验中所选用的脂肪酸二元体系是非理想溶液,故以理论计算值为依据,由试验测试数据来确定二元低共熔混合物的组成及其热性能。

图2—图4分别为3种二元体系的DSC曲线。

2.2 热性能分析

我国民用建筑舒适性空调设计参数规定,夏季的居室温度为26～27℃,冬季为20～22℃。由于常用的长链脂肪酸的相变温度都较高于这一温度范围,但脂肪酸具有良好的混溶性,并且混溶后其混合物的相变温度均低于纯酸。因此,若将两个相变温度较高的脂肪酸混合后,则有可能使其混合物的相变温度处于20～27℃之间,而能应用于民用建筑中。

热性能数据如表2—表4,由表可以看出,混合物的相变温度均低于纯酸;当CA∶LA;CA∶ MA;CA∶PA的质量比分别为53.45∶46.55;60.2∶39.8;61.6∶38.4时,两酸同时发生相变,此时的DSC曲线和纯酸相似,只出现一个狭窄的吸热峰(如图2、3、4所示),表明此混合物是两酸的低共熔混合物,它们的相变焓和相变温度分别为CA-LA:120.7J/g,20.82℃;CA-MA:120.3J/g,19.15℃;CA-PA:142.9J/g,22.05℃。从图2到图4的DSC曲线可以看出:除过癸酸-月桂酸混合二元酸外,其余两种二元酸混合物吸热峰的峰形比较光滑,但是峰的对称性不是很好,这种现象的出现是由于混合二元酸发生相态变化,则混合物的比热也随着变化,从而引起基线的变动。从图2可以看出:癸酸-月桂酸混合二元酸的DSC曲线并不圆滑,有一处转折,这种结果很有可能是由于二元酸混合不均匀,以至于影响了相容性而造成的。

总之,从实验检测结果可知,这些二元酸低共熔混合物的相变温度适合用于民用建筑对相变材料温度的要求,并且具有较高的相变潜热,可以用作室温相变材料,用来增加房屋的热惰性,降低房屋的温度波动,从而降低空调负荷,达到建筑节能的目的。

2.3 电镜分析

为了能在夹心复合墙体中作为保温材料用[8],本方法将上述相变材料与建筑用膨胀珍珠岩进行了复合,通过电镜对珍珠岩吸附相变材料的微观变化进行测试[9],见图5所示。

未吸附相变材料的膨胀珍珠岩呈现出半球型明显的圆弧裂开,电镜表示吸附后由于表面热力学性质改变产生的变形其使呈鳞片状,表面为多孔结构,孔型为鳞片状,大部分孔径为几μm到几百μm之间。从SEM照片可以看出,膨胀珍珠岩吸附有机羧酸后,孔结构依然保持了鳞片状,且有机羧酸均匀吸附在多孔基体中。

3 结论

(1)以几种常用的脂肪酸为相变材料,采用水浴加热混合法可制备出性能较好的复合相变储能材料,拓宽了有机类相变材料的使用范围。

(2)二元体系存在着最佳混合比例,当达到这个比例时,二元体系会出现一个最低共熔点。

(3)通过DSC和SEM测试后可知,按照溶液模型计算得到的3种二元共熔体系具有较好的相变温度和相变焓,且与膨胀珍珠岩可制备成相变保温材料,为在夹心墙体中的应用提供了可能。

摘要：选择了几种脂肪酸,依据二元低共熔原理,制备出适合建筑材料使用的二元有机相变储能材料。通过DSC分析了复合储能材料的相变温度、相变焓等热性能,结果表明:当CA∶LA;CA∶MA;CA∶PA的质量比分别为53.45∶46.55∶60.2∶39.8∶61.6∶38.4时,其相变焓和相变温度分别为CA-LA:120.7J/g;20.82℃,CA-MA:120.3J/g;19.15℃,CA-PA:142.9J/g;22.05℃,适合于民用建筑对相变材料的要求。通过SEM分析检测了珍珠岩吸附相变材料后的表面微观变化,结果表明:有机羧酸均匀吸附在多孔基体中,此种材料可以应用于夹心节能建筑围护结构中。

关键词：二元共熔体,相变储能材料,潜热性能

参考文献

[1]马芳梅.相变物质储能建筑材料性质研究的进展[J].保温材料与建筑节能,1997,(8):40-42.

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[3]Roxas-Dimaano M N,et al.The capric and lauric acid mixturewith chemical additives as latent heat storage materials for cool-ing application Energy[J].2002,(27):869-888.

[4]田胜力,张东,肖德炎.向阳脂肪酸相变储能材料热循环行为的试验研究[J].材料开发与应用,2006,21(1):9-12.

[5]Sary A,Kaygusuz K.Thermal energy storage system usingsome fatty acids as latent heat storage materials[J].EnergySources,2001,(23):75-85.

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[7]张寅平、胡汉东、孔隆冬,等.相变储能-理论和应用[M].合肥:中国科技大学出版社,1996.

[8]Darkwa K,et al.Smiulation of pahse change drywalls in a pas-sive solar building[J].Applied Thermal Engineering,2006,(26):853-858.

材料制备科学课程教学改革探讨 篇3

关键词：材料制备科学；课程教学；改革；教学效果

中图分类号：G 642.0 文献标识码：A

1 引言

材料科学与工程是21世纪社会发展的基础工程技术之一，能源、材料、信息科学是现代社会文明的三大支柱。新社会发展的关键在于人才的培养，因此，如何培养材料科学与工程行业的高素质人才，是提升国家核心竞争力的关键举措，也是社会发展的核心问题之一。

材料科学是研究材料的组成、结构、缺陷和性能关系及变化规律的一门应用基础学科，而材料制备科学则是研究材料制备新技术、新工艺以实现新材料的设计思想，从而使其投入应用的应用学科。因此，材料制备方面的知识对材料科学至关重要。

“材料制备科学”课程以课程讲授为主，辅以使用多媒体课件对学生进行介绍，同时结合教学计划中的认识实习和生产实习，对材料制备过程进行进一步的认识。因此，为了适应高级应用型本科人才培养的要求，有必要从“材料制备科学”理论教学的内容与方法、实践性教学的强化手段、课程考核办法以及考核评价指标等方面进行改进。

2 教学内容的优化

该课程讲授内容丰富，主要涉及了不同的材料制备方法，包括經典的合成方法（高温合成、低温合成、高压合成等），软化学合成方法（先驱物法、溶胶-凝胶法、低热固相合成法、化学气相沉积法等），电解合成方法（自蔓延高温合成、微波合成）等合成方法。课程如果使用传统方法进行授课，单纯依靠板书和教材进行讲解，学生难免感到枯燥无味，无法取得较好的教学效果。因此，一方面需要加强多媒体教学，加强课程互动，充分调动学生学习的积极性，另一方面，在课程教学中需要加入实践教学环节，结合实践来启发学生在材料制备合成中的思路，达到课程教学改革的目的。

2.1 多媒体教学与板书教学的结合

课程中涉及到晶体生长理论的问题，已在材料科学基础中有较为详尽的描述，本课程在这方面的讲述应从简，而把重点放在材料的制备方法上。材料的制备方法涉及到大量的实验设备和微观分析手段。比如在溶胶凝胶法的讲述中，DLVO理论的解释需要结合gif图片甚至视频来进行直观的观察；而高温高压制备材料使用的高压釜，其制备方法也很难使用板书进行详尽的讲述。多媒体教学可调动学生感官的参与，加深学生对课程内容的理解，极大丰富了教学手段，还可提高授课的效率和质量。

2.2 课程互动方面的加强

与材料科学基础等基础课程相比，材料制备科学更注重与科研和实践的结合问题。授课老师不应靠“填鸭式教育”给学生灌输大量理论知识，而应该在课程上加强课程互动，引导学生与现实生活和实践相结合，更深层次了解材料制备和合成的技术。在课间时也应与学生加强互动，使学生不再感觉到理论知识的枯燥，增强他们对理论知识和应用的理解和认识。

2.3 课程教学与实践实习的结合

在国内大学普遍情况下，授课针对人数较多，给实践教学带来较大困难。而对于材料制备科学这类需要与实验结合的课程中，实践教学尤为重要。在该课程的教学中，尤其应该注意到实习参观与实验教学的相结合，在工厂大型制备工艺与实验室小型制备工艺的同时学习中，更加深入学习到材料制备的工艺与原理。

2.4 考核方式和考核内容的改革

本课程考试一般以闭卷考试为主，卷面成绩占学生最终成绩比例较大，且试卷更偏重理论知识，很难发挥学生对基础知识的掌握和运用。对于该课程的考核方式，不应只是理论知识的单纯记忆，这样容易造成“考前突击、考完就忘”的情况。针对材料的制备，可以针对某一材料的制备，课程上给学生布置作业，加深学生对制备过程的理解与记忆，并给予打分评定，最终综合来衡量学生对课程的学习情况。

3 结论

“材料制备科学”课程教学改革相对困难，如何让学生在较为轻松的氛围中学到相对较深的知识，需要授课教师进行进一步的努力。本文主要从不同的教学内容和教学方式出发，提出了多媒体教学、课程互动、加强实践、综合考核等改革方式，从而加强该课程的教学效果，培养出新世纪需要的优秀大学生。

参考文献

[1] 朱世富， 赵北君.材料制备科学与技术[ M] .北京：高等教育出版社， 2006.178.

[2] 冯端， 师昌绪， 刘治国.材料科学导论[ M] .北京：化学工业出版社， 2005.1.

金属材料的先进制备技术 篇4

金属材料热处理表面强化技术研究 l引言

随着工业现代化工业的快速发展，对各种机械设备零件的表面性能要求越来越高。一些在特殊条件下工作的零部件，往往因其表面局部磨损而使整个零件报废。因此如何提高和改善零件的表面质量和性能，以延长工件的使用寿命是一个十分重要的问题l’，2]。世界各国对金属材料表面和近表面区组织的改性处理技术进行了深入的研究，通过机械、物理、化学等方法来改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，即采用各类表面改性技术，使材料表面具有较本体更高的强度，和更加优良的耐蚀、耐磨、耐高温和抗疲劳等性能，从而充分发挥金属材料的潜力，提高其表面耐磨性，达到延长使用寿命、拓宽其应用领域的目的13，4]。金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途，其种类繁多，除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外，激光、电子和离子等高能束表面处理技术也取得了快速的发展[5]，大量的研究成果己经在工业生产中得到广泛的应用。进入21世纪后，随着人们环保意识的不断提高，对环境无污染的“绿色”表面强化技术越来越受到人们的青睐。近年来，俄国文献le.姆及道了一种新的表面强化技术，鉴于这种技术的文献报道较少，其作用机制还未见相关报道，而且该项技术尚未有规范的称谓，为此，我们暂且称其为热一声处理技术，与传统的表面改性技术相比，它高效、低耗、无污染，并且工艺上易于实现，具有较好的应用前景。

1.2表面改性技术概述

磨损、腐蚀和断裂是机械零部件、工程构件的三大主要破坏形式，它们所引起的经济损失十分巨大。其中由于磨损、腐蚀导致的机件失效而造成经济损失的，占有相当大的比重。在美国国家材料政策委员会向美国国会提出一份报告指出:由于摩擦磨损引起的损失，使美国经济每年支付1000亿美元的巨额资金，这项损失中的材料部分约为200亿美元;在1983年前联邦德国的一次调查中指出:由于摩擦磨损造成的损失估计为387亿马克:而在英国，由于摩擦磨损造成的经济损失每年至少为51500万英镑以上，相当于当时1965年国民生产总值的1.1%。许多国家政府对腐蚀造成的损失也进行了调查分析，美国Battelle实验室和国家

图1 表面强化技术

标准局1978年共同进行调查表明:1975年美国由于腐蚀造成的经济损失达820亿美元，占国民生产总值的4.9%，1995年4月Battelle和SSINA发表报告指出:现在美国每年因为腐蚀损失3000亿美元;1983年我国也曾对腐蚀作过调查，当时的结论为我国因腐蚀造成的经济损失至少在400亿元人民币以上。据不完全统计，世界能源的1/3一1/2由于摩擦磨损而消耗掉，机械零件80%的失效的原因是摩擦磨损，而每年出于腐蚀造成的直接损失大约占整个

国民生产总值的1%一4%。

众所周知，磨损和腐蚀均发生于机件表面的材料流失过程，而且其他形式的机件失效也多是从表面开始。尽管磨损与腐蚀是不可避免的，但是若采取有力措施，还是可以提高机件的耐磨性、耐蚀性的。金属表面工程技术主要是利用各种表面涂层即面改性技术赋予基体材料本身所不具备的特殊的力学、物理或化学性能，如高硬度、高耐磨性、减摩性、抗高温氧化性、抗辐射性等，而基体本身所具有的特性不会受到很大影响。另外，采用现代表面工程技术，不但可以大幅度的提高工件的质量和性能，成倍的延长使用寿命，而且技术上成熟，工艺上简便，经济上可行，获得了事半功倍的效果。因此，近二十年来表面工程技术发展迅速，不断完善，逐步形成一门独立的学科。

金属材料表面改性技术，也就是运用现代技术，改变材料表面、亚表面的成分、结构和性能的处理技术，主要包括表面形变强化，表面相变强化、离子注入表面强化、表面扩散渗入强化以及化学转化等，如图1.1所示。表面改性技术的应用使基体材料表面具有原来没有的性能，这就大幅度的拓宽了材料的应用领域，充分发挥了材料的潜力。例如: 1.可用一般的材料代替稀有的、昂贵的材料制造机器零件，而不降低甚至超过原机件的质量;2.可以把两种或两种以上的材料复合，各取其长，解决单一材料解决不了的问题;3.延长在苛刻条件下服役机件的寿命: 4.大幅提高现有机件的寿命，修复磨损、腐蚀的零件;5.赋予材料特殊的物理、化学性能，有助于某些尖端技术开发。

1.3常用的表面强化方法 1.3.1喷丸强化

喷丸强化是在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷加工方法，将大量高速运动的弹丸(铸铁丸、钢丸、玻璃丸、硬质合金丸等)喷射到工件表面上，犹如无数的小锤反复锤击金属表面，使零件表层和次表层金属发生一定的塑件变形、从而在塑性变形层中产生金属特有的冷作硬化，还产生一层残余压应力。使材料的抗腐蚀和抗疲劳断裂的能力大幅提高，零件的可靠性、耐久性得到提高或改善，还可以实现表面清理、光洁度加工、成形、校正和机械强化等多种功能。该方法具有实施方便、效果显著、适应面广、消耗低等多种优势，在飞机、坦克、汽车和各种机械设备的齿轮、轴承、焊接件、弹簧、涡轮盘、叶片及模具、切削工具等的表面清理和提高使用寿命与防腐能力方面发挥了重要的作用。

近年来在喷丸强化领域出现的微粒冲击、微粒镶嵌镀膜技术以及中科院金属研究所卢柯、刘刚等人开发的超声喷丸(高频)和高能喷丸(低频)新技术，在降摩擦系数、提高材料耐磨能力、延长使用寿命、简化氮化过程等方面表现出优异的性。

然而喷丸参数与工件性能的提高之间未建立量化联系，缺乏喷丸过程的定量化析以及与此相关的参数优化，喷丸参数的选择只能依靠性能试验或经验，造成的结是大量消耗人力、物力，浪费时间，并且不一定具有最佳的效果，极大地制约了喷技术的发展。

1.3.2激光表面强化

激光表面强化是用一定扫描速度的激光束照射被处理的金属表面，在很短的时间内激光的能量被处理表面吸收而产生高温，当激光束移开后，被处理面迅速冷却，从而达到表面强化的目的。激光表面强化具有工件氧化小、几乎无变形和加热、冷却速度快等特点，可以行局部的选择性淬火和局部合金化处理，能够很快的赋予金属表面很高的硬度和耐胜。因激光功率密度和作用时间不同，可以对金属表面进行相变硬化、冲击硬化、属表面合金化、表面涂覆等多种方法的处理[川。激光表面强化方式有:(l)激光表面相变强化

激光相变强化是被处理材料在固态下经受激光辐照，其表面被迅速加热到奥氏化温度以上，并在激光停止辐射后快速自淬火得到马氏体组织的一种工艺方法，所又称激光淬火。激光辐照材料内部的热传导与时间的平方根成正比，金属表面温度激光辐照停留时间的平方根成正比。因此，通过控制光束直径和扫描速度，可以调节温度和加热的深度。

(2)激光熔凝

激光熔凝又称激光上釉，是利用能量密度很高的激光束在金属表面连续扫描，使之形成一层非常薄的熔化层，并且利用基体的散热作用使熔池中的金属能够快速冷却、凝固，使金属表面产生特殊的微观组织的一种表面强化方法激光熔凝比激光相变强化要求更高的功率密度，激光熔凝所需的功率密度相当于激光固体相变强化的三倍。激光熔凝可以硬化激光淬火不能硬化的合金。激光熔凝的工艺条件一般为:能量密度10-3000Mw/m2，作用时间0.01-1s，惰性气体保护用于防表面氧化。

(3)激光合金化

激光合金化是用激光将基体表面熔化，同时加入合金元素，在以基体为溶剂、合金元素为溶质的基础上构成所需合金层的一种技术。在激光合金化过程中，合金元素快速向熔池扩散，在短时间内可以获得所希望的合金化深度。借助这种方法可以在样品表面产生预定化学组分、化学性质和微观结构的合金，微观结构的精细程度将取决于凝固的速度。合金化的一种方法是在工件表面涂覆适当的粉末混合物，其中涂覆方法有两种:一是喷涂悬浮在醇中的粉末混合物以形成松散堆积的涂层;另一种是覆悬浮在有机粘结剂中的料浆。合金化的另一种方法是选择合适的保护气体进行气反应。

(4)激光熔覆

激光熔覆是用激光将按需要配制的合金粉末熔化，成为熔覆层的主体合金，同基体金属有一薄层熔化，与之构成冶金结合的表面处理技术。它与激光合金化不同是基体对表层合金的稀释度为最小，熔覆层具有与基体完全不同的微观结构特征，光能够把高熔点合金熔化在低熔点的工件上。

激光表面强化的特点: 1.处理部位可以任意选择，如深孔壁及深沟底、侧面等特殊部位均可以使用光进行表面强化处理: 2.可以处理形状复杂的工件表面，并能够准确的控制处理区域的深度以及形状

3.可以得到优质的强化层，输入热量少且热处理变形小;4.能量密度高，表面强化时间短: 5.能够自冷，不需要介质，热源洁净，无环境污染;6.可以实现表面薄膜和局部淬火，只加工必要部分，不影响基体的机械性能;7.使用激光表面强化处理后，只需少量的表面加工。

激光表面强化也存在一些缺点而制约其广泛的应用:激光器受功率限制，导致其强化面积小，而且相邻两个强化带之间存在回火软化现象，再者就是设备价格较贵，只能取代部分热处理方式，应选择产生经济效益较大的零部件予以应用。

1.33离子注入表面强化

离子注入技术是在真空中将注入的原子电离成离子，由引出系统引出离子束流使带电离子在强电场下加速，直接注入到置于靶室的固体材料表面，从而形成一定深度离子注入层，同时改变表层的结构和成分，以获得新的性能的表面处理工艺。注入深度约为0.1-1mm，其优点主要有: 离子注入可以向金属或合金材料注入任何所需元素，被注入的元素不受合金系统平衡相图中固溶度的限制。使得一些在液态都难以互溶的元素，形成固溶体，如W注入Cu可以得到1%的固溶体，得到一般方法难以获得的新相。离子注入可以获得过饱和固溶体、化合物和非晶态合金。通过离子注入能形成化合物，如Ti和C离子分别注入钢，可以在钢表面形成TiC。通过检测注入电参数，自由支配注入离子的能量和剂量，能够精确的控制注入元素的数量和深度。

离子注入的浓度可以很大，与扩散系数无关。处理过程是依赖于离子的高能量，而不是靠热能渗浸到工件表面内，不存在变形问题。离子以高速注入工件表面，引起点阵损伤，形成密集的位错网络，使表面获得化，增加耐磨性和力学性能，而且在表面上产生压应力。

离子注入技术也存在一定局限性。如离子注入的直线性难于处理复杂件，特别对于小截面的深孔无法处理，注入层较薄，离子注入设备价格昂贵，维护技术比较杂等。

1.3.4超硬化合物表面涂覆处理

它是在工件表面涂覆一层或多层超硬化合物，如TiC，VC，NbC，氧化铝等，获高硬度、高熔点的覆膜，从而来改善工件的性质。实施这种技术的主要方法有:CVD法、PVD法等几种方法。

l，3.4.1化学气相沉积法(CVD)CvD法是将低温下气化的金属盐(通常为金属卤素化合物)与加热到高温的基接触，通过与碳氢化合物和氢进行反应，在基体表面上沉积所要求的金属或金属间合物。

1.3.4.2物理气相沉积法(PVD)物理气相沉积法(PVD)处理是用物理方法把预涂的物质涂覆在工件表面的热处理技术。PVD处理有真空蒸镀、真空溅射和离子镀等几大类。其中，真空蒸镀效果较差，目前主要投入应用的是后两种方法。

1.3.6热喷涂

热喷涂是一种采用专用设备利用热源将金属和非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其冲成微小颗粒并喷射到工件表面，形成覆盖层，以提高机件耐磨、耐热等性能的表面工程技术。热喷涂是20世纪初发明的，开始主要是喷涂锌、铝等低熔点金属，第二次世界大战期间，线材火焰喷涂开始用于零件修复。因为不引起热变形及氧化的优点而受到重视，进而出现火焰粉末喷涂。50年代研制出自熔性合金粉末和放热型复合粉末，改善了涂层的多孔结构，实现了涂层与基体间的冶金结合，极大地扩大了喷涂的应用领域。随着航空航天等尖端技术的发展，热喷涂方法得到了不断的改进和完善。

热喷涂方法的特点:(1)基材几乎不受限制，其中包括金属材料、陶瓷材料、非晶态材料、木材、布、纸等;(2)涂层材料种类广泛，包括金属及其合金、塑料、陶瓷以及它们的复合材料;(3)喷涂零件不受尺寸和形状限制，可以进行整体喷涂，也可以进行局部表面喷涂，特别是大型件的局部表面喷涂强化或修复，既经济又方便;(4)除火焰喷涂外，其他喷涂方法基体受热温度低，组织性能变化很小，工件变形小。

热喷涂是一种适用性很广的表面改性方法，它可以喷涂可以很多材料，可以用于各种基体表面喷涂，而且涂层厚度可以控制。但是，涂层强度低，空隙率较高涂层均匀性较差等不足限制了其应用。

上述喷丸强化、激光表面强化、离子注入强化、超硬化合物表面涂覆表而强化、化学热处理强化、热喷涂等各种表面强化技术均可显著提高产品的硬度、耐磨等性能，延长产品的寿命。但是上述各种表而强化方法都具有各自的缺点，单独使用，有时难以达到一些零件的强化要求。

二氧化钛纳米材料的制备 篇5

陈维庆

（贵州大学矿物加工工程082班

学号：080801110323）

摘要：二氧化钛俗称钛白，是钛系列重要产品之一，也是一种重要的化工和环境材料。目前制备纳米二氧化钛的方法很多，本文综述了纳米二氧化钛的多种制备方法和生产原理，在总结归纳基础上对各种制备方法进行比较，概述相关的研究进展。

关键词：二氧化钛

纳米粒子

生产原理

Titanium dioxide nanomaterials preparation

Chenweiqing

(Guizhou University mineral processing project 082 classes)Abstract: Titanium dioxide, commonly known as titanium dioxide, titanium series is one of the major product, is also an important chemical and environmental materials.Preparation of nanometer titanium dioxide at present a number of ways, this overview of the variety of preparation methods of nano-titanium dioxide and production principle, on the basis of summarizing and to compare various methods of preparation, review of related research progress.Keyword: Titanium dioxide Nanometer granule Production principle 1 前言

近20年来，纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起各领域的广泛关注。是极具挑战性、富有活力的新科技，它对社会发展有着重要意义，对人类的进步有着深远影响。纳米材料可以理解为组成物质的颗粒达到纳米数量级也就纳米粒子。纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间（1~100 nm）的介观系统。目前，纳米科技产品的研发已经拓展到力学、化学、电子学、机械学、材料科学以及建筑、纺织、轻工等领域。

纳米材料及技术是科技领域最具活力、研究内涵十分丰富的科学分支。纳米材料包含纳米超微粒子（1~100 nm）以及由纳米超微粒子所制成的材料。纳米超微粒子以其显著的表明效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光学材料、电磁材料、催化剂、传感器、医学及生物工程材料等众多领域具有极其重要的应用价值和广阔的发展前景。目前，为了提高涂料性能并赋予其特殊功能，将纳米材料用来改性涂料剂或作为助剂添加到涂料材料当中，是涂料产品研发领域的一个热点。改性涂料材料所使用的纳米材料一般为纳米半导体材料，如纳米SiO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、CaCO3等。

二氧化钛纳米材料（TiO2）是当前应用前景最为广阔的一种纳米材料，超微细二氧化钛具有屏蔽紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。2 液相法 2.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学法，主要包括4个步骤：

第一步：溶胶。Ti(OR)4与水不互溶，但与醇、苯等有机溶剂无限混溶，所以先配制Ti(OR)4的醇溶液（多用无水乙醇）A，再配制水的乙醇溶液B，并向B中添加无机酸（HCl，HNO3等）或有机酸（HAc、H2C2O4或柠檬酸等）作水解抑制剂（负催化剂），也可加一定量NH3将A和B按一定方式混合、搅拌得透明溶液。

第二步：溶胶-凝胶转变制湿凝胶。

第三步：使湿凝胶转变为干凝胶。

工业出版社，2006，1：第四步：热处理。将干凝胶磨细，在氧化性气氛中在一定温度下热处理，便可得到<100 nm 的纳米TiO2

溶胶-凝胶法制备TiO2纳米材料可以很好地掺杂其它元素，粉末粒径小，分布均匀，是非常有价值的制备方法。但由于要以钛醇盐作为原料，又要加入大量的有机试剂，因此成本高，同时由于凝胶的生成，有机试剂不易逸出，干燥、烧结过程易产生碳污染，另外，对于困扰已久的团聚问题，局部表面化学反应、机械化学反应及用表面活性剂或聚合物包覆等都不能从根本上解决。2.2 沉淀法

以廉价易得的TiCl4或Ti(SO4)2 等无机盐为原料，向反应体系加入沉淀剂后，形成不溶性的Ti(OH)4，然后将生成的沉淀过滤，洗去原溶液中的阴离子，高温煅烧即得到所要的纳米二氧化钛材料。1 直接沉淀法

在含有一种或多种离子的可溶性盐溶液加入沉淀剂后于一定的条件下形成不溶性的氢氧化物；将沉淀洗涤、干燥，再经热分解得到氧化物粉体，其反应过程为（以TiOSO4为例）：

TiOSO4 + 2NH3·H2O=TiO(OH)2 +(NH4)2SO4

TiO(OH)2 =TiO2(S)+ H2O

该法操作简单，对设备、技术要求不太苛刻，产品成本较低，但沉淀洗涤困难。产品中易引入杂质。2 均匀沉淀法

该法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来。加入的沉淀剂不立刻与沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成。以尿素做沉淀剂为例，其反应原理如下：

CO(NH2)2 +3H2O = CO2+2NH3·H2O

TiOSO4 + 2NH3·H2O=TiO(OH)2 +(NH4)2SO4

TiO(OH)2 =TiO2(S)+ H2O 水热沉淀法

在内衬耐腐蚀材料（如聚四氟乙烯）的密闭高压釜中加入制备纳米二氧化钛的前驱物如TiCl4、Ti(SO4)2等，按一定的升温速率加热，升至一定温度后，恒温一段时间取出，冷

却后经过滤、洗涤、干燥，可得TiO2纳米材料粉体。水热法制备TiO2纳米材料粉体，第一步是制备钛的氢氧化物凝胶，反应体系有T、氨水或钛醇盐、水等；第二步是将凝胶转入高压釜内，升温（温度一般低于250℃）造成高温、高压的环境，使难溶或不溶得物质溶解并且重结晶，生成TiO2纳米材料粉体。此法能直接制得结晶良好且纯度高的粉体，不需要作高温灼烧处理，避免了粉体的硬团聚，而且通过改变工业条件，可实现对粉体粒径、晶型等特性的控制。然而水热法是高温、高压下反应，对设备要求高，操作复杂，能耗较大，因此成本也较高。2.3 TiCl4直接水解法

将TiCl4直接注入水中，先稀释到一定浓度，在表面活性剂存在下，再通入NH3或NH3·H2O，则TiCl4发生水解沉淀析出TiO2·n H2O过滤、干燥、煅烧得TiO2亚微粉或超徽粉。反应式为: TiCl4 + 4 NH3 +（n+2）H2O = TiO2·n H2O+4NH4Cl 为了控制粒度和粒度分布及反团聚，也有的向TiCl4稀释液中加醋酸、柠檬酸、草酸或H2O2，使石TiO2+形成络合物，再加NH3中和水解，这样可控制水解速度。

该方法的优点是:工艺简单，反应条件温和且反应时间短，产品粒度均匀，分散性好，粒尺寸人为可控.可以制得锐敏型、金红石型及混合晶型，原料易得，生产成本较低，易于实现工业化。但是此方法需要经过反复洗涤来除去氯离子，所以存在工艺流程长、废液多、产物损失较大的缺点，而且完全洗净无机离子较困难。2.4 钛醇盐水解法

在有分散剂存在并强烈搅拌下，对铁醇盐进行控制性水解，沉析出TiO2·n H2O沉淀，过滤、干燥、热处理，容易得到高纯、微细、单分散的类球形TiO2亚微粉或超微粉。该方法合成的纳米粉体颗粒均匀。纯度高，形状易控制，缺点是成本昂贵，作为原料的金属有机物制备困难，合成周期长。2.5胶溶法

该法可制备各种组分的氧化物陶瓷粉体且制得的产品粒径小，粉体分散性好，粒度可控，但易发生粒子间团聚现象，成本也较高。这种工艺制备凝胶的方法与溶胶-凝胶法相似，但是利用胶溶原理，缩短了制备流程，省去耗能多的高温煅烧过程，从而避免了因烧结而引起的纳米粒子之间的硬团聚。2.6 微乳液法

微乳液是指热力学稳定分散的互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的液体混合物，一般由表面活性剂、助表面活性剂（通常为醇类）、油（通常为碳氢化合物）和水(或电解质溶液)组成。由于微乳液的结构从根本上限制了颗粒的成长，因此使得超细微粒的制备变得容易。通过超速离心，使纳米微粉与微乳液分离。再以有机溶剂除去附着在表面的油和表面活性剂，最后经干燥处理，即可得到纳米微粉的固体颗粒。该法所得产物粒径小且分布均匀。易于实现高纯化。该法有两个优点：（1）不需加热、设备简单、操作容易;(2)

可精确控制化学计量比，粒子可控。3 气相法

3.1 低压气体蒸发法

此种制备方法是在低压的氢气、氮气等情性气体中加热普通的TiO2，然后骤冷生成纳米TiO2粉体。其加热源有电限加热法、等离子喷射法、高频感应法、电子束法和激光法，可制备100 nm以下的TiO2粒子。3.2 活性氢-熔融金属反应法

含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧，使金属熔融，电窝的N2、Ar等气体和H2溶入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成了金属的超微粒子，用离心收集器过滤式收集器使微粒与气体分离而获得TiO2纳米材料微粒。3.3 流动页面上真空蒸发法

用电子束在真空下加热蒸发TiO2，蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上，通过圆盘旋转的离心力在下表面上形成流动的油膜，含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面，然后在真空下进行蒸馏获得TiO2纳米材料超微粒子。3.4钛醇盐气相水解法

该工艺反应式如下:

nTi(OR)4+2nH2O(g)= nTiO2(s)+4nROH 日本的曹达公司等利用氮气、氦气或空气做载气，把钛醇盐和水蒸汽分别导入反分器的反应区，进行瞬间和快速水解反应，通过改变反应区内各种蒸汽的停留时间、摩尔比、流速、浓度以及反应温度来调节纳米TiO2粒径和粒子形状，这种工艺可获得平均原始粒径为10~150nm，比表面积为50~300m2·g-l的非晶形TiO2纳米材料粒子。其工艺特点是操作温度较低，能耗小，对材质要求不是很高。并且可以连续化生产。3.5 TiCl4高温气相水解法

该法是将TiCl4气体导人高温的氢氧火焰中进行气相水解，其化学反应式为;

TiCl4(g)+2 H2(g)+ O2(g)= TiO2(g)+ 4HCl(g)该工艺制备的纳米粉体产品纯度高，粒径小。表面活性大，分散性好，团聚程度较小。其工艺特点是过程较短，自动化程度高。但因其过程温度较高.腐蚀严重、设备材质要求较严，对工艺参数控制要求准确，因此产品成本较高，一般厂家难以接受。3.6 钛醇盐气相分解法 电阻炉热裂解法

nTi(OC4H9)4(g)= nTiO2(s)+2nH2O(g)+ 4nC4H8(g)

反应温度一般控制在500一800 ℃，所得TiO2粒径<100 nm，此法容易获得锐钛型或混晶型TiO2。

2激光诱导热解法

用聚焦脉冲CO2激光辐照TiCl4 + O2体系，在聚焦辐照的高温条件下(焦点区最高温度

达1000 ℃以上)，获得了非晶态TiO2，其微观结构是絮状，内部疏松，是微小颗粒无序堆积的”疏松体”，其比表面积大，吸附能力强，反常的是在乙醇中易分散，在水中却不易分散

3.7 TiCl4 气相氧化法

利用氮气携带带TiCl4蒸汽，预热到435℃后经套管喷嘴的内管进人高温管式反应器.O2预热到870℃后经套管喷嘴的外管也进入反应器，二者在900~1400℃下反应生成的TiO2微粒经粒子捕集系统，实现气固分离。该工艺目前还处于试验阶段，其优点是自动化程度高，可制备优质粉体。

TiCl4（g）+O2(g)=TiO2(g)十2Cl2(g)

nTiO2(g)= nTiO2(s)3.8 蒸发-凝聚法制纳米TiO2

将平均粒径为3 μm的工业TiO2轴向注人功率为60 kW的高频等离子炉的Ar-O2混合等离子矩中，在大约10000 K的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进人冷凝膨屈长罐中降压、急冷得10~50 nm 的TiO2纳米材料。4 其他方法

4.1 超重力法制备纳米TiO2

主要包括水合TiO2悬浊液的制备和TiO2晶体缎烧成型2个过程:(1)将一定量的TiCl4在冰水浴中缓慢溶解于去离子水中，防止温度过高自发水解，再将溶液倒入带刻度的容器中标定浓度，将配好的溶液倒人到储槽内，启动离心泵将其泵人旋转填充床中，待流速稳定后扩通入氨气开始反应，用调频变运胜导导调节旋转填充床转子的转速，当pH值达到设定值时停止通入氨气，中止反应，并从出出口得到产物浆料，此料液便是水合TiO2悬浮液。(2)对悬浮液进行真空抽滤、滤饼洗涤、100℃干燥、锻烧等后续工艺处理，得到纳米TiO2粉体。4.2 超临界相法（SC法）

溶液中合成超细TiO2分别是在3个实验反应器中完成的，这些反应器填充了近临界密度的异丙醇和0.4mol·L-1的醇钛盐溶液。乙醇和异丙醇的临界温度Tc分别为241℃和238.4℃，与醇钛盐气相热解的温度Tc = 265℃相差不远，特别适合作临界相流体，临界相流体有近似液体的密度和高溶剂能，但低的粘度和高扩散率几乎与气体接近，这些性质有利于分子碰撞且能够增加反应动力，能产生高的成核率。此法溶液浓度很低.可以避免粒子间的进一步凝集，低压下超临界溶液作为气体被除去，得到了于燥的粉末，不再需要液固的分离步骤。

将异丙醇-异丙醇钛盐溶液在280℃加热2 h反应即可完全，这与醇钛盐气相热解温度相近，由超临界法所得固体为锐钦型结构。粒径为30~60 nm，热处理后不发生结块。而用气相热分解法制TiO2，最初所得晶粒很好(<20 nm)，但最终强烈结块。超临界法同溶胶-凝胶法比较，免除了沉淀与干燥步骤，在缎烧过程之前，不需要进一步热处理。SC法制的锐钛型TiO2较溶胶一凝胶法制的锐钦型稳定，例如，SC，900℃加热4 h，20%为金红型TiO2;

溶胶一凝胶法.600℃加热4 h.，20%为金红型TiO2。4.3其它方法

惰性气体原位加压法（IGC）、喷涂-电感耦合等离子体法、高频等离子化学相沉积法（RF-PCVD）等等。5 结束语

综上所述，TiO2纳米材料的制备方法很多，大约二十种左右，就目前而言，这些制备方法各有其优缺点。此外，根据TiO2纳米材料的用途的不同。其制备方法也有差异。随着现代高新科技的开发，TiO2纳米材料的制备方法将会越来越多，而且在制备工艺上一集能耗上将会越来越优越。在研究制备工艺的同时，改进现有的合成工艺.寻求粉体质量好、操作简便且易于工业化大规模生产、成本低廉的合成新工艺，应该是努力的目标。对纳米粉末微观结构的研究还有待于进一步深入，对TiO2纳米材料徽粉特有的化学、物理机械性能，应从理论、徽观结构人手，研究它们产生的机理。总之，随着纳米材料体系和各种超结构体系研究的开展和深人，TiO2超细粒子的制备技术将会得到日益改进。参考文献

[1] 韩跃新，印万忠，王泽红，袁致涛·矿物材料·北京：科学出版社2006

材料制备 篇6

（一）定义：材料制备技术是指材料的合成与加工，使材料经过制备过程后获得的新材料在化学成份、元素分布或组织结构上与原材料有显著的不同。

（二）作用：可以通过材料制备技术控制现有的内部组织，如宏观微观结构、原子排列、元素分布、能量状态等，来控制现有材料的性能，特别是新的制备技术的出现，如快速冷凝技术可极大的提高凝固速率、改善金属的组织；复合材料制备技术的出现还克服了材料在各自性能上的缺点实现优势互补。此外，通过一些新的制备技术还能获得一些新的组织结构，得到一些新的材料，如高速冷却下可以得到金属非晶材料；不同的制备技术控制不同的实验条件还可以得到新的相，从而改善原有材料的性能。

（三）意义：材料制备时新材料的获取和应用的关键，也是对材料进行加工、成形和应用的品质保证，现已成为材料研究和材料加工领域引人注目的技术热点。其地位和作用已经超出了技术经济的范畴，而与整个人类社会有密不可分的关系。高新技术的发展，资源能源的有效利用，通信技术的进步，工业产品的质量，环境的保护都与材料的制备密切相关。先进制备与成形加工技术的发展对于新材料的研制、应用和产业化具有决定性的作用，其的出现与应用加速了新材料的研究开发、生产应用进程、促进如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成。促进了现代航空航天、交通运输、能源保护等高新技术发展。现有结构材料向高性能化、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成形技术的支撑，可使材料生产过程更加高效、节能、清洁。

（四）应用：材料制备、合成与成形在材料科学研究中占有核心支柱地位，主要用于纳米材料、薄膜材料、金属复合材料、高温柱状合金、单晶合金、非晶合金、亚晶合金以及磁性材料等的制备。

2.论述材料合成、制备与成形在材料科学与工程中的地位。并举例说明其基本 手段和方法。

3.先进金属材料快速凝固背景、优点、工艺及方法。并简述合金快速凝固的原 理、组织基本特征与性能特点。

背景：常规铸造合金之所以会出现晶粒粗大，偏析严重、铸造性能差等缺陷的主要原因是合金凝固时的过冷度和凝固速度很小，这是由于它们凝固时的冷速很小而引起的。要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高熔体凝固时的过冷度，从而提高凝固速度，因此出现了快速凝固技术。

优点：快速凝固材料的偏析程度大幅度降低,而且在快速凝固材料中获得均匀的化学成分要容易得多.快速凝固工艺可制备具有超高强度、高耐蚀性和磁性的材料.由于快速凝固是通过合金熔体的快速冷却(大于105～106K/s)或非均质形核的被遏制,使合金在很大的过冷度下发生高生长速率的凝固,因此可制备非晶、准晶、微晶和纳米晶合金.工艺方法:

（一）动力学急冷法：

（1）模冷技术.主要包括:枪法,双活塞法,熔体旋转法,平面流铸造法,电子束急冷淬火法,熔体提取法和急冷模法.（2）雾化技术.具体分为:流体雾化法,离心雾化法和机械雾化法.（3）表面熔化与沉积技术.主要有离子体喷涂沉积法和激光表面重熔法两种.（二）热力学深过冷法：深过冷快速凝固是指在尽可能消除异质晶核的前提下,使液态金属保持在液相线以下数百度,而后突然形核并获得快速凝固组织的一种工艺方法.（1）大体积液态金属的深过冷,主要有熔融玻璃净化法,循环过热法和熔融玻璃净化法+循环过热法.（2）微小金属液滴的深过冷,包括乳化-热分析法,落管法和无容器电磁悬浮熔炼法.（3）其它形状金属液态的深过冷——熔体急冷法,可分为:气枪法,雾化沉积法,熔体旋转法,锤砧法,单辊法.（三）快速定向凝固法.原理：快速凝固技术一般指以大于105～106K/s的冷却速率进行液相凝固成固相,是一种非平衡的凝固过程,通常生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶),使粉末和材料具有特殊的性能和用途.由于凝固过程的快冷,起始形核过冷度大,生长速率高,使固液界面偏离平衡,因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征.组织基本特点：(1)细化凝固组织，使晶粒细化。(2)减小偏析。(3)扩大固溶极限。(4)快速凝固可导致非平衡相结构产生，包括新相和扩大已有的亚稳相范围。(5)形成非晶态。(6)高的点缺陷密度。性能特点：

4.简述激光增材制造技术的背景、原理及优势。谈一谈制备过程中可能遇到的问题。

背景：现代工业高端装备正向大型化、高参数、极端恶劣条件下高可靠、长寿命服役的方向快速发展。金属构件尺寸越来越大、结构日益复杂、性能要求日益提高，对制造技术的要求越来越高、挑战日益严峻。传统制造技术生产 上述大型、整体、高性能金属构件，不仅需要万吨级以上的重型锻造装备及大型锻造模具，技术难度大，而且材料切削量大、材料利用率低、周期长、成本高。

原理：以合金粉末或丝材为原料，通过高功率激光原位冶金熔化/快速凝固逐层堆积。直接从零件数字模型一步完成全致密、高性能大型复杂金属结构件的直接近净成形制造 优势：

１）激光原位冶金／快速凝固“高性能金属材料制备”与“大型、复杂构件成形制造”一体化，制造流程短。２）零件具有晶粒细小、成分均匀、组织致密的快速凝固非平衡组织，综合力学性能优异。

３）无需大型锻铸工业装备及其相关配套基础设施，无需锻坯制备和锻造模具制造，后续机械加工余量小、材料利用率高、周期短、成本低。

４）具有高度的柔性和对构件结构设计变化的 “超常快速”响应能力，同时也使结构设计不再受 制造技术的制约。

５）激光束能量密度高，可以方便地实现对包括Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ等在内的各种难熔、难加工、高活性高性能金属材料的激光冶金快速凝固材料制备和复杂零件的直接“近净成形”。

６）可根据零件的工作条件和服役性能要求，通过灵活改变局部激光熔化沉积材料的化学成分和显微组织，实现多材料、梯度材料等高性能金属材料构件的直接近净成形等。可能遇到的问题：

金属材料激光增材制造过程中可能遇到的材料基础问题：

（一）激光／金属交互作用行为及能量吸收与有效利用机制

（二）内部冶金缺陷形成机制及力学行为

（三）移动熔池约束凝固行为及构件晶粒形态演化规律

（四）非稳态瞬时循环固态相变行为及显微组织形成规律

（五）内应力演化规律及构件变形开裂预防控制

5.简述合金定向凝固的原理、组织基本特征与性能特点。阐述制备的具体优势 并举例说明。

原理：在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和为凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，获得具有特定取向柱状晶的技术。组织基本特征：

柱状晶具有特定取向、各向异性、晶间杂质少、组织致密、缩松少 性能特点：

消除横向晶界，提高材料的纵向力学性能；材料韧性、抗高温蠕变性能、抗疲劳性能、持久强度等能力大幅提升，对热循环影响不敏感 举例说明具体优势：

该技术运用于燃汽涡轮发动机叶片的生产，所获得的具有柱状乃至单晶组织的材料具有优良的抗热冲击性能、较长的疲劳寿命、较高的蠕变抗力和中温塑性，因而提高了叶片的使用寿命和使用温度。

6.何谓金属间化合物。简述金属间化合物的性能特点及强化途径

（一）定义：金属间化合物是指金属与金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合形成的化合物，其原子的排列遵循某种有序化的规律，当以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整个强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增加，这使得金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。

（二）性能特点：屈服强度随温度的升高而提高；密度低，比刚度高；韧性很低或者说是脆性抗氧化性能优良；高温强度好。

（三）强化途径：a提高合金的原子间结合力，提高其理论强度，并得到无缺陷完整晶体，无晶须。b向晶体中引入大量晶体缺陷，如位错、点缺陷、异类原子等。具体方法有固熔强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细晶强化等。

（四）塑化和强化方法：通常有微量元素合金化，主要有元素合金化、控制微观组织、纤维强塑化、快速凝固细化晶粒方法。

（五）提高韧性：a加入置换元素，改变原子间键合状态和电荷分布以改善塑性；b通过合金化改变有序结构的类型；c微量合金强化晶界；d材料纯化；e细化晶粒，细化第二相组织以及加入弥散第二相质点从而提高合金塑性。f用韧性的纤维与其复合增强其韧性，同时还保留金属间化合物的诸多优点。

7.试述制备高性能金属基复合材料的主要方法以及材料设计与制备过程中应考虑的主要材料科学问题和解决方法；并谈谈金属基复合材料在工业实际应用中可能面临的主要问题。

制备方法：依据增强体的加入方式，金属基复合材料的制备方法可分为外加法和原位反应法。外加法是以粉体混合、熔融金属中添加陶瓷颗粒等物理方式达到基体和增强相相容，再通过烧结、铸造、压力加工等后续工艺制备成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法、挤压铸造法等。

原位反应法同外加法的区别在于增强体不是额外加入，而是通过添加原料与基体、添加原料之间发生反应生成，并原位析出。目前报道的原位合成法主要有：放热弥散法、气液反应合成法、自蔓延燃烧反应法和反应喷射沉积等。主要问题和解决方案：

（一）金属熔体与增强相之间的润湿性

改善金属熔体与增强体之间的润湿性的方法主要有:（1）对增强颗粒进行金属涂覆(如Ni, Cu)处理。（2）向金属熔体中加入活性元素(如Li, Mg, Ca, Ti, Zr和P等)。（3）增强颗粒进行预热及保持颗粒表面清洁等方法。（4）增加增强相的表面能、减少熔化金属基体的表面张力和基体与增强相之间的界面能

（二）界面结构

牢固的结合界面使得复合材料的弹性模量和抗拉强度增加。改善基体/增强相的润湿性,控制化学反应,尽可能地减少氧化物的形成

（三）复合材料力学性能

挤压变形方法、固溶时效处理工艺

（四）计算机模拟

自洽模型、微分法、复合圆柱族模型、Eshelby等效夹杂物和Mori-Tanaka模型、有限元法

面临的问题：金属基复合材料在提高强度、硬度、弹性模量的同时,却大大地降低了其塑性,不利于对复合材料二次塑性加工。

增强体的均匀分散，多相融合的界面效应及其机理，产品性能参数的离散性大，基体与增强体本身特性导致的应力集中、不浸润等

8.简述先进金属材料快速凝固的背景和凝固组织特征，快速凝固激光加工与成 形的主要工艺方法和具体优势。

凝固组织特征：

偏析形成倾向减小 形成非平衡态 细化凝同组织

析出相的结构发生变化 形成非晶态

快速凝固激光加工与成形的主要工艺方法

钛合金速凝固激光熔覆技术 激光熔覆高温耐磨耐蚀特种涂层 小面相液固界面结构与生长机制 高性能金属零件激光快速成形 难熔金属激光约束熔铸成型 柱晶钛合金激光约束熔铸成形 具体优势

不仅可以直接获得具有快速凝固组织特征(如:枝晶及组织细化、元素高度过饱和固溶、低偏析或无偏析、形成各种亚稳相、准晶、非晶等非平衡相等)和特殊物理化学及力学性能的表层材料外,还可以在激光材料表面快速熔化过程中灵活地向熔池中加入合金元素或直接熔化同步输送于零件表面的合金粉末,从而获得成分、组织及性能完全不同于零件基材、具有细小均匀快速凝固非平衡组织特征和所设计优异特殊性能配合的特种表面冶金涂层材料。另外,激光表面熔化过程快速、灵活、热影响区小、无变形、零件表面快速凝固表面改性过程易于实现自动化。9.非晶材料的主要制造技术及应用？

熔剂包敷法、金属模铸造法、水淬法、喷铸-吸铸法、高能束熔覆法、电弧熔炼吸铸法、定向凝固法、非晶粉末挤压法等

非晶硅材料具有光吸收系数高、基片材料限制小、性能易于扩展、制作工艺简单等优点，因而作为敏感功能材料倍受青睐，现已日益广泛应用于各种传感器，如光传感器、温度传感器、功率传感器、压力传感器。在电力领域，铁基非晶、铁镍基非晶、钴基非晶、铁基纳米晶等广泛应用于配电变压器、磁放大器等。

未来的非晶硅产品可望在随意基片上低温淀积非晶硅，即使是在不能耐温的基片(如塑料膜)上也照样能淀积，同时用非晶硅单片模式制作三维器件也成为可能。

10.简述金属基复合材料的主要优点和制备方法。选一种具体的金属基复合材料 介绍其制备原理和应用情况。

主要优点：

其特点在力学方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合力学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点。

1、高比强度、比模量

2、导热、导电性能好

3、热膨胀系数小、尺寸稳定性好

4、良好的高温性能

5、良好的耐磨性

6、良好的断裂韧性和抗疲劳性能

7、不吸潮、不老化、气密性好 制备方法：

（一）粉末冶金复合法

（二）铸造凝固成型法

1、原生铸造复合法

2、搅拌铸造法

3、半固态铸造复合法

4、含浸凝固法（MI技术）

5、离心铸造法

6、加压凝固铸造法

7、热浸镀与反向凝固法

8、真空铸造法

（三）喷射成型法

（四）叠位复合法

（五）原位生成复合法

1、直接氧化法

2、放热弥散法

3、SHS铸渗法

4、反应喷射沉积技术

颗粒增强铝基复合材料(particulate reinforcedaluminum matrix composites, PRAMCs)以其基体合金可选择范围宽、成本低、易于用传统工艺方法制备和加工、能实现批量和大规模生产、制备的材料表现出良好的尺寸稳定性和各向同性而备受瞩目。例如，由山东大学与曲阜金皇活塞有限公司联合研制的SiCp/Al复合材料活塞已应用于摩托车及小型汽车的发动机[10]。北京航空材料研究院研制的颗粒增强铝基复合材料已应用于卫星的相机零件。

粉末冶金是最早开发的用于制备颗粒增强金属基复合材料的工艺。它是将金属粉末和增强陶瓷颗粒等经筛分、均匀混合、冷压固结、除气、烧结，以及后续处理制得复合材料。

烧结后的试样经过热挤压可以减少空洞的数量、细化晶粒、改善复合材料的界面结合强度和SiC颗粒的分布，从而有效提高复合材料的力学性能。经过热处理(如固溶、淬火和时效)后能进一步强化复合材料的力学性能。

11.航空涡轮发动机为工业王冠上的明珠，涡轮叶片为其中的重中之重，当前涡 轮叶片的主要制造技术及技术瓶颈是什么？

目前，涡轮叶片主要以单晶高温合金作为基体材料，采用熔模精密铸造工艺进行成形。在新材料方面，F136 发动机涡轮 3 级陶瓷基复合材料导向叶片，该导向叶片不再采用精密铸造工艺进行制造，而是基于化学气相渗透法等方法进行制备。叶片结构形式的变化也会导致其制造工艺的变化，如多孔层板 Lamilloy结构，Allison 公司为此发明了所谓的铸冷（Castcool）制造技术，冷却通道利用浇铸成形加工。此外，随着 3D 打印技术的发展及成熟，将 3D 打印技术应用于涡轮叶片精密成形成为一大发展趋势，如 GE 利用电子束熔覆（Electron Beam Melting, EBM）技术生产低压涡轮叶片

技术瓶颈：

（1）材料难加工，切除率大

（2）叶片形状与内部冷却结构复杂

（3）加工精度高，精铸工艺流程复杂，成品率极低

13.根据你的了解，你认为 3D 打印技术的发展前景及瓶颈是什么？

发展前景：

一是各种新型材质的投入使用，可以打印出更多的真实物体，例如：新型高聚合材质、纳米材质等。随着技术的进步，未来适用于 3D 打印的基础材料也将会大幅增加，而且会产生多元材料的混合制造，实现复杂物体的制造。

二是基于技术的革新，其打印效率、速度都会得到迅速的发展。

三是应用范围将会更加广泛，不仅仅局限于早前的医疗、机械、航空领域，将会更加广泛的应用于家用的军事上的机械零件、食品、厨具等范畴。

四是打印设备的两型化、智能化。

3D 打印机具有灵活性、轻便性、移动性，操作员可以通过网络发出指令，产品可以在不同的地方生产并配送给客户，颠覆了传统的生产时间和地点不易改变得观念，也颠覆了传统的供应链、分销网的部署格局，可以实现真正的云制造。瓶颈：

(1)成本较高。现有3D打印机造价普遍较为昂贵，今年虽然多家公司推出了廉价3D家用打印机(1000美元以下)，但是苦于打印材料价格高居不下，导致总体成本偏高。

(2)打印材料限制。目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全性也存在一定隐患。(3)精度、速度和效率方面。目前3D打印成品的精度还不尽如人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。

(4)打印零件尺寸限制。目前的3D打印机并不能实现大尺寸零件的制造。

(5)产业环境方面。3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。

14.先进金属材料（制备、工艺等）的发展前景及理解。

先进金属材料是新型金属材料和具有高性能的传统金属材料的总称。如今，许多新兴的金属材料应运而生，加工制备工艺上不断革新，出现了单向凝固技术，快速凝固，半固态加工技术，多孔金属成型技术，喷射铸造，微重力凝固，激光表面处理，爆炸成型等。除此之外，还有如快速冷凝金属非晶和微晶材料、纳米金属材料、有序金属间化合物、定向凝固柱晶和单晶合金等新型高性能金属材料，如非晶态软磁合金、形状记忆合金、新型铁氧体及超细金属隐身材料、贮氢材料及活性生物医用材料等新型金属功能材料，向着高功能化和多功能化发展。

利用猪软骨细胞制备生物材料 篇7

韩国亚洲大学医学院的一个研究小组利用猪软骨细胞制备了一种生物材料, 目前该材料已开始进入临床, 以帮助患者修复软骨组织。研究人员通过体外大量培养猪软骨细胞, 分离软骨组织中的生物蛋白等有效物质, 独创性地制造了一种全新的生物材料, 用于促进关节软骨等人体组织的再生;此外, 还成功开发出使用这种物质进行移植手术的方法。

新材料是一种纤维蛋白和透明质酸的混合体, 与软骨细胞的亲和力很强, 能够大幅提高骨髓刺激术的疗效。研究小组发现, 分布于混合体内的软骨细胞能够形成很完美的软骨组织。如果在其中植入骨髓间质干细胞, 即使不添加转化生长因子 (TGF-β) , 也能够很好地诱导软骨组织分化。研究人员在混合体的外表面覆盖了藻酸盐层以提高其整体物理强度, 制得可应用于临床的崭新生物材料。这种新材料被研究人员命名为“Artifilm”。研究人员在制作工艺中杜绝了猪细胞的混入, 以避免在植入人体后出现排斥反应。据介绍, 该材料可根据临床需要制作成颗粒状或者片状等多种形状。片状的“Artifilm”比现有的类似产品更薄, 植入关节更方便。

新型活塞铝基复合材料设计与制备 篇8

【摘要】活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材料具有特殊的要求。本文尝试采用复合材料方法制备活塞用铝基复合材料，研究了铝基复合材料的金相组织及力学性能。

【关键词】活塞；铝硅合金；基体增强；组织；力学性能

国内外铝合金活塞材料研发现状

国内对铸造铝合金活塞材料的研究主要集中在对传统的铝硅合金的基体增强上，例如山东大学和山东滨州渤海活塞股份有限公司联合研发的AlP粒子基体增强活塞；东南大学开发出使用陶瓷纤维增强铝基复合材料；安徽省恒泰动力股份有限公司发明的碳纤维增强的铝基活塞材料。国外汽车工业的飞速发展促进了铝基复合材料的发展，日本汽车公司研发出氧化铝局部增强铝基活塞；欧美研究人员采用碳化硅和硫化钼对铝硅合金进行增强；美国航空航天局两位华人科学家发明并命名了一种名为MSFC-398高强度耐高温过共晶铝硅合金材料；德国PEAK Werkstoff公司新近开发的新型耐热铝硅合金。

1、实验过程

1.1实验设备及材料

1.中频熔炼炉及石墨坩埚；2.平板状金属型模具；3.OLMPUS-PME3金相显微镜；4.CMT5105A微机控制电子万能试验机；5.铝合金锭，φ0.7mm的铁丝及SUS316不锈钢丝

1.2实验内容

1.选择不同增强材料，编制不同构型，然后熔炼铝合金，并进行金属型铸造得到复合材料铸件；2.CMT5105A型微机控制电子万能试验机进行拉伸试验并分析并对不同构型铸件分别制备金相试样，用OLMPUS-PME3金相显微镜观察试样组织并分析；4.最佳增强方法的确定和提高力学性能和优化组织的机理分析。

1.3实验步骤

（1）增强体金属的选择及金属型涂料：出于界面因素和润湿性以及原料易得考虑选择铁φ0.7mm的铁丝和不锈钢丝作为增强体增强铝合金的性能，制成复合材料。

（2）金属型模具预热：本实验用箱式电炉加热，喷涂料前加热到200℃，喷涂料后加热到250℃等待浇注。

（3）熔化工艺：试验采用实验室中频熔炼炉进行熔炼，熔铝温度为710℃，熔炼过程中要加入精炼剂。具体过程：去气--本实验采用溶剂净化，精炼--六氯乙烷精炼法。精炼时，先调整铝液温度到高于浇注温度20-30℃即770℃。把熔剂撒在铝合金熔体里面，搅拌5-10min，然后清除合金上面的渣并撒上一层覆盖剂，精炼完毕后，静置25s用扒渣勺扒渣后升温至750℃准备浇注。

（4）浇注：将预先准备好的铁丝网（不锈钢丝网）固定在模具的正中，浇注的模型为金属型板状模型。通过铝液的过热热量使铁丝网（不锈钢丝网）表面发生熔融，从而实现两者的结合。本实验浇注温度为750℃.

2、实验结果及分析

2.1不同构型复合材料铝合金的组织分析

2.1.1加入铁丝网后复合构型的铸态组织

分析：黑色条状为初生硅，白色为α铝，其余为第二相。加入铁丝的金相组织界面结合良好，空洞及气孔较少，而加入不锈钢丝的结合不如加入铁丝网，可以看到结合部有较多的空隙，其他部分也看到了气孔。

2.2不同构型复合材料铝合金的力学性能分析

2.2.1圆柱形拉伸试棒测试

将铸件加工成圆柱形拉伸试棒，并进行标记。未处理的铝合金为1号；螺旋铁丝网加入为2、3、4号；平板铁丝网加入的为5、6、7号。

结果分析：1号为不处理的铝合金，2、3、4号加入螺旋状铁丝网，并未增强抗拉性能，延伸率略有降低，因为加工成圆形标准拉伸试棒后，中间平行部分直径小，里面铁丝分布过多，甚至有许多铁丝外露，造成缺陷，拉伸后均从缺陷处断裂，因此无法提高性能。5、6、7号加入平板状铁丝网，抗拉强度明显增大，同时延伸率也降低。

2.3優良增强构型及工艺的选择及增强机理

由于铁丝及不锈钢丝的抗拉强度均高于铝合金，同时二者与铝合金润湿性良好，因此考虑将其制成复合材料。螺旋网加入后复合材料内增强体密度过大，结合不够理想，缺陷较多，故选择平板网状加入；金相结果显示，铁丝与不锈钢丝加入，界面结合情况均良好，铁丝加入结合更好，空洞和气孔更少，增强效果更佳。

3.结论

本实验通过加入不同材料及构型（铁丝、不锈钢丝的平板型网、V型网）的复合材料对铝合金进行强化并研究了合金组织和性能。结论：1.采用不锈钢丝平板网加入后，抗拉强度增强效果最佳，较未处理的铝合金的抗拉强度提高约11.9%。2.采用不同构型复合材料处理的铝合金组织均得到不同程度的改变。其中加入铁丝网后界面结合更优，空洞及气孔较少。

参考文献

[1]孙晓，王艳艳，王磊，张斌等.铝合金活塞制造工艺现状及发展方向.内燃机与配件，2010.

[2]甘可夫，于岚等.活塞用新型纤维增强铝合金的开发国外汽车，1989.