第一章下 合成材料(强烈推荐)
材料合成与制备新技术PPT课件
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2.溶胶－凝胶合成方法基本原理
1、醇盐的水解-缩聚反应
• 水解反应：M(OR)n + xH2O → M(OH)x(OR)n-x + xR-OH • 缩聚反应：(OR)n-1M-OH + HO-M(OR)n-1 → (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + H2O
金属无机盐
价格低廉、易产业化 受金属离子大小、电位性及配位数等多种因素影响
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4. 溶胶-凝胶工艺参数
水解度的影响
物质量比
水 解 度 R≥2 ， TEOS 水 解 反 应 使大部分的-OR基团脱离，产 生-OH基团，形成了部分水解 的带有-OH的硅烷，在这些部 分水解的硅烷之间容易反应 形成二聚体，这些二聚体不 再进行水解，而是发生交联 反应形成三维网络结构，从 而缩短了凝胶化时间.
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胶体稳定原理-DLVO理论 颗粒间的范德华力 双电层静电排斥能
粒子间总作用能
VT VAVR
➢ 溶胶是固体或大分子颗粒分散于液相的胶体体系，具有很大的界面 存在，界面原子的吉布斯自由能比内部原子高，粒子间便有相互聚结 从而降低表面能的趋势。
➢ 增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。增 加粒子间能垒通常有三个基本途径：(1)使胶粒带表面电荷；(2) 利用空 间位阻效应；(3)利用溶剂化效应。
匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等优点 。
可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等 。
成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产 。
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2.多孔材料
多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。
材料合成与制备方法
A.晶核形成的热力学势垒 要大，液体大
C.在粘度与温度关系相似的条件下， 或液相温度要低
D.原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。
2）结构模型
A.微晶模型：基本思想是：大多数原子与其最近邻原子的相对位置与晶体情形完全相同，这些原子组成一纳米至几十纳米的晶粒，长程有序性消失主要是因为这些微晶取向散乱、无规的原因。
答：B—S法的构思是在一个温度梯度场内生长单晶，在单—固——液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内，坩埚可垂直或水平放置，使坩埚下降通过一个温度梯度，或使加热器沿坩埚上升。
第二章、
1.试说明非晶态的概念与特性
答：1）概念：非晶体物质是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集态，其在小于几个原子间距的小区间内（1~1.5nm），仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序但长程无序的特殊物质状态。
2.试推导液固生长系统的相变驱动力。
解：设晶体流体的界面面积为A，垂直于界面的位移为∆X，系统的吉布斯自由能的降低为∆G，界面上单位面积的驱动力为f；驱动力做功：f·A·∆X=—∆G
f=-∆G·A·∆X=-∆G·∆V
生长驱动力在数值上等于生长单位体积的晶体所引起的系统吉布斯自由能的变化，负号表示界面向流体中位移引起系统自由能降低。
2）特性： a.高强度、高韧性b.抗腐蚀性c.软磁特性d.超导电性e.光学性质：光吸收、光电导、光致发射f.其它性质：室温电阻率高，负的电阻温度系数。
2.试说明常见非晶态的分类
答： 1）非晶态合金
2）非晶态半导体材料
3）非晶态超导体
4）非晶态高分子材料
5）非晶态玻璃
3.试说明非晶态材料的形成条件和结构模型
6.说明影响CVD的参数
高分子合成工艺学
第一章绪论高分子合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、离子交换树脂等材料。
三大合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶高分子合成工业的任务：将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。
塑料的原料：是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑剂、着色剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂等）。
塑料成型方法：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。
合成橡胶：高弹性体，制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合剂（硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软化剂、增强剂、填充剂、着色剂等）。
自由基聚合方法：本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合离子聚合及配位聚合实施方法主要有本体聚合、溶液聚合两种方法。
在溶液聚合方法中，如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为淤浆聚合。
1、简述高分子化合物的生产过程。
(1)原料准备与精制过程：包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程相设备。
(2)催化剂(引发剂)配制过程：包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
(3)聚合反应过程：包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备。
(4)分离过程：包括未反应单体的回收、脱除溶剂、催化剂，脱除低聚物等过程与设备。
(5)聚合物后处理过程：包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。
(6)回收过程：主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
2、比较连续生产和间歇生产工艺的特点。
间歇聚合：聚合物在聚合反应器中分批生产的，当反应达到要求的转化率时，将聚合物从聚合反应器中卸出。
间歇聚合的特点a.不易实现操作过程的全部自动化，每一批产品的规格难以控制严格一致。
b.反应器单位容积单位时间内的生产能力受到影响，不适于大规模生产。
材料合成与制备 第1章 溶胶-凝胶法
溶胶凝胶化目前主要分为脱水凝胶化和碱性凝胶化两类。
脱水凝胶化过程中(加入强亲水性物质，例已醇)，胶粒脱水，扩 散层中电解质溶解质浓度增加，凝胶化能垒降低。
碱性凝胶化过程中， Mn+ 可通过O2-、OH- 或An-(酸根离子)与配 体 简桥言联之，。体影系响加因入素有OHp-H，值胶、粒温表度面、正A电n-荷的减性少质，、能M(垒H2高O度)n+降的低浓。度等。
(3)溶剂化作用也能稳定溶胶。破坏胶粒之间的有序溶剂层， 使胶粒表层脱除溶剂并相互接触需要一定的溶剂化能量。这种 效应对于亲液溶胶更加明显。
反之，由溶胶制备凝胶的具体方法有以下几种： (1)使水、醇等分散介质挥发或冷却溶胶，使其成为过饱和 液，而形成冻胶。 (2)加入非溶剂，如在果胶水溶液中加入适量酒精后，即形 成凝胶。 (3)将适量的电解质加入胶粒亲水性较强的憎液型溶胶，即 可形成凝胶。 (4)利用化学反应产生不溶物，并控制反应条件可得凝胶。
前驱物溶液(溶 胶)由金属无机 化合物与添加剂 之间的反应形成
密集的粒子
粉末、薄 膜
有机聚合物 型Sol-Gel
过程
前驱物的控制 水解和缩聚
1.由前驱物得到的无机聚合物构 成凝胶网络 2.刚形成的凝胶体 积与前驱物溶液体积完全一样 3. 凝胶形成的参数--胶凝时间随着 过程中其它参数的变化 而变化 4.凝胶透明
3、 20纪80年代以后，广泛应用于功能材料、特种陶瓷材料、晶 体、薄膜材料 、超微粉体、有机-无机杂化材料的制备和应用。从 1981年开始，每二年举办一次溶胶-凝胶科学技术国际会议。溶胶-凝 胶科学已经成为材料科学与工程研究领域的一个重要分支。
三、溶胶-凝胶合成方法的原理
现代溶胶-凝胶技术一般是以金属有机醇盐或无机盐为原料， 溶解于一定的溶剂中形成金属化合物的溶液，然后进行水解、聚合 形成溶胶、凝胶。
无机合成简明教程复习笔记(考研+期末)
无机合成简明教程复习笔记一、第一章●无机合成十大热点/前沿领域1.特种结构无机材料的制备2.软化学合成●硬化学：在超高温、超高压、强辐射、无重力、仿地心、仿宇宙等条件下探索新物质合成●软化学：采取迂回步骤，在较温和条件下实现化学反应过程，以制备相关材料的化学领域●方法：前驱体法、溶胶-凝胶法、溶剂热合成法、插入反应、离子交换过程、熔体（助溶剂）法、酶促合成骨骼和人齿反应、拓扑化学过程及一些电化学过程●特点●不需用高纯金属作原料●制成的合金是具有一定颗粒度的粉末，在使用时无需碾碎●产品本身具有高活性●产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能●合成方法简单●有可能降低成本●为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径3.极端条件下合成4.杂化材料的制备5.特殊聚集态材料合成6.特种功能材料的分子设计●概念：其指开展特定结构无机化合物或功能无机材料的分子设计、裁剪与分子工程学的研究●步骤：以特定的功能为导向➡️在分子水平上实现结构设计和构建➡️研究分子构建的形成和组装规律➡️对特定性能的材料进行定向合成7.仿生合成●概念：其指在分子水平上模拟生物的功能，将生物的功能原理用于化学，借以改善现有的和创造崭新的化学原理和工艺科学●仿生膜●选择性通透作用●低能耗、低成本和单极效率高●适合热敏物质分离●应用广泛、装置简单、操作方便、不污染环境8.纳米粉体材料制备●化学制备方法●水热-溶剂热法●热分解法●微乳液法●高温燃烧合成法●模板合成法●电解法●化学沉淀法●化学还原法●溶胶-凝胶法●避免高温引起相分离9.组合化学●其是一门将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机器人结合为一体的技术●基本思想和主要过程●设想和定义●选择相关元素●构建化合物库●并行处理技术●加工过程●高通量分析●将新材料及合成与分析数据送交用户10.绿色合成●方法和实例●热化学循环分解水●水热-溶剂热合成●超临界二氧化碳和成●绿色电解合成●低热固相合成●固相合成四个阶段●扩散●反应●成核●生长●五个特点●具有潜伏期●无化学平衡●拓扑化学控制原理●分步反应●嵌入反应●定义：指在制造和应用化学产品时有效利用原料（最好可再生），消除废物和避免使用有毒的、危险的试剂与溶剂●核心和主要特点（原子经济反应）●无毒无害原料，可再生资源●环境友好产品，回归自然，废物回收利用●无毒无害催化剂●无毒无害溶剂二、第二章●Ellingham 图1.吉布斯-亥姆霍兹方程2.如何理解：设（x,y)（ x,y分别为两种物质），位于金属氧化物线段之下的温度区间，x可用于还原金属氧化物，而本身被还原为y3.应用●古代制铜器●金属锌制备●耦合反应1.概念：原来不能单独自发进行的反应A，在反应B的帮助下合并，合并在一起的总反应可以进行，这种情况称之为耦合反应2.应用实例●单质磷的制备●四氯化钛的制备●氧化法制备硫酸铜●泡佩克斯图1.概念：它是相关电对的电极材料-参加反应各物种浓度-温度-溶液酸度图●电极反应类型●既有氢离子或氢氧根离子参加，又有电子参加，这时的泡佩克斯图为一直线，斜率为（-m/n)*0.059,截距为E池●电极反应只有电子得失，没有氢离子或氢氧根离子参加，其图形为平行于横坐标的直线●电极反应有氢离子或氢氧根离子参加，但没有电子得失，其图形为平行于纵坐标的直线2.性质●直线上方为氧化态的稳定区，下方为还原态的稳定区●直线左边是物种离子的稳定区，右边是沉淀的稳定区3.应用●判断氧化还原反应进行的方向和顺序●对角线规律●两条直线间的距离越大，E池越大，➡️G越负，则反应自发进行的趋势越大●对同时存在的几个反应，氧化还原反应进行的顺序可按直线之间距离的大小排序（从大到小）●确定水的稳定区●如图，凡是泡佩克斯图落在j-k之间的氧化剂或还原剂都不会与水反应●可判断物种在水中存在的区域，或者提供制备的条件●湿法冶金中的应用●在电化学中的应用●热力学相图1.一致熔融化合物2.不一致熔融化合物三、第三章●低温合成1.物态●物质的第四态：等离子态，升高温度（数百万度）●物质的第五态：波色-爱因斯坦凝聚（超导态和超流态），温度低至临界温度2.低温温区划分●普冷区：环境温度到120k●深冷区：120k到绝对零度●普冷与低温的分界线：123k3.低温获得●恒温低温浴●制冷产生低温P78●低温恒温器●储存液化气体装置●高压气体钢瓶●气体钢瓶的颜色●气体钢瓶的安全使用●原因：钢瓶内部填充的气体压力很大，并且有的气体具有可燃性和助燃性，故钢瓶具有一定的易燃易爆性●注意点●气瓶必须连接压力调节器，经降压后，再流出使用●安装调节器，配管一定要用合适的，安装后试接口，不漏气方可使用●保持清洁，防污秽侵入，防漏气●小心使用，不可过度用力●易燃气体钢瓶应装单向阀门，防止回火●避免和电器电线接触，以免产生电弧使气体受热发生危险●瓶内气体不可用尽，即压力表指压不可为0，否则可能混入空气，重装气体时会有危险●气体附近必须有灭火器➡️，且工作场所通风良好4.低温的测量●蒸气压温度计●低温热电偶●低温热电阻温度计5.应用●稀有气体合成●KrF2的低温放电合成● XeO4的低温水解合成●在高氙酸盐中缓慢滴入零下五摄氏度的浓硫酸，生成四氧化氙气体●真空升华得纯品，储存于零下78摄氏度的冷凝容器中●XeF2的低温光化学合成P84●RnF2的光化学合成●金属，非金属同液氨的反应●碱金属及其化合物同液氨的反应●U型汞鼓泡管主要作为液氨蒸发的出口，并在所有的液氨蒸发后，阻止气体进入杜瓦瓶●碱土金属同液氨反应●某些化合物在液氨中的反应●非金属同液氨的反应●液氨中配合物的生成●低温下挥发性化合物的合成●二氧化三碳的合成●氯化氰的合成●磷化氢的合成●实验结束时不断的使氢气通过烧瓶，同时使烧瓶中的物质冷却，直至磷完全凝固。
新版材料合成与制备.pdf
第一章绪论1．材料按化学组成可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四类。
2．材料合成与制备是通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上及性能上不同于原材料的新材料。
研究内容：一是研究新型材料的合成方法；二是研究已知材料的新合成方法、新合成技术，从而指定节能、经济、环保的合成路线及开发新型结构和功能的材料。
3．材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。
第二章无机材料合成实验技术1．表征真空泵的工作特性的四个参量：起始压强、临界反压强、极限压强、抽气速率。
2．平衡分离过程：借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
3．速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
4．吸附分离过程：利用混合物中各组分与吸附剂表面结合力强弱的不同，即各组分在固体相（吸附剂）和流体相间的吸附分配能力的差异，使混合物中难吸附组分与易吸附组分得以分离。
特点：①多数吸附剂具有良好的选择性，同时，被吸附组分又可在不同的条件下脱附，方便被吸附组分的分别收集和吸附剂的再生利用；②吸附剂化学稳定性好，分离所得产物纯度高；③吸附与解吸速度快，为快速分离和获得小体积淋洗液创造了条件；④吸附剂价廉易得，实验操作简单；⑤为了增加表面作用位置，吸附剂通常制成多孔结构和大比表面积。
吸附机理：⑴吸附作用机理复杂，包括静电吸附、氢键作用、离子交换、络合作用等多种物理和化学过程；⑵从分子间作用力的观点来看，吸附作用是吸附剂表面的立场与吸附质分子之间相互作用的结果，主要是物理吸附；⑶硅胶、Al2O3表面含有大量羟基及O原子，能与许多物质形成氢键。
氢键和电荷转移相互作用均产生较强的吸附能；⑷极性吸附剂与极性分子之间的吸附力较强，选择性也较高。
高分子材料合成工艺第一章
(1) 塑料 热固性塑料的主要成型方法
热塑性塑料的主要成型方法
(2)合成橡胶
合成橡胶制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合剂，包括 硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软化剂、增强剂、 填充剂、着色剂等。增强剂与填充剂用量较大（20％）。
根据产量和使用情况合成橡胶可分为通用合成橡胶与特种合 成橡胶两大类。通用合成橡胶主要代替部分天然橡胶生产轮 胎、胶鞋、橡皮管、带等橡胶制品，包括丁苯橡胶、顺丁橡 胶(顺式聚丁二烯橡胶)、丁基橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶等 品种。特种合成橡胶主要制造耐热、耐老化、耐油或耐腐蚀 等特殊用途的橡胶制品，包括氟橡胶、有机硅橡胶、氯丁橡 胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶等。
第一章 前 言
第一节 高分子合成工业概述 1. 高分子合成材料
天然有机材料 蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶等。
高分子合成材料
塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、 离子交换树木材、塑料薄膜等； 合成纤维比天然纤维(棉花、羊毛、蚕丝等)更为牢固耐久。
橡胶制品的制造过程
(3)合成纤维
合成纤维通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液纺丝 制成。加有少量消光剂、防静电剂以及油剂等，
合成纤维的纺丝过程
第二节 高分子合成材料的品种和特性
1. 塑料
塑料是以合成树脂为基本成分，它是在加工过程中可塑制成一 定形状，而产品最后能保持形状不变的材料。
它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等优点。 其主要缺点是绝大多数塑料制品易燃烧，在长期使用过程中发 生老化现象。
目前我国进口的主要高分子材料几乎与国内生产总量相当。
材料合成与制备方法
材料合成与制备方法第一章1、1 溶胶凝胶1、什么是溶胶——凝胶？答：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
2、基本原理（了解）3、设备：磁力搅拌器、电力搅拌器4、优点：该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等5、工艺过程：自己看6、工艺参数：自己看2、1水热与溶剂热合成1、水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境。
2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。
3、优点：a、在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；b、非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大；c、由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶；d、由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏。
同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料4、生产设备：高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备；（分类自己看),高压容器一般用特种不锈钢制成,5、合成工艺：选择反应物核反应介质——确定物料配方——优化配料顺序——装釜、封釜——确定反应温度、压力、时间等试验条件——冷却、开釜——液、固分离——物相分析6、水热与溶剂热合成存在的问题：1、无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。
2、设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。
高分子合成工艺学
第一章绪论高分子合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、离子交换树脂等材料。
三大合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶高分子合成工业的任务：将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。
塑料的原料：是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑剂、着色剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂等）。
塑料成型方法：注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。
合成橡胶：高弹性体，制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合剂（硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软化剂、增强剂、填充剂、着色剂等）。
自由基聚合方法：本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合离子聚合及配位聚合实施方法主要有本体聚合、溶液聚合两种方法。
在溶液聚合方法中，如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为淤浆聚合。
1、简述高分子化合物的生产过程。
(1)原料准备与精制过程：包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程相设备。
(2)催化剂(引发剂)配制过程：包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
(3)聚合反应过程：包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备。
(4)分离过程：包括未反应单体的回收、脱除溶剂、催化剂，脱除低聚物等过程与设备。
(5)聚合物后处理过程：包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。
(6)回收过程：主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
2、比较连续生产和间歇生产工艺的特点。
间歇聚合：聚合物在聚合反应器中分批生产的，当反应达到要求的转化率时，将聚合物从聚合反应器中卸出。
间歇聚合的特点a.不易实现操作过程的全部自动化，每一批产品的规格难以控制严格一致。
b.反应器单位容积单位时间内的生产能力受到影响，不适于大规模生产。
第一章 复合材料绪论
第一章
1-3 复合材料的特性
复合材料的缺点: ➢材料价格高 ➢劳动强度大 ➢抗挤压和抗分层能力差 ➢力学性能受温度/湿度影响 ➢不易检查 ➢对铝会产生电化学腐蚀 ➢固化时间长
第一章
1-3 复合材料的特性
性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是 它们的结合界面、成型工艺等。 1、主要取决于增强相的性能 ⑴.比强度,比刚度高 ⑵.冲击韧性和断裂韧性高 ⑶.耐疲劳性好 ⑷.减震性 ⑸.热膨胀系数小
70年代民用飞机开始用复合材料做调整片,口盖等. 美国的ACEE计划.从舵面过渡到尾翼.
80-90年代,美国NASA的ACM计划.重点发展ＤＦＭ－设计制造一体化．
第一章
1-4 复合材料在民用飞机结构上的应用
目前研究低成本的复合材料设计与制造技术 ＣＡＩ大量的仿真技术.设计，制造，生产一体化仿真实
现异地设计异地制造．80-90年代实现了复合材料向主承力 结构应用的过渡．
金属基复合材料MMC
复合 材料
有机材料基复 合材料
无机非金属基 复合材料
木质基复合材料
聚合物基复 合材料PMC
橡胶基 树脂基
水泥或混凝土基 复合材料
陶瓷基复合材料CMC
热塑性树脂 热固性树脂
第一章
1-2 复合材料的定义与分类
根据第二相（增强体）形态分。 分散强化复合材料
颗粒状分散 相复合材料
颗粒增强复合材料
Ａ３８０，Ｂ７８７的出现．
第一章
1-4 复合材料在民用飞机结构上的应用
第一章
1-4复合材料在民用飞机结构上的应用
先进树脂基复合材料是民用飞机的主要复合材料.
复合材料在民用飞机的应用出现的几个特征:
➢小型/简单次承力结构
材料工程基础
材料工程基础第一章材料的制备与合成1.制备材料的3种途径：⑴第一个途径：通过原材料熔化精炼提纯，冷凝成固体（多晶、单晶或非晶的结构）的途径。
⑵第二个途径：用多种方法制成备用的高纯粉末（单相或合金、化合物）原料，使其进一步加工固结成材的粉末冶金技术。
⑶第三个途径：从石油、天然气裂解产物中或煤炭等物质中获得化合物单体，将低分子的单体经过聚合反应合成为高分子聚合物，以块状或粉体等形式存在。
2.化工生产流程：攻头、保尾、控中间。
3.高炉炼铁原料：⑴铁矿石；⑵熔剂（作用：降低脉石熔点和去硫）；⑶燃料：常用的燃料主要是焦炭。
4.高炉炉渣：⑴主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，并含有少量的MnO、FeO和CaS等。
⑵作用：①通过熔化各种氧化物控制金属的成分；②浮在金属液表面的炉渣能保护金属，防止金属被过分氧化，防止热量损失，起到隔热作用，保证金属不致过热。
5.造渣除P、S：P的含量高会引起钢的冷脆。
2Fe2P + 5FeO + 4CaO = 9Fe + (CaO) 4·P2O5钢中硫含量高，造成钢的热脆性。
FeS+CaO→CaS+FeO6.铝的生产流程电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝得到纯铝。
7.炼铝过程中为什么要加入冰晶石（Na3AlF6）？①氧化铝的熔点（2050℃）太高，对电解设备的耐高温性能要求过高。
②当用冰晶石（熔点1010℃）作熔剂时，氧化铝溶解于其中（溶解度约10%），将与氧化= 938℃），这时可在1000℃以下进行电解。
通常的电解温度是铝形成低熔点共晶（T共950-970℃。
8. 单晶制备方法⑴熔体法：从结晶物熔体中生长晶体，制备大单晶和特定形状晶。
①提拉法；②坩埚下降法；③泡生法；④水平区熔法；⑤浮区法。
⑵常温溶液法：常温溶液是指水、重水或液态有机物作为溶剂的溶液。
在这类溶液中，可以生长完整性高、均匀性好的大尺寸晶体，易观察。
材料合成与制备
鸽血红（纯红色）红宝石 粉红色红宝石 蓝色蓝宝石 黄色蓝宝石 绿色蓝宝石 紫色蓝宝石 帕德马蓝宝石 变色蓝宝石
Cr3+ Ｃr3+ /Fe/Ti Fe2+/Ti4+ Fe3+、色心 Fe3+、Fe3+/ Ti4+ Cr3+/Fe2+/Ti4+、 Fe2+/Fe3+ 色心/Cr3+、 Fe3+ Fe、Ti、Cr
火，会出现晶粒的反常长大。这个过程就像在再结晶 后，细小、均匀的等轴晶粒中又重新发生了形核和长 大，故又称之为“二次再结晶”。
异常长大后(20min) 异常长大前(5min) Fe-3%Si合金在1100℃退火组织
晶粒的异常长大
二次再结晶特征：
❖驱动力来自界面能或表面能的降低。 ❖不需要重新形核，是以一次再结晶后的某
退火是将金属或合金加热到适当温度，保持一定时 间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
1.1.1 形变再结晶理论
冷变形后材料经重新加热进行退火之后， 其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温 度下变化的特点可将退火过程分为回复、再结 晶和晶粒长大三个阶段。
回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结 构和性能变化的阶段；
2. 晶粒长大
晶粒长大可以通过现存 晶粒在退火时的生长或 通过新晶粒成核，然后 在退火时生长的方式发 生，焊接一颗大晶粒到 多晶试样上，并且是大 晶粒吞并临近的小晶粒 而生长，就可以有籽晶 的固-固生长，即
形核-焊接-吞并
再结晶后的晶粒长大
再结晶刚完成后，得到的是细小的等轴晶粒。如果 继续提高退火温度或延长保温时间，便会发生晶粒互 相吞并而长大的现象，称为“晶粒长大”。
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2019/2/17
PS 比重:1.05克/立方厘米
成型收缩率:0.6-0.8%
170-250℃
成型温度：
物料性能电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光 率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,.强度 一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂. 适 于制作绝缘透明件.装饰件及化学仪器.光学仪器等零件. 成型性能1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热 膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式 注射机成型. 2.宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降 低内应力,防止缩孔.变形. 3.可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口 时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀.塑件壁厚均匀,最好不 带镶件,如有镶件应预热.
2019/2/17
随着科学技术的发展,界限越来越模糊,如PP改性后可 用于结构材料,超高分子量PE可用作工程塑料
3
2 塑料基本性能
质轻,相对密度0.9-2.3,泡沫塑料0.01-0.05 电绝缘好,介电常数2,体积电阻率1016-18 ,介电损耗 10-4 力学强度范围宽 防腐 隔热 成型加工性能 减震,消音,透光 耐热差,力学强度小于金属,导热差,膨胀系数大,易 变形,易燃,蠕变,冷流,疲劳等
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塑料制品成型系统-成型
压缩成型 挤出 注塑 传递模塑 吹塑 铸塑
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滚塑(旋转成型) 层压材料成型 压延 涂敷 泡沫塑料成型 热成型 其他
7
塑料制品成型系统-机械加工
车削和铣削 钻孔 切螺纹 锯切,剪切和冲切 其他
2019/2/17
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HIPS
1948年DOW化学公司
苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物
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EPS
1954年BASF公司 轻、导热系数低、吸水性小、介电性能优 良、抗振、抗冲击 如：硬质泡沫塑料 加发泡剂，如戊烷
20198年美国橡胶公司 丙烯腈（20-30%）-丁二烯（6-30%）-苯乙烯 （45-70%）三元共聚物 外观呈浅象牙色、不透明、无毒无嗅、比重 1.05 具有较好的低温性能 化学稳定性较好 具电镀性能，是极好的非金属电镀材料 加工性能良好
2019/2/17 5
4 塑料成型方法
I 塑料原料配制工艺 混合:固体粉料混合 捏合:固体粉料或纤维状料与液体物料的浸渍和混合 塑炼:塑性物料与液体或固体物料的混合 II 塑料制品的生产系统 成型;将各种形态的塑料(粉料,粒料,溶液,分散体)制成所 需形状的制品或半成品,方法有挤出,注塑,压延,吹塑,模 压等 机械加工:在成型后的制件上进行车,铣,钻孔等过程(成型 中完成不好,或不能完成) 修饰:美化制件 装配:部件组装
2019/2/17 12
PS
1930年BASF公司最早投产 密度1.04-1.09 尺寸稳定性好 吸湿性低 易着色 热形变温度70-98、制品使用温度60-80 具有好的介电性能和绝缘性、易产生静电 耐各种碱、盐酸、磷酸、硼酸及各种有机酸，不耐氧化性 酸 不溶于非极性烷烃中，溶于芳烃、氯仿中 耐候性较差 耐热性差 硬而脆
第一章(下)
常见合成材料简介
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1
一、塑料
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1 塑性类型与特性
塑料:以合成树脂为主要成分,在一定条件(温度,压力等)下, 可塑成一定形状,并在常温下保持其形状的材料 按塑料组分数分 单一组分塑料,如PE,PP,PS 多组分塑料,如酚醛塑料 按塑料受热后形态性能分 热塑性,如PE,PP,PVC 热固性,如酚醛,氨基塑料,不饱和聚酯 按使用范围和用途分 通用,如PE,PP,PS,PVC 工程,如聚酰胺,聚甲醛,PC 特种,如聚酰亚胺,聚砜,聚苯硫醚
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2019/2/17
ABS 比重:1.05克/立方厘米
200-240℃
成型收缩率:0.4-0.7%
干燥条件：80-90℃ 2小时
成型温度：
物料性能1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好. 2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆 处理. 3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。 适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件. 成型性能1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光 泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时. 2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度 较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度. 3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温， 或者改变入水位等方法。 4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料 分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表 面需增加排气位置。
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ABS
大量用于各种管子和各种管配件 注射模塑制品广泛用于汽车配件、灯
具、仪器和仪表壳体及零件、家电外 壳、手提箱、家具、化妆品容器、玩 具、照相器材、通讯设备
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其他
AS树脂（也称SAN树脂——苯乙烯-丙烯腈共聚 物） ACS树脂是丙烯腈（20%）-氯化聚乙烯（30%） -苯乙烯（50%）三元共聚物 AAS（也称ASA）是丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯 MBS是甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 BS是苯乙烯-丁二烯共聚物 SMA是苯乙烯-马来酸酐共聚物
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塑料制品成型系统-修饰
磨削 锉削 转磨滚光 抛光 溶浸增光和透明涂层 彩饰 涂盖金属 其他
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塑料制品成型系统-装配
粘合 焊接 机械连接 其他
2019/2/17
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材料简介
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1、苯乙烯类聚合物
通用型聚苯乙烯(PS) 高抗冲型聚苯乙烯（HIPS） 可发性聚苯乙烯（EPS） ABS树脂（ABS） ACS SAN K树脂
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3塑料组成与作用
I 合成树脂(40-100%) 决定塑料基本性能 粘结作用 II 助剂(添加剂,改性能,延寿命,降成本) A 稳定剂:抗氧剂,酚类,胺类,硫化物,亚磷酸酯 热稳定剂:金属盐类,皂类,有机锡,环氧化油,酯类,螯合剂 光稳定剂:UV吸收剂,光屏蔽剂,猝灭剂,自由基捕捉剂 B 增塑剂:邻苯二甲酸酯,磷酸酯类 C 润滑剂:硬脂酸(酯),石蜡 D 填充剂/增强剂:碳酸钙,滑石粉,木粉,短纤维 E 改性剂:ACR,MBS F 固化剂:胺类 G 其他,如发泡,阻燃,抗静电,防腐,着色等