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目录8

2.1　导论8

2.1.1 制备和加工的基本内涵8

2.1.2 制备和加工——材料科学与工程的基本要素之一8

2.1.3　制备和加工技术的驱动力9

2.1.4　制备和加工的主要技术9

2.1.5　制备和加工技术的发展前景11

参考文献14

2.2　特种冶金技术15

2.2.1　化学材料冶金技术15

2.2.1.1　离子液制取15

2.2.1.2　离子液沉积与材料制备16

2.2.1.3　化合物热分解与材料制备17

2.2.2　真空冶金技术18

2.2.1.4　化合物水解与材料制备18

2.2.2.1　金属的真空熔炼19

2.2.2.2　真空脱气20

2.2.2.3　真空烧结21

2.2.2.4　真空热处理技术21

2.2.3 高压冶金技术22

2.2.3.1 高压浸出22

2.2.3.2 高压还原22

2.2.3.3　羰基法制镍粉23

2.2.4　等离子体冶金技术23

2.2.4.1　概述23

2.2.4.2　等离子体熔炼技术25

2.2.4.3　等离子体还原技术26

2.2.5.2　多元冶金的原理和规则27

2.2.5.1　多元冶金技术的特点27

2.2.5　多元冶金技术27

2.2.4.4　等离子纳米粉体制备技术27

2.2.5.3　多元冶金的应用实例28

参考文献29

2.3　粉体制备技术30

2.3.1　雾化法制取金属粉末30

2.3.1.1　雾化法的分类30

2.3.1.2　二流雾化机理30

2.3.1.3　雾化制粉的典型工艺30

2.3.1.4　雾化法制取金属粉末的发展30

2.3.2　溶胶-凝胶法31

2.3.2.1　基本原理31

2.3.2.2　工艺流程31

2.3.3　机械合金化技术32

2.3.3.1　机械合金化原理32

2.3.2.4　发展前景32

2.3.2.3　应用实例32

2.3.3.2　机械合金化技术在材料制备中的应用实例33

2.3.3.3　发展前景34

2.3.4　气相沉积法34

2.3.4.1　气相沉积工艺的原理34

2.3.4.2　常用气相沉积制粉技术35

2.3.4.3　发展前景36

2.3.5　还原法36

2.3.5.1　还原过程的基本原理37

2.3.5.2　还原法的工艺流程及应用38

2.3.5.3　发展前景38

2.3.6.3　化学共沉淀法在粉体制备中的应用39

2.3.6.2　基本原理与主要工艺流程39

2.3.6　化学沉淀法39

2.3.6.1　化学沉淀法的分类39

2.3.7　水热法40

2.3.7.1　基本原理与主要工艺流程40

2.3.7.2　水热法在粉体制备方面的应用40

2.3.7.3　发展前景41

2.3.8　纳米粉末制备技术41

2.3.8.1　物理制备法41

2.3.8.2　化学制备法42

参考文献43

2.4　粉体成型与烧结技术44

2.4.1　喷射沉积44

2.4.1.1　喷射沉积的基本原理44

2.4.1.4　展望45

2.4.2　注射成型45

2.4.1.3　喷射沉积铝合金及其复合材料45

2.4.1.2　喷射沉积的工艺过程45

2.4.2.1　金属注射成型工艺流程46

2.4.2.2　应用实例47

2.4.2.3　展望47

2.4.3　增塑粉末挤压成型48

2.4.3.1　增塑粉末挤压流变原理48

2.4.3.2　黏结剂设计与制备技术48

2.4.3.3　增塑粉末挤压成型工艺实验研究举例48

2.4.3.4　发展前景48

2.4.4　粉末锻造48

2.4.4.1　粉末锻造基本原理49

2.4.4.2　粉末锻造的主要工艺流程49

2.4.5.1　粉末轧制原理50

2.4.5　粉末轧制50

2.4.4.3　粉末锻造技术的应用及其发展50

2.4.5.2　粉末轧制的主要影响因素51

2.4.5.3　粉末轧制工艺及其应用51

2.4.5.4　粉末轧制的发展方向52

2.4.6　温压技术52

2.4.6.1　温压技术的基本原理52

2.4.6.2　温压技术的基本工艺流程52

2.4.6.3　温压技术的应用53

2.4.6.4　温压技术的发展方向53

2.4.7　等静压技术53

2.4.7.1　等静压的基本原理与工艺流程53

2.4.7.2　热等静压技术应用实例54

2.4.8.1　爆炸成型原理55

2.4.8.2　爆炸成型工艺55

2.4.8　爆炸成型55

2.4.8.3　爆炸成型技术的发展方向56

2.4.9　特种粉末冶金固结技术56

2.4.9.1　陶瓷颗粒固结工艺56

2.4.9.2　陶瓷模工艺56

2.4.9.3　径向热压工艺57

2.4.9.4　发展前景57

2.4.10　微波烧结58

2.4.10.1　微波烧结原理58

2.4.10.2　微波烧结技术的应用58

2.4.10.3　微波烧结技术的发展方向59

2.4.11　超固相线液相烧结59

2.4.11.1　致密化过程59

2.4.11.2　影响因素59

2.4.11.3　超固相线液相烧结的研究与应用60

2.4.12.2　电火花烧结原理61

2.4.12　电火花烧结61

2.4.12.1 电火花烧结的特点61

2.4.12.3　电火花烧结工艺62

2.4.12.4　电火花烧结技术应用62

2.4.12.5　电火花烧结技术的发展前景62

2.4.13　快速原位成型63

2.4.13.1　快速原位成型的基本原理63

2.4.13.2　快速原位成型的主要工艺流程63

2.4.13.3　快速原位成型的发展前景64

参考文献64

2.5　反应加工技术65

2.5.1 自蔓延高温合成65

2.5.1.1 自蔓延高温合成技术的发展沿革65

2.5.1.3 自蔓延高温合成的基本理论66

2.5.1.2 自蔓延高温合成的燃烧方式与类型66

2.5.1.4　SHS的研究方法与设备68

2.5.1.5　SHS的应用工艺69

2.5.1.6　自蔓延高温合成制备的材料71

2.5.2　放热弥散法72

2.5.3　直接金属氧化法73

2.5.4　液相-气相反应法74

2.5.5　液相-固相界面反应法74

2.5.6　熔铸直接接触反应法74

2.5.7　反应球磨工艺75

2.5.8　反应加工技术的未来发展75

参考文献75

2.6.1.3　二元合金的凝固原理76

2.6.1.1　晶体的形核76

2.6.1.2　晶体的长大76

2.6　凝固技术76

2.6.1　凝固基本原理76

2.6.1.4　快速冷却条件下的非平衡凝固78

2.6.2 金属喷射雾化技术及喷射成型技术80

2.6.2.1 喷射雾化的基本原理、方法及典型参数80

2.6.2.2　气体雾化法80

2.6.2.3　水雾化法81

2.6.2.4　离心雾化法81

2.6.2.5　喷射成型技术81

2.6.3　熔体激冷技术82

2.6.3.1　金属碎片的快速凝固82

2.6.3.2　金属带材的快速凝固83

2.6.3.3　复合夹层带材的快速凝固技术84

2.6.4.2　熔融玻璃净化法85

2.6.4.3　悬浮熔炼法85

2.6.4.1 深过冷凝固技术的形成与基本原理85

2.6.4　深过冷凝固技术85

2.6.5　高能束流熔化快冷技术86

2.6.5.1　高能束的特性86

2.6.5.2　激光表面处理87

2.6.5.3　激光快速成型技术88

2.6.5.4　电子束局部熔化技术88

2.6.5.5　等离子体加热与控制凝固88

2.6.6　定向凝固与单晶制备技术88

2.6.6.1　定向凝固组织的形成原理88

2.6.6.2　几种定向凝固的应用技术89

2.6.6.3　单晶生长89

2.6.6.4　几种定向凝固新技术89

2.6.7.2　电磁场控制凝固91

2.6.7.1　电场控制凝固91

2.6.7 电场及磁场作用下的凝固技术91

2.6.7.3　电磁离心铸造92

2.6.7.4　电磁约束成型92

2.6.8　微重力与超重力下的凝固92

2.6.8.1　重力对凝固过程的影响92

2.6.8.2　微重力下凝固过程的控制93

2.6.8.3　微重力凝固的实现途径93

2.6.8.4　超重力凝固93

2.6.9　高压下的凝固94

2.6.9.1　压力对熔体黏度、密度及凝固平衡条件的影响94

2.6.9.2　合金液中的气体与补缩94

2.6.9.3　高压凝固制备非晶态材料94

参考文献95

2.6.9.4　高压下制备纳米晶材料95

2.7　纤维制备技术96

2.7.1　纤维分类96

2.7.2　化学纤维制备原理96

2.7.2.1　熔体纺丝过程基本原理96

2.7.2.2　溶液纺丝方法100

2.7.2.3　纤维后加工103

2.7.3　常见化学纤维生产方法105

2.7.3.1　聚酯纤维105

2.7.3.2　聚酰胺纤维107

2.7.3.3　聚丙烯纤维108

2.7.3.4　聚丙烯腈纤维108

2.7.3.5　聚乙烯醇纤维109

2.7.3.6　黏胶纤维109

2.7.5.1　碳纤维110

2.7.5　特种纤维制备技术110

2.7.4　其他纺丝方法110

2.7.5.2　芳香族聚酰胺纤维111

2.7.5.3　超高分子量聚乙烯纤维112

2.7.5.4　聚苯基苯并二噁唑纤维112

2.7.6　无机纤维制备方法112

2.7.6.1　玻璃纤维112

2.7.6.2　陶瓷纤维113

2.7.6.3　硼纤维114

2.7.7　纤维制备技术发展趋势114

参考文献114

2.8　薄膜制备技术115

2.8.1 物理气相沉积（PVD）技术115

2.8.1.1　真空蒸发镀膜技术115

2.8.1.3　离子镀116

2.8.1.2　溅射沉积薄膜技术116

2.8.2　化学气相沉积（CVD）技术117

2.8.2.1 化学气相沉积所涉及的化学反应117

2.8.2.2　化学气相沉积对源气体的要求118

2.8.2.3　化学气相沉积的装置118

2.8.2.4　等离子体增强化学气相沉积119

2.8.2.5　激光化学气相沉积119

2.8.2.6　化学气相沉积的应用119

2.8.3　气相外延生长技术119

2.8.3.1　气相外延生长的设备119

2.8.3.2　气相外延生长热力学反应的定性描述120

2.8.3.3　实验条件对外延生长速度的影响120

2.8.3.4　气相外延生长的应用120

2.8.4　液相外延技术120

2.8.4.1　液相外延生长方法和设备120

2.8.4.3　液相外延的应用121

2.8.4.2　液相外延生长的过程121

2.8.5　金属有机化合物气相外延技术122

2.8.5.1　金属有机气相外延设备122

2.8.5.2　改进的MOVPE技术122

2.8.5.3　MOVPE的应用122

2.8.6　分子束外延（MBE）技术123

2.8.6.1　分子束外延装置 123

2.8.6.2　分子束外延的改进技术123

2.8.6.3　分子束外延技术的发展方向124

2.8.6.4　MBE的应用124

2.8.7　化学束外延（CBE）技术124

2.8.7.3 CBE的应用125

参考文献125

2.8.7.2 CBE的反应机制125

2.8.7.1　CBE装置125

2.9 表面改性和涂层技术126

2.9.1　表面的机械强化与纳米组织化126

2.9.1.1　表面机械强化技术126

2.9.1.2　表面强化和纳米化127

2.9.2　金属表面的化学热处理129

2.9.2.1　化学热处理原理129

2.9.2.2　钢的渗碳129

2.9.2.3　钢的渗氮130

2.9.2.4　钢的碳氮共渗130

2.9.2.5　钢的渗硫130

2.9.2.6　钢的渗硼131

2.9.2.7　渗镀131

2.9.2.8　钢的渗钒131

2.9.3.1　离子束技术主要种类132

2.9.3　高能离子束与电子束表面改性132

2.9.2.9　钢的稀土化学热处理132

2.9.3.2　离子束材料改性物理学134

2.9.3.3　离子束技术的特点及对材料性能的影响135

2.9.3.4　离子束表面改性的工业应用136

2.9.3.5 电子束表面处理装置137

2.9.3.6　电子束表面处理工艺及效果137

2.9.4　激光表面改性技术139

2.9.4.1　激光及激光表面改性技术 139

2.9.4.2　激光热处理139

2.9.4.3　激光熔凝139

2.9.4.4　激光合金化139

2.9.4.5　激光熔覆139

2.9.4.9　激光冲击硬化140

2.9.4.8　激光表面修饰与微加工140

2.9.4.7　激光清理140

2.9.4.6　激光非晶化140

2.9.4.10　激光气相沉积141

2.9.5　表面的阳极氧化141

2.9.5.1　铝和铝合金的阳极氧化141

2.9.5.2　其他金属的阳极化144

2.9.5.3　微弧阳极氧化145

2.9.6　表面热喷涂技术146

2.9.6.1　热喷涂的分类及特点146

2.9.6.2　热喷涂技术的发展历史147

2.9.6.3　几种热喷涂方法工作原理147

2.9.7　材料表面电镀与化学镀148

2.9.7.1　金属或合金电镀148

2.9.7.2　金属电沉积148

2.9.7.5　影响镀层质量的因素149

2.9.7.3　表面活性物质在金属电沉积过程中的作用149

2.9.7.4　镀层的主要性能149

2.9.7.6　电镀工艺过程150

2.9.7.7　几种类型的电镀过程150

2.9.7.8　化学镀152

参考文献153

2.10　塑性加工技术154

2.10.1　轧制技术154

2.10.1.1　轧制技术的基本概念154

2.10.1.2　轧制方法的分类154

2.10.1.3　板、带、箔材轧制154

2.10.1.4　管材轧制154

2.10.2　锻造技术155

2.10.2.2　模锻155

2.10.2.1 自由锻造155

2.10.1.5　纵轧成型轧制155

2.10.1.8　楔横轧制155

2.10.1.7　斜轧成型轧制155

2.10.1.6　横轧成型轧制155

2.10.2.3　旋转锻造156

2.10.2.4　热镦锻156

2.10.2.5　环轧156

2.10.2.6　辊锻156

2.10.4　拉拔技术157

2.10.3.4　几种挤压方法的特点157

2.10.4.2　拉拔的分类和特性157

2.10.4.3　拉拔方法157

2.10.4.1　拉拔原理157

2.10.3.2　挤压的应用范围157

2.10.3.1　挤压原理157

2.10.3　挤压技术157

2.10.3.3　挤压方法的分类157

2.10.5　冲压成型技术158

2.10.5.1　剪切分离158

2.10.5.2　变形成型158

2.10.6　连续铸造-轧制技术159

2.10.6.1　连铸连轧技术159

2.10.6.2　连续铸轧技术160

2.10.6.3　超薄高速铸轧技术161

2.10.7　连续挤压技术161

2.10.7.1　连续挤压原理161

2.10.7.2　Conform连续挤压特点162

2.10.7.3　Conform连续挤压工艺162

2.10.8.3　半固态成型件的力学性能163

2.10.8.2　半固态成型工艺过程163

2.10.7.4　连续铸挤技术163

2.10.8.1　半固态成型的特点163

2.10.8　半固态金属加工技术163

2.10.8.4　半固态成型的应用164

2.10.9　超塑性与超塑性成型165

2.10.9.1　金属超塑性的定义165

2.10.9.2　超塑性的历史及发展165

2.10.9.3　超塑性的分类165

2.10.9.4　典型的超塑性材料166

2.10.9.5　超塑性成型工艺166

2.10.9.6　超塑性的应用166

2.10.10　难变形材料的加工与成型167

2.10.10.1 难变形材料加工成型的意义167

2.10.10.2　静液挤压技术167

2.10.10.3　高压下模锻技术168

2.10.10.4　热等静压技术169

2.10.10.5　快速全向压制成型技术170

2.10.10.6　等温成型技术170

2.10.11　层状金属复合材料加工技术171

2.10.11.1　热压复合法171

2.10.11.2　轧制复合法171

2.10.11.3　爆炸复合法171

2.10.11.4　液-固相轧制复合法172

2.10.12　塑性加工过程的数值模拟172

2.10.12.1　塑性力学的基本方程172

2.10.12.2　弹塑性有限元法172

2.10.12.4　刚塑性有限元法173

2.10.12.5　有限元法模拟计算的实例173

2.10.12.3　黏塑性有限元法173

参考文献174

2.11　高分子合成技术175

2.11.1　聚合反应175

2.11.1.1 自由基聚合反应175

2.11.1.2　离子型聚合反应178

2.11.1.3　配位聚合反应180

2.11.1.4　共聚合反应181

2.11.1.5　缩合聚合（缩聚）反应183

2.11.2　聚合反应实施方法186

2.11.2.1 自由基聚合反应实施方法186

2.11.2.2　缩聚反应的实施方法188

2.11.3　新型高分子的设计合成方法190

2.11.3.1　模板聚合190

2.11.3.5　管道聚合191

2.11.3.4　固态晶相光聚合191

2.11.3.3　交替共聚191

2.11.3.2　高分子载体法聚合191

参考文献192

2.12　高分子材料成型与加工技术193

2.12.1　概述193

2.12.1.1　高分子材料成型过程的温度变化193

2.12.1.2　高分子材料流动成型过程的流变学分析194

2.12.2　压制成型196

2.12.2.1　模压成型196

2.12.2.2　层压成型197

2.12.2.3　冷压烧结成型197

2.12.3　压延成型197

2.12.4　挤出成型198

2.12.4.1　挤出成型主要设备198

2.12.5.1　注射成型工艺过程200

2.12.5　注射成型200

2.12.4.2　热塑性高分子材料的挤出成型工艺200

2.12.5.2　热固性塑料的注射成型和传递模塑成型201

2.12.6　反应加工成型技术202

2.12.6.1　反应挤出成型202

2.12.6.2　反应注射成型202

2.12.7　浇铸成型工艺203

2.12.7.1　静态浇铸203

2.12.7.2　嵌铸203

2.12.7.3　离心浇铸203

2.12.7.4　滚塑203

2.12.7.5　搪塑203

2.12.7.6　流延铸塑203

2.12.8 热塑性高分子材料的二次成型工艺203

2.12.8.1 中空吹塑成型工艺203

2.12.8.3　拉幅薄膜的成型205

2.12.8.2　热成型工艺205

2.12.9.1　机械发泡206

2.12.9.2　物理发泡206

2.12.9.3　化学发泡206

2.12.10　橡胶的成型与加工技术206

2.12.10.1　塑炼206

2.12.9　泡沫塑料的成型工艺206

2.12.10.2　混炼207

2.12.10.3　成型207

2.12.10.4　硫化208

2.12.11.2 注射成型技术及设备的发展前景209

2.12.11.4 中空吹塑成型技术及设备的发展前景209

2.12.11.3 压延成型技术及设备的发展前景209

2.12.11.1　挤出成型技术和挤出机的发展前景209

2.12.11 高分子材料成型与加工技术的发展前景209

2.12.10.5　热塑性弹性体的成型209

参考文献210

2.13　焊接与连接技术211

2.13.1 焊接与连接技术的基本原理及其分类211

2.13.2　电弧焊接技术211

2.13.2.1　焊接电弧211

2.13.2.2　手工电弧焊212

2.13.2.3　埋弧焊213

2.13.2.4　非熔化极气体保护焊214

2.13.2.5　熔化极气体保护焊216

2.13.2.6　等离子弧焊接218

2.13.3　激光焊接技术220

2.13.3.1　激光焊接的原理及特点220

2.13.3.2　激光焊接工艺220

2.13.3.3　典型材料的激光焊接技术221

2.13.4.1　电子束焊接的原理及特点222

2.13.4.2　电子束焊接工艺222

2.13.4　电子束焊接技术222

2.13.4.3　典型材料的电子束焊接223

2.13.5　摩擦焊接技术223

2.13.5.1　摩擦焊原理、特点及应用223

2.13.5.2　摩擦焊接过程及热源特点224

2.13.5.3　摩擦焊工艺参数的选择225

2.13.5.4　典型材料的摩擦焊接226

2.13.6　扩散焊接技术227

2.13.6.1　扩散焊原理及特点227

2.13.6.2　扩散焊接过程227

2.13.6.3　扩散焊工艺参数的选择228

2.13.6.4　典型材料的扩散焊接228

2.13.7.2　钎焊材料229

2.13.7　钎焊技术229

2.13.7.1　原理、特点及应用229

2.13.7.3　钎焊方法231

2.13.7.4　钎焊方法的选择233

参考文献233

2.14　化学微组装与生物微组装技术234

2.14.1　基本理论234

2.14.2　线性分子组装237

2.14.3　平面分子组装238

2.14.4　烷基化对分子组装的影响244

2.14.5　盘状分子的堆积组装246

2.14.6　DNA分子结构的多态性研究247

2.14.7 阳离子诱导DNA有序凝聚体精细结构的研究248

参考文献250