材料制备工艺课程设计

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材料制备技术实验课程教学大纲(实验课程类)

材料制备技术实验课程教学大纲（实验课程类）

课程名称：材料制备技术实验

英文名称：Preparation Technology of Advanced Material

课程编号：

面向专业：材料类各专业，材料相关专业

学时学分：48学时 1.5学分

本大纲主撰人：张旭海（Tel：52090636，E-mail: zhangxuhai@）

一、课程作用和具体目标

本实验课程面向全院材料类各专业（包括金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形）和校内材料相关专业学生开设，着重加强与材料制备技术相关的基本知识、基本理论、基本方法的学习和训练。先进材料制备技术实验包括水热合成、湿法共沉积、机械球磨法、高温烧结法、溅射法、蒸镀法、溶胶凝胶法、粉末冶金法、铸造法、快速凝固法、发泡法、加压成型法和微波法等。通过实验使学生初步掌握各种先进材料制备技术的原理与方法，熟悉各项制备技术的操作步骤，让学生在实验技能和动手能力方面得到系统的训练，培养从事科研活动的严谨工作作风，提高学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科研动手能力，为后续课程教学和实验教学打下坚实的基础。

三、教学管理模式与注意事项

1、学生必须完成全部“必做实验”。在此基础上，可根据自己的兴趣爱好、能力强弱和

时间多少，进行“选做实验”。

2、学生在实验前必须认真预习实验指导书等相关内容。教师在实验前作必要的讲解和辅

导。

3、学生应严格遵守实验室规章制度和安全规范，确保安全。

四、设备及器材配置

1、制样设备：反应釜、水浴槽、磁力搅拌器、甩胶机、磁控溅射系统、蒸发沉积系统、急速凝固系统、真空热压炉、球磨机、高温炉、热处理炉、坩埚电炉、烘箱、温度控制仪、离心机、小型轧机、大型轧机等。

材料制备技术的课程设计课题

金属材料工程专业《材料制备新技术》课程设计课题

（仅供参考）

1、快速凝固技术在金属材料中的应用

2、喷射沉积技术的发展及其在合金制造中应用

3、机械合金化制备电触头材料的进展研究

4、镁合金半固态流变压铸成形技术的研究

5、非晶合金的制备方法

6、纳米材料的制备方法及其应用

7、快速成形技术及其应用

8、选择性激光烧结在熔模铸造中的应用及其制造

9、快速凝固AZ91镁合金及其颗粒增强复合材料的研究

10、喷射沉积成型铝合金在汽车发动机缸套上的应用

11、机械合金化制备镁基非晶合金及其性能研究

12、半固态触变压铸AZ91D镁合金组织与性能的研究

13、混合粉末的爆炸烧结技术研究

14、激光快速成形技术在车身开发中的应用

15、快速原型制造技术在手机上盖设计制造中的应用

16、基于SLS的铸造模型快速制造技术

17、LOM（叠层实体制造）原件的后处理方法

18、金属班固态浆料制备技术研究进展

19、镁合金半固态浆料组织特征及组织分析软件研究

20、镁合金半固态注射成形设备改进及工艺探索

21、金属半固态触变压铸工艺探索

22、半固态成形铝合金材料研究

23、快速凝固高硅铝合金的组织性能及超塑性研究

24、快速凝固技术在新材料开发中的应用及进展

25、喷射沉积成型铝合金在汽车发动机缸套上的应用

生物材料制备与加工教学设计

1. 课程背景

生物材料制备与加工是生物医学工程专业的核心课程，旨在为学生提供生物材料的基本知识和技能，培养学生的研究能力和实际操作技能。本课程主要涉及生物材料的种类、制备方法、表征技术、加工工艺等方面的内容，旨在全面深入地介绍生物材料的理论和实践知识。

2. 课程目标

本课程的总体目标是让学生能够了解生物材料的基本原理和工程应用，并掌握生物材料的制备、加工、表征等技术。具体目标包括：

1.掌握生物材料的种类、制备方法、表征技术和加工工艺；

2.了解生物材料的应用领域及未来发展趋势；

3.培养学生的团队协作能力和创新思维；

4.提高学生的实践能力和应用技能。

3. 教学内容

3.1 生物材料的种类

介绍常见的生物材料种类，包括金属材料、聚合物材料、陶瓷材料和复合材料等。

3.2 生物材料的制备方法

介绍生物材料的制备方法，包括物理方法、化学方法和生物学方法等。

3.3 生物材料的表征技术

介绍生物材料的表征技术，包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、荧光光谱和拉曼光谱等技术。

3.4 生物材料的加工工艺

介绍生物材料的加工工艺，包括切割、打孔、钻孔、磨削、抛光和

涂覆等技术。

3.5 生物材料的应用

介绍生物材料的应用领域，包括医学领域、生物工程领域和环保领

域等。

4. 教学方法

本课程将采用多种教学方法，包括课堂讲授、实验教学、案例分析

和课程设计等。

4.1 课堂讲授

通过课堂讲授，引导学生了解生物材料的基本理论和应用技术。

4.2 实验教学

通过实验教学，让学生亲身体验生物材料的制备和加工过程，提高实践应用能力。

材料制备工艺课程设计

课程设计说明书PZT压电陶瓷蜂鸣器片

学院名称：材料科学与工程学院

专业班级：无机非金属材料1001班

学号： 3100703002

学生姓名：程小伟

指导教师：杨娟、周明

2014年1月

前言 (3)

1压电蜂鸣片简介 (4)

1.1蜂鸣器的作用 (4)

1.2蜂鸣器的结构原理 (4)

2 陶瓷工艺设计的目的和意义 (5)

3设计任务及说明 (5)

4计算 (6)

4.1以1mol为基准对Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3 进行计算 (6)

4.2以100g为基准对Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.5wt%Cr2O3+0.3wt%Fe2O3进行计算 (7)

5 PZT陶瓷制备的工艺流程 (7)

5.1称量与混合 (8)

5.2预烧 (8)

5.3粉体制备 (9)

5.4造粒 (10)

5.5成型 (10)

5.6排塑 (11)

5.7烧成 (12)

5.8极化 (15)

5.9焊接 (16)

5.10测试 (17)

6 工艺参数 (18)

6.1预烧工艺参数 (18)

6.2烧结工艺参数 (18)

6.3极化工艺参数 (18)

7主要设备选型 (19)

7.1球磨机 (19)

7.2 喷雾造粒干燥机 (19)

7.3滚压成型机 (20)

7.4 冲片机 (20)

7.5微波烧结装置 (20)

8总结 (21)

参考文献 (22)

前言

1880年，居里兄弟首先在单晶上发现压电效应。在1940年前，人们知道有两类铁电体：罗息盐和磷酸二氢钾盐。在1940年后，发现了BaTiO3是一种铁电体，具有强的压电效应，这是压电材料发展的一个飞跃。在1950年后，发现了压电PZT体系，具有非常强和稳定的压电效应，这是具有重大实际意义的进展。在1970年后，添加不同添加剂的二元系PZT陶瓷具有优良的性能，已经用来制造滤波器、换能器、变压器等。随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求就越来越高了，二元系PZT已经满足不了使用要求，于是研究和开发性能更加优越的三元、四元甚至五元压电材料。

材料制备工艺流程设计

材料合成工艺设计

设计题目：

碳热还原法制备纳米Si3N4粉末工艺设计

学生姓名：胡*

学号：**************

专业班级：材料科学与工程（11理实）

指导老师：陈*

完成日期：2014年6月9日

碳热还原法制备Si3N4粉末工艺设计

一、引言 (3)

二、设计原理和反应原理 (3)

三、工艺过程及流程图说明与论证 (7)

1、工艺过程 (7)

2、方案说明 (8)

3、工艺流程图 (9)

四、物料衡算 (9)

五、热量衡算 (10)

六、设备选型及依据 (12)

七、生产车间（实验室）布置 (13)

八、对设计的评述及体会 (13)

九、致谢 (14)

十、参考文献 (15)

一、引言

Si3N4基陶瓷是一种典型的高温结构材料，具有密度高、热膨胀系数小、硬度大、高弹性模量以及热稳定性、化学稳定性和电绝缘性好等特点,已广泛应用到汽车、机械、冶金和化学工程等领域,并逐渐渗透到空间技术、海洋开发、电子技术、医疗卫生、无损检测、自动控制、广播电视等多个尖端科学领域。但作为高温结构材料，它还存在抗机械冲击强度低、容易发生脆性断裂等缺点，要得到性能优异的Si3N4陶瓷材料,首先必须制备出高纯超细的Si3N4粉末。

Si3N4粉末的制备方法有很多,目前人们研究最多的有下列几种:1)硅粉直接氮化法;2)热分解法;3)碳热还原氮化法;4)高温气相反应法;5)激光气相反应法;6)等离子体气相反应法;7)溶胶-凝胶(sol-gel)法;8)自蔓延法。其中,碳热还原氮化法是一种适合于工业化生产,很有前途的合成方法。此法所得粉末纯度高、颗粒细、α-Si3N4含量高、反应吸热，不需要分阶段氮化，氮化速度比硅粉直接氮化法快。

材料工艺性能课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 学生能够理解材料工艺性能的基本概念，掌握影响材料性能的主要因素；

2. 学生能够掌握不同材料工艺的特点及其在实际应用中的优缺点；

3. 学生能够了解我国在材料工艺领域的发展现状及趋势。

技能目标：

1. 学生能够运用所学知识分析、解决实际工程中与材料工艺性能相关的问题；

2. 学生能够设计简单的材料工艺实验方案，进行实验操作，并对实验结果进行分析；

3. 学生能够通过查阅资料、课堂讨论等方式，提升信息获取和团队协作能力。情感态度价值观目标：

1. 学生对材料工艺性能产生兴趣，养成积极探索、主动学习的习惯；

2. 学生能够认识到材料工艺在科技发展和国民经济建设中的重要性，增强社会责任感和使命感；

3. 学生在实际操作中，培养严谨、求实的科学态度，形成良好的实验素养。课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，结合学生已有知识水平和兴趣，旨在提高学生在材料科学领域的认知和实际操作能力。

学生特点：学生对新鲜事物充满好奇心，具备一定的物理知识基础，但缺乏实际操作经验。

教学要求：注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的动手

能力和问题解决能力。通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活和工作中。

二、教学内容

1. 引言：介绍材料工艺性能的定义，以及在生活和工业中的应用。

2. 理论知识：

- 材料的力学性能：强度、塑性、硬度等；

- 材料的物理性能：导电性、导热性、磁性等；

- 材料的化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性等；

- 材料工艺的影响因素：温度、压力、时间等。

产品设计材料及加工工艺教案

一、教学目标

1. 了解产品设计的基本概念及其与材料、加工工艺之间的关系。

2. 掌握常见材料的特点、性能及应用范围。

3. 熟悉各种加工工艺的基本原理、方法及适用范围。

4. 培养学生的创新意识和实践能力，提高产品设计质量。

二、教学内容

1. 产品设计概述

产品设计的定义、目的和意义

产品设计的基本原则和方法

2. 材料的选择与运用

材料的分类及特点

常用材料（金属、塑料、木材、陶瓷等）的性能及应用

材料选择的原则和依据

3. 加工工艺概述

加工工艺的定义、分类和作用

常见加工工艺（铸造、锻造、焊接、切削、表面处理等）的基本原理和方法加工工艺选择的原则和依据

4. 产品设计中的加工工艺应用

产品设计过程中加工工艺的考虑因素

加工工艺在产品设计中的应用实例

5. 产品设计实践案例分析

案例一：某电子产品的设计与制造

案例二：某家居用品的设计与制造

三、教学方法

1. 讲授法：讲解产品设计的基本概念、材料选择和加工工艺的相关知识。

2. 案例分析法：分析实际产品设计案例，引导学生了解和掌握设计过程中材料和加工工艺的应用。

3. 实践操作法：安排课后实践任务，让学生亲自操作，巩固所学知识。

四、教学评估

1. 课堂问答：检查学生对产品设计、材料选择和加工工艺的理解和掌握程度。

2. 课后作业：分析实际产品设计案例，评估学生对知识的应用能力。

3. 实践报告：评估学生在实践操作中对材料和加工工艺的运用能力。

五、教学资源

1. 教材：产品设计材料及加工工艺相关教材。

2. 课件：PowerPoint课件，展示产品设计、材料选择和加工工艺的相关内容。

材料工艺课程设计课件

一、课程目标

知识目标：

1. 学生能理解并掌握材料工艺的基本概念，包括不同材料的性质、特点及应用场景。

2. 学生能够描述并分析至少三种常见的材料工艺，如铸造、焊接和塑料成型。

3. 学生能够了解材料工艺在生活和工业中的应用，并能够举例说明。

技能目标：

1. 学生能够运用观察、实验等方法，对给定材料进行工艺分析和评价。

2. 学生能够运用所学的材料工艺知识，设计并制作简单的产品原型。

3. 学生通过小组合作，提高沟通与协作能力，共同完成工艺项目的实践操作。情感态度价值观目标：

1. 学生培养对材料工艺的兴趣和好奇心，激发创新意识和探索精神。

2. 学生认识到材料工艺在保护环境、节约资源方面的重要性，树立绿色环保意识。

3. 学生通过学习材料工艺，了解我国在此领域的传统技艺和现代发展，增强民族自豪感。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，旨在让学生通过理论学习和动手实践，掌握材料工艺的基本知识和技能。

学生特点：六年级学生对新鲜事物充满好奇心，具备一定的观察能力和动手能力，喜欢通过实践探索知识。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，提高学生的创新能力和实践操作能力。通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活中，培养学生的综合素养。

二、教学内容

1. 引言：介绍材料工艺的概念、分类及应用，激发学生学习兴趣。

- 教材章节：第一章，第一节

2. 常见材料性质及工艺：

- 金属材料的性质、分类及铸造、焊接工艺。

- 教材章节：第一章，第二节

- 塑料材料的性质、分类及塑料成型工艺。

材料合成工艺学课程设计

学院生物与化学工程学院

专业班级 AAAAAAAAAAAAAAAAAA

学生姓名 AA AA

学号 AAAAAAAAAA

指导教师 AAAAAA

日期 2011年7月4日

一、绪论 (1)

二、工艺流程和方案的说明及论证 (1)

1.工艺流程 (1)

2.方案的说明 (2)

3.工艺流程图 (4)

三、物料衡算 (4)

四、热量衡算 (9)

五、聚合釜及各设备选型 (14)

六、生产车间布置 (14)

七、对设计的评述及结论 (17)

八、参考文献 (18)

一、绪论

化工设计是化工生产装置建设的灵魂，是将人们的要求变为现实生产的第一步。先进的设计思想、科学的设计方法、现代化的设计手段与工具、高水平高质量的设计作品是工程设计人员坚持的设计方针和追求的设计目标。聚合物合成生产装置设计属于化工设计的范畴，是针对聚合物合成生产过程的化工设计。

聚合物合成工艺设计就是指将单体原料通过聚合反应制得聚合物产品的生产过程中所用的方法、技术等，全部用图纸、表格、文字说明等方式概述出来的过程及结果。

二、工艺流程和方案的说明及论证

1.工艺流程

（1）把软水经过软水计量槽（W101）计量后放入聚乙烯醇溶解釜(V101)。

（2）把规定量的聚乙烯醇由入孔投入聚乙烯醇溶解釜(V101)内。

（3）向聚乙烯醇溶解釜(V101)的夹套中送入水蒸汽，升温至80摄氏度，搅拌4-6小时，配制成聚乙烯醇溶液。

（4）把醋酸乙烯酯投入单体计量槽(W102)内，把邻苯二甲酸二丁酯投入增塑剂计量槽(W103)内，并把预先配制的规定量的过硫酸钾溶液和碳酸氢钠溶液分别投入引发剂计量槽(W105)和PH调节剂计量槽(W104)。

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课程设计说明书PZT压电陶瓷蜂鸣器片

学院名称：材料科学与工程学院

专业班级：无机非金属材料1001班

学号： 3100703002

学生姓名：程小伟

指导教师：杨娟、周明

2014年1月

前言 (3)

1压电蜂鸣片简介 (4)

1.1蜂鸣器的作用 (4)

1.2蜂鸣器的结构原理 (4)

2 陶瓷工艺设计的目的和意义 (5)

3设计任务及说明 (5)

4计算 (6)

4.1以1mol为基准对Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3 进行计算 (6)

4.2以100g为基准对Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.5wt%Cr2O3+0.3wt%Fe2O3进行计算 (7)

5 PZT陶瓷制备的工艺流程 (7)

5.1称量与混合 (8)

5.2预烧 (8)

5.3粉体制备 (9)

5.4造粒 (10)

5.5成型 (10)

5.6排塑 (11)

5.7烧成 (12)

5.8极化 (15)

5.9焊接 (16)

5.10测试 (17)

6 工艺参数 (18)

6.1预烧工艺参数 (18)

6.2烧结工艺参数 (18)

6.3极化工艺参数 (18)

7主要设备选型 (19)

7.1球磨机 (19)

7.2 喷雾造粒干燥机 (19)

7.3滚压成型机 (20)

7.4 冲片机 (20)

7.5微波烧结装置 (20)

8总结 (21)

参考文献 (22)

前言

由于PZT压电陶瓷具有优异的压电、介电和光电等电学性能，广泛地应用于电子、航天等高技术领域，用于制备传感器、换能器、存储器等电子元器件，是一种很有发展前途的功能材料。由此，国内外研究学者对PZT压电陶瓷进行了大量的研究，包括PZT压电陶瓷元器件，以PZT为基料的三元、四元压电陶瓷，PZT铁电陶瓷薄膜，PZT纤维等铁电陶瓷材料。由于PZT基压电陶瓷的制备工艺简单，原材料容易获得，价格低廉，并可方便地制成各种复杂的形状，在工程技术方面的应用非常广泛，甚至超过了压电晶体。

PZT系列压电陶瓷的研究已有即几十年的历史,取得了重大进展。其未来的热点趋势主要有:①高转换效率的PZT压电陶瓷。高能量转换效率的PZT压电陶瓷正在兴起，日本富士通研究实验室研制出了由铌酸镍铅、钛酸铅和锆酸铅组成的铅基钙钛矿型压电陶瓷,其烧结温度在1000℃以下,能量转换效率指数 K 33为80.8 %。②低温烧结PZT陶瓷材料的新技术和新工艺。开发低温烧结PZT

压电陶瓷材料的新工艺,实现 PZT压电陶瓷的低温烧结,不仅能有效地保证陶瓷材料的性能,而且可节约能源,有利环保。③多功能铁电陶瓷。利用陶瓷材料的加和效应、乘积效应，以及不同联结度之间的搭配可以发展多功能新型铁电陶瓷材料。研究表明，利用其加和效应可制备出电容——压电双功能陶瓷材料，利用其乘积效应可制备出磁电效应和光致伸缩效应的新型陶瓷材料。④无铅系列压电陶瓷。由于PZT基压电陶瓷含有大量的铅成分,制造过程易造成环境污染,于是无铅系列压电陶瓷的研究已悄然兴起。如:K1-x Na x NbO3、SrBi4Ti4O3等研究都取得了一定的成绩,但这些不合铅的压电陶瓷或性能欠佳,或制造工艺复杂,仍处于探索之中。

1.压电蜂鸣片简介

1.1蜂鸣器的作用

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

1.2蜂鸣器的结构原理

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发

声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

2.陶瓷工艺设计的目的和意义

随着近年来电子工业的飞速发展,PZT压电陶瓷蜂鸣器片的生产厂家越来越多。市场竞争越来越激烈，同时对产品的要求也是精益求精。对压电陶瓷蜂鸣片的生产工艺进行合理的设计是非常关键和必要的。本设计书对压电陶瓷蜂鸣器片的组成、原料选择进行了改进，对产品的加工处理、工艺原理运用、工艺流程选择与工艺方法确定、主要设备的选型进行了系统的阐述。

制备工艺主要包括配料、球磨、喷雾造粒、成型、烧结及后加工等过程。其中成型工艺是制备过程中很重要的一项工艺，不仅影响管的尺寸形状，根据成型方法的不同，还会影响成型坯体的显微结构的均匀和各相分布的均匀，继而影响烧结工艺，直接影响产品质量，所以本任务书采用了干压成型法。在烧结方面采用中低温烧成，希望在安全可靠、注意环境保护、合理考虑机械化、自动化装备水平、经济合理的原则下设计出一种制备优质的PZT压电陶瓷蜂鸣器片产品的工艺。

3．设计任务及说明

PZT压电陶瓷蜂鸣器片（φ10mm×厚2mm，每片重约1.5克，年产500万片以300个工作日计算）压电陶瓷的分子式为：

Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.5重量% Cr2O3+0.3重量% Fe2O3