浙大-材料科学基础Ⅱ课-专题报告五
北华航天工业学院《材料科学基础A-Ⅱ》课程调研报告
《材料科学基础A-Ⅱ》课程调研报告调研题目：人工智能材料的应用姓名：学号：完成时间：调研报告要求1. 围绕“高熵合金及其应用、超塑性材料及其应用、超级钢、手撕钢、形状记忆合金及其应用、材料织构形成及其应用、人工智能材料、超级钢”等主题，阅读不少于5篇的参考文献，总结相关内容撰写调研报告。
2. 报告要求利用word编辑，由封面、目录、正文、参考文献组成。
全文字体采用宋体，标题四号字体，正文小四字体，1.5倍行间距，字数不少于2000字，A4纸打印。
3. 在报告最后一页附上参考文献目录或网址。
4. 在第14周提交电子版，经老师审核合格或打印纸质版。
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目录前言 (2)一、人工智能的定义3二、人工智能的研究发展阶段 (3)三、人工智能的研究方法 (4)四、人工智能在人类生活中的应用 (5)五、人工智能的影响 (7)六、人工智能的研究热点 (7)七、人工智能的研究价值 (8)总结 (9)前言通过这段时间对人工智能的调查、研究、学习，我对人工智能有了更深的认识。
我理解的人工智能就是对人的意识、思维的信息过程的模拟。
人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。
人工智能是计算机学科的一个分支，二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一（空间技术、能源技术、人工智能）。
也被认为是二十一世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一。
这是因为近三十年来它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。
人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。
人工智能在计算机领域内，得到了愈加广泛的重视。
并在机器人，经济政治决策，控制系统，仿真系统中得到应用。
人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。
材料科学基础II相变过程
(
而
Cp 2 S ) P ( ) P , T T T 2
1 V )T V P
2 V V )T ( )T V , V P P 2
式中：压缩系数 (
热膨胀系数
1 V ( )P V T
2．调幅分解相变
相变开始出现成分起伏→上坡扩散使浓度不断增加→相邻区域溶质不断贫化→形成两个平衡相。 特点：初始形核阶段；不产生新的晶体结构；不存在明显相界面。
二级相变时，两相化学势、体积及熵均无突变，但比热CP、、均要产生突变。
合金的有序-无序转变；铁磁性、顺磁性转变、超导态转变等都属于二级相变。
3．n级相变 三级相变：两相化学势、化学势的一阶导数和二阶导数均相等，但三阶导数不相等。 n级相变：两相化学势的(n－1)阶导数相等但n阶导数不相等。 二级以上的多级相变并不常见。
第八章 回复、再结晶与金属热加工
6学时
冷形变金属在加热时的组织与性能变化；回复；再结晶；晶粒长 大；动态回复与动态再结晶；金属材料的热加工
制造过程中涉及哪些材料科学问题，哪些因素影响其使用性能？
§5-1 相变的分类
第五章
一、按热力学分类 1．一级相变 相变前后两相化学势相等但化学势一阶导数不相等的相变。 即： 1＝2 而
2 2 2 1 )( ) TP TP
( 2 V V V ) ( ) P ( ) P V Tp T V T
1＝2
(
(
S1＝S2
V( ) P， T 2 T 2
2 1 2 )T ( 22 )T ， P 2 P
三、按质点迁移特征分类
1．扩散型相变 依靠原子(或离子)的长程扩散来进行。
晶型转变；熔体中的析晶；调幅分解；有序化转变；气-固相变；液-固相变等。
浙大 材料科学基础Ⅱ课 专题报告一
相图绘制方法及应用整理探究目录相图绘制 (1)相图概念 (2)相图测定原理 (2)相图绘制方法 (2)一、动态法 (3)1、步冷曲线法 (3)2、差热分析曲线法 (4)3、热膨胀曲线法 (5)4、电导（电阻）法 (6)5、热质量法 (6)二、静态法 (6)1、淬火法 (6)2、X光探测法 (7)3、扩散偶法 (8)相图的用途 (9)化学化工领域 (9)硝酸钾生产 (9)矿物学领域 (10)材料设计领域 (11)总结 (12)参考文献 (12)相图概念在一个多相体系中，温度、压力和浓度的变化，使相的种类、数量和组成也相应地在变化。
如果将这种变化用几何图形来描述，这种图形就可以反映出该体系在一定的组成、温度和压力下达到平衡时所处的状态，反映出该体系在平衡状态下的相态，即反映出该体系内有哪些相，每个相的组成以及各相之间的相对数量等等。
这种几何图形称为相图，也称状态图或平衡图。
相图便是处于平衡状态下体系中的组成分、物相和外界条件相互关系的几何描述。
相图中的点、线、面、体都代表着不同温度和压力下平衡体系中的各个相、相组成和各相之间相互转变的关系。
相图测定原理相图测定就是通过实验测量和观察来确定材料中的相平衡关系，并绘制出相图的科学研究。
在相图中，每一个相区对于材料一定的平衡组织状态。
当材料跨越不同的相区时，就会出现组织状态的变化，或者出现新相或者旧相消失。
该过程所伴随的物理、化学性质的变化，利用这种变化就可以测定出材料的相平衡关系。
相图绘制方法随着研究、技术的进步，相图的测量方法也越来越多，综合来看，可以将众多的方法分为动态法和静态法两大类（见下图）。
而在实际测定中，得到相图结果的准确度与所使用的方法及仪器本身的精度有密切关系。
一种方法可能适合这个体系而不适合另外的体系。
选用相图测量方法时必须综合考虑在体系相变过程中所测量的量的变化大小和仪器对这一变化的灵敏程度。
目前用的普遍的方法有动态法中的热分析法和静态法中的合金法、扩散偶法。
《材料科学基础》-实验报告###
实验报告实验课程：材料科学基础学生姓名：学号：专业班级：年月日实验一浇注和凝固条件对铸锭组织的影响一、实验目的1. 研究金属注定的正常组织。
2. 讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。
3. 初步掌握宏观分析方法。
二、实验内容说明金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域：最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。
最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大；铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义，因此认为地控制和改变这两个区域的相对厚度，使之有利于实际产品，有很大意义。
铸锭的组织（晶区的数目、相对厚度、晶粒形状的大小等）除与金属材料的性质有关外，还受浇注和凝固条件的影响。
因此当给定某种金属材料时，可借变更铸锭的浇注凝固条件来改变三晶区的大小和晶粒的粗细，从而获得不同的性能。
本实验是通过对不同的锭模材料、模壁厚度、模壁温度、浇注温度及用变质处理和振动等方法浇注成的铝锭的宏观组织的观察，对铸锭的组织形成和影响因素进行初步的探讨，并对金属研究中经常要采用的宏观分析方法进行一次初步的实践。
本实验用以观察的铸锭样品浇注和凝固条件如后表：三、实验步骤1. 教师介绍金属宏观分析方法，讲解各样品浇注和凝固条件。
2. 学员轮流观察各种样品，结合已知的浇注和凝固条件分析各样品宏观组织的形成过程。
3. 描述所观察到的各样品的宏观组织。
四、实验报告要求1. 叙述浇注正常组织的形成过程。
2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响。
五、思考题1. 简述宏观组织的特点及分析方法。
实验一浇注和凝固条件对铸锭组织的影响实验报告班级：日期：姓名：学号：同组姓名：纯铝在不同凝固条件下凝固得到铸锭宏观组织的观察分析报告：1. 叙述纯铝铸锭中不同晶区的形成过程。
3. 简述宏观分析方法。
实验二二元合金显微组织分析一、实验目的1. 熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铝硅合金的非平衡组织。
浙大材料科学基础课件part5之欧阳地创编
层状硅酸盐的判据：13)(,)(,),(,=---∑≠t Al Si t Al F OH B B t Al Si R RN N N N σ骨架状硅酸盐：一类[SiO4]4-四面体单元的四个角都相互连接的硅酸盐矿物。
典型代表氧化硅氧化硅的四种结构：石英（错误!未找到引用源。
）、鳞石英（错误!未找到引用源。
）、方石英（动画1，动画2，错误!未找到引用源。
）和柯石英（四元环是基本单元，如错误!未找到引用源。
，晶胞有四个层面组成，如错误!未找到引用源。
所示，具有很大的通道，是形成长石和分子筛矿物的基础）长石类矿物：基于柯石英的开放结构，1/4到1/2的[SiO4]4-被[AlO4]5-所取代（但阳离子（M 或M2+）总数对Si 和Al 的总和比总是1/4），不足电荷由碱金属 (Li+,Na+,K+)或碱土金属(Ca2+,Ba2+)补充，阳离子填充在柯石英骨架结构的通道中。
氧化硅转变成长石矿物简式：SiO2(柯石英))(82222/12/14/1钙长石O Si CaAl O Al Si Ca →⎥⎦⎤⎢⎣⎡→五、高分子晶体高分子的基本形态是以双键打开的有机分子为结构单元的线性连接，这些结构单元（链节）是大分子中线性重复的基本单位。
通常这样的大分子有数千或上万个结构单元，具有极高的分子量，因此这类材料称为高分子材料或高聚物材料。
(一)高分子晶体的形成乙烯CH2=CH2、CH2=CHR（R为取代H的有机基团）n(CH2=CHR)(CH2--CHR)n基本形态：双键打开的有机分子为结构单元的线性重复连接，有数千上万结构单元，具极高分子量高分子材料特点：很多独立分子组成。
长链大分子结构单元完全一致称均聚；两种以上的结构单元混合组成称共聚。
高分子结构单元连接特点：链节间通常饱和共价键（一次键）。
大分子间或同一大分子不同链段间仅有二次分子力（范氏力等）。
结构形态：二次分子力弱，难使大分子形成有序的结晶结构。
易见结构是无规线团和线团的交缠（非晶区）。
浙大材料科学基础课后习题与解答
浙江大学材料科学与基础习题与解答第一章晶体结构一、分别确定具有下述晶胞参数关系的晶胞可能属于哪些晶系：1、；2、a b c；3、b c；4、；5、解答：1、（正交、四方、立方）2、（三斜、单斜、正交）3、（三斜、单斜、正交、四方）4、（三斜、单斜、菱方）5、（正交、六方、四方、立方）二、设图1-11是立方晶系，试标出AF方向的晶向指数，并写出该晶向所属晶向族中其它所有晶向指数。
解答：[11]，<111>=[111]、[11]、[11]、[1]、[11]、[1]、[1]、[]三、一个正交晶系晶胞，在X、Y、Z三个晶轴上分别截a/2、4b和2c/3，连接这三个截点作一个平面，试确定该平面的晶面指数；写出该晶胞包含（111）晶面的晶面族中所有其它晶面。
解答：(816)1四、分别确定立方晶系和正交晶系中{110}晶面族中的所有晶面。
与立方晶系{110}晶面族对比，正交晶系不属于{110}晶面族而立方晶系中却包含在{110}晶面族中的那些面，在正交晶系中分另属于什么晶族，请分类确定。
解答：立方：{110}=(110)+ (101)+(011)+(10)+ (01)+ (10)+(01)+(10)+ (01)+ (0)+ (0)+(0)；正交：{110}=(110)+ (10)+(10)+ (0)；{101}=(101)+ (10)+(01)+ (0)；{011}=(011)+(01)+(01)+ (0)五、在六方晶系中，有如右图中画出的一个晶面，试标定它的晶面指数。
解答：（20）六、设两个晶面（152）和（034）是属于六方晶系的正交坐标表述，试给出在描述六方晶胞中常用的四轴坐标下这两个晶面的晶面指数。
若现在有两个晶面（23）、（22），试确定这两个晶面在正交坐标下的晶面指数。
解答：（152），（034），（23），（22）2七、若上题中的所有晶面指数改为相应的晶向指数，请同样确定经转换后对应的各晶向指数。
《材料科学基础A-Ⅱ》课程调研报告-人工智能材料
《材料科学基础A-Ⅱ》课程调研报告调研题目：人工智能材料目录一、人工智能新兴产业二、重点领域智能应用三、智能化终端产品四、标准体系和知识产权正文一、人工智能新兴产业这部分主要任务是进行人工智能前沿技术布局，推动核心技术产业化，并为人工智能产业发展奠定公共基础。
本部分涉及核心技术研发与产业化、基础资源公共服务平台两大工程。
其中，核心技术研发与产业化工程主要涉及三个方面的技术。
--是人工智能基础理论，包括深度学习、类脑智能等。
二是人工智能共性技术，包括人工智能领域的芯片、传感器、操作系统、存储系统、高端服务器、关键网络设备、网络安全技术设备、中间件等基础软硬件技术。
三是人工智能应用技术，包括基于人工智能的计算机视听觉、生物特征识别、复杂环境识别、新型人机交互、自然语言理解、机器翻译、智能决策控制、网络安全等。
基础资源公共服务平台工程主要涉及四个方面的建设内容。
.是各种类型人工智能海量训练资源库和标准测试数据集建设，包括文献、语音、图像、视频、地图及行业应用数据等，这些数据集需要面向社会开放，为广大科研机构和企业进行人工智能研究和开发提供服务。
二是基础资源服务平台建设，包括满足深度学习计算需求的新型计算集群共享平台、云端智能分析处理平台、算法与技术开放平台、智能系统安全情报共享平台等。
三是类脑智能基础服务平台建设，要能够模拟真实脑神经系统的认知信息处理过程。
四是产业公共服务平台建设，可以为人工智能创新创业提供相关研发工具、检验评测、安全、标准、知识产权、创业咨询等专业化服务。
二、重点领域智能应用这部分主要任务是加快人工智能技术的产业化进程，推动人工智能在家居、汽车、无人系统、安防、制造、教育、环境、交通、商业、健康医疗、网络安全、社会治理等重要领域开展试点，使得人工智能能够在第一时间转化为生产力并惠及民生。
本部分以基础较好的智能家居、智能汽车、智能无人系统、智能安防等领域为主。
智能家居示范工程主要支持利用健康医疗、智慧娱乐、家庭安全、环境监测、能源管理等应用技术，进行具有人工智能的酒店、办公楼、商场、社区、家庭等建设，提升百姓生活品质。
材料科学基础II相变过程
第八章 回复、再结晶与金属热加工
6学时
冷形变金属在加热时的组织与性能变化；回复；再结晶；晶粒长 大；动态回复与动态再结晶；金属材料的热加工
制造过程中涉及哪些材料科学问题，哪些因素影响其使用性能？
§5-1 相变的分类
第五章
一、按热力学分类 1．一级相变 相变前后两相化学势相等但化学势一阶导数不相等的相变。 即： 1＝2 而
(4) 均匀形核形核率与过冷度的关系
得到 即
16 3Tm2 1 2 3 Lm T 2
G c
1 T 2
(rc
1 ) T
形 核 率 越 高 晶 粒 越 细
： 形核率 N
单位时间、单位体积内过冷金属液体中的晶核形成数量。
N C * f
式中，C*——液相中临界尺寸的新相核胚的浓度（个/单位体积） f ——临界核胚成核频率（次数/单位时间）
固-液相变，晶体的熔化、升华，液体的气化，气体的凝聚和晶体中多数晶型转变等。
陈宗民等，《铸造金属凝固原理》第四章
1
2．二级相变 相变前后两相化学势及化学势一阶导数相等，但二阶导数不相等的相变。 即
二、按相变方式分类
1．形核－生长相变 晶核开始即达最大浓度；始终存在明显的界面；溶质下坡扩散实现生长。
三、按质点迁移特征分类
1．扩散型相变 依靠原子(或离子)的长程扩散来进行。
晶型转变；熔体中的析晶；调幅分解；有序化转变；气-固相变；液-固相变等。
§ 5-2 液-固相转变（纯金属的结晶）
液-固相转变： 均匀的液相在一定的温度和成分范围内凝固为固态物质的转变。 如果固态物质为晶体，也称此转变为结晶。
2．无扩散型相变 相变过程中原子(或离子) 经有规则的协同位移使点阵改组。不存在扩散。
浙大材料科学基础Ⅱ作业1
第一章作业1.图1-1示意表示出生成一个不一致熔融化合物A m B n和形成固溶体S B(A)的二元系统，试完成此相图的草图。
解答：如右上图所示。
2.对于图1-2所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。
解答：1)如右上图所示；2)如右上图所示；3)相界限：e1E：低共熔线，L→B+ AmBn；e2E：低共熔线，L→B+C；PE：低共熔线，L→C+ AmBn ；e3P：低共熔线，L→C+ A；Pp：转熔线，L+A→AmBn ；4)无变量点：E为低共熔点L=B+C+S；P为单转熔点L+A=C+S；e1：二元低共熔点L→A+B；e2：二元低共熔点L→C+B；e3：二元低共熔点L→A+B；5)结晶分析：1点：1位于A的初晶区，所以先析出A晶相。
液相组成点沿1a线变化到e3P线上a点。
到a点后，液相同时对A晶相和C晶相饱和，晶相C开始析出。
系统温度继续下降，液相组成点沿e3P向P变化，相应的固相组成沿AC线从A点向b点变化。
系统温度下降到TP后，由于P为转熔点，故液相到P点后，产生L+A →S+C，液相量逐渐减少。
随着转熔的进行，固相组成沿b1线从b点向1点，直到全部消失，固相组成到达1点，转熔结束，结晶过程结束，获得A、S、C 三种晶体。
2点：2位于A的初晶区，先析出A晶相。
液相组成点沿2c线变化到pP线上的c 点。
到c点后，产生单变量转熔过程：L+A→S，晶相S析出，晶相A被回吸，液相组成沿pP线向d点变化，同时固相沿AS线向S变化。
当固相组成点到达S点时，晶相A被全部回吸完，此时液相组成到达d点，此时液相组成点开始离开pP界线发生“穿相区”，即穿过S相区向e点变化，从液相中析出S晶体，到e点后，系统又同时对晶相S和晶相B饱和，故同时析出S和B，液相线沿e1E 向E点变化，固相组成点从S点向f点变化，液相组成达到低共熔点E点后，产生低共熔过程：L→B+S+C。
《材料科学基础a-ⅱ》课程调研报告-材料织构形成及其应用
《材料科学基础A-Ⅱ》课程调研报告调研题目：材料织构形成及其应用目录正文 (1)1.研究织构的目的 (1)2.材料中常见织构的形成机理 (1)2.1再结晶织构的形成机理 (1)2.1.1定向形核理论 (1)2.1.2选择长大理论 (1)2.1.3取向钉扎理论 (1)2.1.4.应变储能最大弛豫理论。
(2)2.2变形织构的形成机理 (2)2.2.1什么是变形织构 (2)2.2.2变形织构的分类 (2)2.2.3变形织构的形成机理和特征 (2)3.1织构在高性能多晶材料制备中的作用 (2)一、总结 (3)参考文献 (4)正文1.研究织构的目的在生产加工过程中，对材料进行热处理或者冷变形处理时大多会引起其组织形态的改变，而其材料的组织形态对材料的力学性能和物理化学性能都有着很大的影响，所以研究材料在加工过程中织构的变化规律对我们进行材料加工和材料强化等方便都有很大的帮助2.材料中常见织构的形成机理金属材料中的织物由许多因素引起，包括外部温度、电磁场、变形场以及晶体内部的等位子。
金属材料中织构的形成和变化主要是通过冷变形再结晶和形变强化等途径产生。
下面我们着重讨论这两种手段对织构的形成与影响。
2.1再结晶织构的形成机理在结晶是指经过冷变形的金属在一定温度下加热，以正常生长出来的新晶粒取取代经过冷变形后的不规则晶粒的过程，再结晶过程一般由新晶粒的形核，长大组成。
2.1.1定向形核理论该理论认为金属在经过较大的变形量后，组织内存在变形织构，由于各个亚晶的位相比较接近，从而使新生成的晶粒具有一定的择优取向性，长大后便具有与原有织构一致的再结晶织构。
2.1.2选择长大理论该理论则认为金属在形变后，组织内部从新形核时出现大量具有不同位向的晶核，只有那些具有特定取向的晶核才能够长大形成新的再结晶织构。
2.1.3取向钉扎理论该理论认为，新晶粒在长大过程中会存在很多取向不同的变形，根据该理论，具有立方取向的晶粒在长大过程中收到其他晶粒的干扰很小，而其他取向的晶粒会收到其他晶粒的干扰，他们在长大过程中互相制约，导致其长大速度过慢，而具有立方晶向的晶粒因为受到的干扰很小，所以能够快速长大，从而能在退火后表现出以立方织构为主的再结晶织构。
教学大纲-浙江大学材料科学与工程学院
材料科学基础教学大纲课程号：09120580 课程名称：材料科学基础II 学分：4英文名称： Fundamentals of Materials Science (II) 周学时： 4预修课程：《材料科学基础I》面向对象：材料科学与工程专业本科生一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《材料科学基础II》是《材料科学基础I》与材料科学后续专业课程的连接纽带，是材料系学生学习其它材料科学与工程相关专业课的基础，内容主要包括固态扩散、相图、固相反应、陶瓷烧结过程、熔融态与玻璃态、金属的凝固与结晶、固态相变过程等。
（二）英文简介This course provides fundamental knowleges for more specified courses related to materials science and engineering. The major contents are as follows: solid diffusion, phase diagrams, solid state reaction, sintering process of ceramics, molten and glassy states, solidification and crystallization of metals, and solid state phase transformations.二、教学目标(一)学习目标《材料科学基础II》课程教学的基本目的是在学生学完《材料科学基础I》课程之后，通过本课程的学习，进一步掌握材料研究与制备过程中所涉及的基础理论问题，如相平衡与相变过程、材料不同尺度范围内的本征结构、晶体组织、几何形态及表观性能，材料微观行为与宏观表现的有机联系，具有不同化学成分、加工过程、组织结构及宏观性能材料的物理本质、材料制备过程中的固相反应和烧结过程等。
学完本课程后，学生应掌握固态扩散基础知识；各类相图的判读以及在实际过程中的应用；理解固相反应、陶瓷烧结过程的实质和控制条件以及相关的动力学关系；掌握玻璃制备过程中的熔融态结构与性质以及玻璃形成过程与结构；掌握金属凝固和结晶基本过程以及成分分布、组织结构调控；掌握材料固态相变，特别是钢的奥氏体化、珠光体相变、马氏体相变、贝氏体相变、脱溶与时效、调幅分解等基础知识。
材料科学基础2教学(浙大)习题.doc
习题第一章晶体结构与晶体的结构缺陷1.下图为MgO单位晶胞图，请指出氧离子的紧密堆积方向及紧密堆积类型，指出其八面体空隙，四面体空隙的填充情况，并说明单位晶胞中有几个MgO分子。
2.用鲍林规则分析滑石Mg3[Si4Oi0](OH)2结构，(见图)，并指出单位晶胞有几个滑石分子,说明与结构关联的性质特点。
No. l 1.6314229To219No. 2 1.76946902163.MgO、CaO、SrO、BaO皆为NaCl型结构，其晶格能大小顺序为__________________ >_______ > _________ > _________ ；硬度变化顺序为_________ > _________ > __________ >4.由结晶化学定律，决定_______________ 晶体结构的主要因素是构成晶体质点的___________ 、________ 和_____________ 05. __________________________________________ 由"个等径球紧密堆积时，其四面体空隙有____________________________________________ 个，八面体空隙有_______ 个。
等径球的紧密堆积形式有______________ 和_____________ o第二章熔融态与玻璃通性1.试用lgr|=E+F/(T-To)方程式，绘出下列两种熔体在1350°C ~500°C间的粘度-温度曲线(lgf|~l/T)：2.一种熔体在1300°C的粘度是3100泊，在800°C是10*泊，在1050°C时其粘度是多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？3.决定玻璃熔体中复合阴离子团大小和结构的主要因素是什么？试从熔体结构4.实验获得Na2O-A12O3-SiO2和Na2O-B2C)3-SiO2系统玻璃的分子体积随组成中R2O3含量变化如下图，试解释其原因。
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专题报告五—陶瓷的特种烧结技术目录一、简介1.微波与等离子体烧结技术------------------------------12.等离子体放电烧结技术--------------------------------1二、特种烧结的方法---------------------------------------21．微波与等离子体烧结技术-----------------------------21.1微波加热烧结----------------------------------21.2微波等离子烧结--------------------------------31.3微波--等离子体分步烧结------------------------42．等离子体放电烧结技术-------------------------------5三、特种烧结的应用----------------------------------------61.微波与等离子体烧结技术------------------------------62．等离子体放电烧结技术-------------------------------7 2．1纳米材料的制备-------------------------------72．2梯度功能材料的烧结---------------------------82．3高致密度、细晶粒陶瓷-------------------------9四、参考文献---------------------------------------------10特种烧结：随着现代科学技术的进步，各种新兴技术在无机材料的合成制备领域有了广泛的应用，现着重介绍两种特种烧结技术：微波与等离子体烧结技术，等离子体放电烧结技术一、简介1.微波与等离子体烧结技术微波是指波长在1mm~0。
1mm范围内的电磁波，对应频率范围为30~300MHZ。
微波作为一种安全的能源，在民用领域获得了广泛应用，如民用微波炉；同时，微波可在短时间内将无机物质加热到1800C高温，因此微波可用于无机材料的合成与烧结方面。
微波烧结是一种新型的烧结技术,是一种利用微波能来对材料进行加热的方法,其原理简单的说就是利用电解质在高频电场中的介质损耗,将微波能转变成热能而进行烧结的。
微波烧结具有许多常规烧结无法实现的优点,如高能效、无污染、整体快速加热、烧结温度低、材料的显微结构均匀,能获取特殊结构或性能的材料等,因此具有良好的发展前景。
2.等离子体放电烧结技术放电等离子烧结(SPS)是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术。
由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体，因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点。
该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程，对于实现优质高效、低耗低成本的材料制备具有重要意义，在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性。
现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及功能材料的制备二、特种烧结的方法1．微波与等离子体烧结技术根据微波能的利用形式,微波烧结可分微波加热烧结、微波等离子结、微波等离子分步烧结等三种形式。
1.1微波加热烧结微波加热与常规加热模式不同,前者是依靠微波场中介质材料的极化损耗产生本体加热,因此微波加热温度场均匀、热应力小,适宜于快速烧结。
并且微波电磁场作用促进扩散,加速烧结过程,可使陶瓷材料晶粒粒细化(见表1),有效抑制晶粒异常长大,提高了材料显微结构的均匀性。
清华大学材料系先进陶瓷和精细工艺国家重点实验室18’系统研究了ZOr:增韧1A2O3陶瓷的微波加热烧结技术图1示出了微波加热烧结和常规烧结相对密度随温度的变化关系。
通过对试样力学性能的测试发现,微波加热烧结试样的KIC和价均高于常规烧结,扫描电镜的端口观察及试样抛光热腐蚀照片都表明微波烧结具有更均匀的显微结构。
中国科学院上海硅酸盐研究所9I]用微波烧结ZrO:增韧莫来石(ZTM),所用烧结温度较低,只有1350℃,而相同组分的ZTM其常规烧结温度在1600℃能上以上。
且微波烧结的陶瓷晶粒更细小、均一,晶界强度更高。
但微波加热烧结也碰到了刺手的问题:在低温下,低介损物质对微波的能量几乎不吸收。
要解决这一问题,可采用混合式加热或添加偶合剂直接烧结。
混合式加热烧结指低温段试样主要靠周围易吸收微波的原件的辐射或对流加热,待试样达到临界温度后则靠自身吸收微波能而致密的烧结。
添加偶合剂直接烧结指在基体中添加高介损的第二相以改进吸收和致密。
T.N.iTges,等在氮化硅陶瓷的微波加热烧结中发现,通过添加SIC、ITN等高介损物质,获得了性能良好、结构致密的Si3N4陶瓷。
微波加热加速陶瓷烧结的机理,是增加了晶格点阵离子迁移率,导致扩散和烧结速度提高,降低了烧结活化能。
M.A.aJnney`等经研究发现,在28GHz的微波场下进行高纯Al2O3的微波烧结所需的活化能为160KJ/mol,而常规烧结所需活化能却要575KJ/mol。
微波加热是一种“整体性”加热,由于大多数陶瓷材料对微波具有很好的透过度,因此微波加热是均匀的,所以从理论上讲,加热速度可达300℃/min甚至更高。
但在实际加热过程中,样品表面有辐射散热,且温度越高,热损失越大,如果没有合理的保温装置,则加热体内外温差就很大,可能导致样品烧结的不均匀,甚至严重开裂。
所以要合理设计保温层,尽量减少热量损失,改善加热均匀性。
1.2微波等离子烧结微波等离子烧结是通过微波电离气体形成等离子体,然后等离子体加热生坯得到致密的陶瓷烧结体。
关于微波等离子烧结能提高致密度已有大量的报道,IKm和Jhosnon利用微波等离子烧结颗粒直径为0.3卜m的α-Al2O3,,升温速度为100℃/s,陶瓷生坯快速致密,最终获得的烧结体的相对密度为理论密度的%%。
iKm等进一步对掺杂了0.25wt/MgO的α-Al2O3。
进行微波等离子烧结,最终获得的烧结体相对密度竟高达理论密度的99.5%,通过扫描电镜观察断面形貌,发现晶粒尺寸比没有掺杂的试样更小。
对于微波等离子烧结快速升温、迅速致密、烧结体性能良好,这一点在许多材料工作者中达成了共识。
等离子烧结加速致密的一个原因可能是快速加热,加速加热减小了由于表面扩散(主要发生在传统烧结的低温阶段)而引起的晶粒粗化,为晶界扩散和体积扩散提供了较强的《陶瓷工程》2001.536综述与述评驱动力和较短的扩散途径,从而导致了陶瓷显微结构的细化。
但微波等离子烧结对晶粒尺寸的影响,许多人提出了不同的看法。
Belmetlt等用微波等离子和传统炉子烧结小件试样,经比较发现,在相同的时间和致密度下,微波等离子烧结比传统烧结低200℃,并且致密速度快、晶粒尺寸小、机械强度更高。
J,H,pengl等以纳米20为原料,用Ar-20vo%l02混合气体作为等离子气体进行微波等离子体加热烧结。
结果发现,微波等离子加热烧结虽然能迅速致密,并达到很高的致密度,获得良好的力学性一能,但同时晶粒尺寸显著长大。
长期的研究发现,微波等离子的烧结效率与等离子体组分有关,国外已有用氢气、氢/氧混合气体、氮气、二氧化碳、水蒸气等作为等离子气体进行实验。
氢气在频率为SMH:电磁场中取得了良好的效果,但考虑到氢气作为微波等离子体不能提供充足的热量,并且中性等离子体容易还原氧化物,Hunghaisu等采用超高纯氧气作为等离子气体对Al2O3进行烧结。
1.3微波--等离子体分步烧结微波加热烧结受材料对微波吸收能力的强烈影响。
以Al2O3为例,在低温下其介质损耗很小,材料对微波的能量吸收很少,只有达到某一临界温度后Al2O3,对微波能的吸收才明显增加。
采用混合式加热或添加偶合剂直接烧结虽在一定程度上减小这种影响,但仍有一些陶瓷材料难以烧结。
微波等离子烧结虽然不受介质电性能的影响,但大量等离子气体在常温常压下难以激励,负压等离子体又极易在高温下导致样品的大量挥发,同样使微波等离子烧结存在很大的不足。
中国科学院金属研究所采用微波一等离子体分步烧地法有效的解决了上述难题,使微波能得到了充分的利用。
用微波--等离子体分步加热烧结陶瓷生坯。
即首先直接用微波的能量把陶瓷生坯加热到特定的温度,此后微波主要使气体激励成等离子体,然后等离子体继续加热陶瓷坯体到烧结温度,形成致密、均匀的烧结体。
微波--等离子体分步烧结将微波加热和微波等离子加热有机的结合在一起,保持了微波加热和微波等离子体烧结的优点,但克服了彼此的短处,原则上适宜于烧结各种陶瓷。
2．等离子体放电烧结技术从表对各种烧结过程的标准分类可知,放电等离子烧结的模压加压烧结过程,除具有热压烧结的特点外，其主要特点是通过瞬时产生的放电等离子使被烧结体内部每个颗粒均匀地自身发热和使颗粒表面活化,因而具有非常高的热效率和可在相当短的时间内使被烧结体达到致密系统的基本配置如图所示,住友石炭矿业式会社的系统包括一个垂直单向加压装置和加压显示系统、一个特制的带水冷却的通电装置和特制的直流脉冲烧结电源、一个水冷真空室和真空空气氢气气氛控制系统、冷却水控制系统和温度测量系统、位置测量系统和位移及位移速率测量系统、各种内锁安全装置和所有这些装置的中央控制操作面板。
传统的热压烧结主要是由通电产生的焦耳热和加压造成的塑性变形，这两个因素来促使烧结过程的进行。
除了上述作用外，在压实颗粒样品上施加了由特殊电源产生的直流脉冲电压,并有效地利用了在粉体颗粒间放电所产生的发热作用在压实颗粒样品上施加脉冲电压产生了在通常热压烧结中没有的各种有利于烧结的现象。
SPS过程中,当在晶粒问的空隙处放电时,会瞬时产生高达几千度至一万度的局部高温,这在晶粒表面引起蒸发和熔化,并在晶粒接触点形成“颈部”,对金属而言,即形成焊接态，由于热量立即从发热中心传递到晶粒表面和向四周扩散,因此所形成的颈部快速冷却，因颈部的蒸气压低于其它部位,气相物质凝聚在颈部而达物质的蒸发-凝固传递与通常的烧结方法相比,过程中蒸发-凝固的物质传递要强得多,这是过程的另一个特点同时在过程中,晶粒表面容易活化,通过表面扩散的物质传递也得到了促进晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用,体扩散、晶界扩散都得加强,加速了烧结致密化的进程,因此用比较低的温度和比较短的时间就可以得到高质量的烧结体。
三、特种烧结的应用1.微波与等离子体烧结技术迄今,国内外研究者几乎对所有氧化物陶瓷材料均进行了微波烧结的研究。
瑞典微波技术研究所利用微波能将超纯硅石加热到2000℃以上,用于制造光纤材料,与利用传统热源加热相比,不仅可以降低能耗,而且降低了石英表面的升华率。