第一篇：N.材料先进制备加工技术-2011中国材料研讨会
2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京
国家会议中心
N．材料先进制备加工技术 分会主席：谢建新、曲选辉、刘雪峰
单元N1：5月19日上午 主持人：谢建新，李元元 08：30---09：00am *N1 多场作用下金属粉末成形烧结一体化方法的研究进展
李元元，李小强，杨超；华南理工大学机械与汽车工程学院
为了探索高致密、高性能、短流程、节能和低成本的金属粉末成形与烧结方法，分别对电-热-力三场和电-磁-热-力四场作用下的粉末成形与烧结机理、关键技术以及相应装备进行了研究。研制出一套集电、磁、热、力多个场作用下的粉末成形与烧结一体化设备；建立了多个场作用下的粉末成形与烧结模型；明晰了场间的交互作用机理和烧结机理；优化了多场作用下碳化钨、钨基、钛基、铁基等粉末的成形和烧结一体化工艺；证实在电-热-力三场作用基础上耦合交变磁场可改善温度场分布，进一步促进粉体致密、改善烧结组织与性能。研究表明，多场作用下的粉末成形烧结一体化方法在制备优质粉末冶金材料和零件方面优势显著。
09：00---09：30am *N2 多元多相合金及其结构件铸造过程的凝固基础 介万奇；西北工业大学凝固技术国家重点实验室
本文从我国古代铸造技术的发展说起，概括了凝固理论与技术的应用背景和发展历程。宏观总结了自20世纪50年代以来现代凝固理论与技术的发展。进而分析了近年来多组元合金凝固理论及技术研究的新进展，这些进展主要体现在以下3个方面：(1)将热力学原理与扩散动力学的分析相结合，进行多元合金凝固过程的分凝行为、凝固路径和相析出规律的预测；(2)采用二元合金凝固扩展模型、界面寻踪模型和相场分析等方法，进行多元合金凝固过程生长形貌演变规律的研究；(3)铸锭与铸件宏观凝固过程的模拟研究。进而指出了凝固理论与技术研
究的4个重点发展方向，即：(1)多元多相合金非平衡凝固行为的热力学与动力学耦合理论；(2)多元多相合金凝固过程的多层次表征及跨层次耦合；(3)多元多相合金非平衡凝固过程中熔体-界面-传输的协同调控原理；(4)电磁场及高能束作用下多元多相合金的凝固行为及其控制原理。最后介绍了作者关于多组元合金凝固的4个方面的研究工作，即：铸锭与大型铸件中的宏观偏析；枝晶凝固中固相分数变化与微观偏析；三组元合金的凝固模型；II－VI族化合物半导体晶体生长过程中的分凝与偏析。
09：30---09：50am
N3
双流浇注连续铸造工艺参数对凝固液穴的影响 郑小平，张卫文，邵明；华南理工大学
双流浇注连续铸造技术（DSPCC）是一种“液-液复合”制备层状金属复合材料的新兴工艺，其特点是两股液态金属熔体通过对流传质形成具有毫米级微观尺度、成分与组织梯度过渡的冶金结合界面。本文利用双流浇注连续铸造技术制备了7075/6009铝合金梯度复合铸锭，分析了铸造温度、铸造速度、节流孔径、内导管插入结晶器深度这四个双流浇注连续铸造工艺参数对结晶器内凝固液穴的影响，并利用内层合金元素扩散来表征铸造工艺参数，研究了内层合金元素扩散与凝固液穴的关系，结果表明：在7075/6009合金的双流浇注连续铸造过程中，铸造温度、节流孔径和铸造速度显著影响着凝固液穴的深度和宽度，而内导管插入结晶器深度变化对液穴宽度与深度的影响较小。内层合金元素扩散与凝固液穴存在r*2R22Rqv(Rq)chsshHHc的关系，通过试验结果与理论计算分析反映了基本一致的变化规律。
09：50---10：10am
休息
www.xiexiebang.com+Al2O3）/Fe复合材料。研究了Al元素的加入及其加入量对钛铁矿原位合成铁基复合材料还原过程的影响。研究表明：FeTiO3–Al–C–N2体系中Al先与钛铁矿发生反应生成钛的中间产物TixOy和Al2O3，接着C、N2与TixOy反应，最终产物中主要存在三相，即TiCN相、Al2O3相和Fe的固溶相。此外，当体系中铝的含量过高时，产物中会出现AlN相。
02：30---02：50pm
N10 硅对热处理态M2高速钢中共晶碳化物的影响 王维青，潘复生，汤爱涛；重庆大学
高速钢中碳化物的类型、形貌、数量和分布等是决定高速钢的性能的重要因素，尤其是共晶碳化物，而合金元素以及热处理对碳化物有明显的影响。本文通过金相、扫描电镜、X射线衍射分析的方法研保温2.5h的热处理过程中，片层状M2C碳化物分解为MC和M6C碳化物，在后续变形中破碎为细小的碳化物颗粒，0.8%Si的M2高速钢中碳化物的尺寸稍小些。而鱼骨状M6C在热处理过程中形态上没有变化，在后续变形后仍有尺寸较大的块状碳化物，这对性能不利。
02：50---03：10pm
N11
双金属气压顶出充芯连铸工艺的研究 梁贺，臧勃林，吴春京；北京科技大学
采用自制研究设备，运用气压顶出充芯连铸法，通过确定合理的工艺参数，制备出外径为12mm，内径为8mm的铅包锡和铜包铝双金属复合棒坯。复合棒坯连续稳定，表面质量良好，包覆层厚度均匀，界面实现了冶金结合。对铜包铝双金属复合棒坯后续拉拔加工，获得了直径为0.95mm铜包铝复合导线，通过对其力学性能和导电性能进行检测，性能高于传统相同直径铜包铝复合导线。
03：10---03：30pm
休息
03：30---03：50pm
N12 铁粉温高速压制成形的研究
陈进，肖志瑜；华南理工大学机械与汽车工程学院
温高速压制（WHVC）是一种结合温压和高速压制为一体的粉末冶金成形方法，通过冲锤冲击上模冲产生的冲击波使加热的温粉末迅速成形。该方法很好地结合了温压和高速压制的优点，同时粉末中不添加润滑剂，粉末加热温度可不受润滑剂的限制。得到的压坯比传统高速压制密度要高。本文以铁粉为原料，利用自行设计制造的一套利用重力势能驱动的温高速压制成形装置研究铁粉的成形规律，采用正交实验的方法研究了落锤冲击高度、模具加热温度、装粉量对铁基冶金材料的温高速压制成形的www.xiexiebang.com
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压坯密度以及生坯强度的影响，为优化铁基冶金材料的最佳温高速压制工艺提供一定的参考依据。
03：50---04：10pm
N13
Fatigue Property of Cu-12wt%Al Alloys Fabricated by Continuous Unidirectional Solidification 黄海友，聂铭君，栾燕燕，谢建新；北京科技大学
In this paper, the tensile mechanical properties and fatigue strength of single-crystalline and continuous-columnar-grained Cu-12wt%Al alloy rods prepared by vertical continuous unidirectional solidification(OCC)technology were investigated and compared with those properties of polycrystalline Cu-12wt%Al alloy prepared by conventional casting.The results of tensile mechanical test indicated that single-crystalline and columnar-grained samples had more excellent mechanical properties comparing with the polycrystalline alloy.For single-crystalline samples, the elongation was 8.7% and the tensile strength up to 717MPa, which was twice as much as that of polycrystalline samples(332MPa).For columnar-grained samples, the tensile strength was 380MPa and the elongation reached 24.2%, which was 6.5 times as much as that of polycrystalline alloy(3.7%).The fatigue strengths of single-crystalline, columnar-grained and polycrystalline alloys were measured by using descent method, which were 413MPa, 303MPa, 256MPa, respectively.Compared with the conventional casting polycrystalline samples, the single-crystalline and continuous-columnar-grained samples had higher fatigue strength.The fatigue strength of single-crystalline samples was 1.6 times as much as that of polycrystalline samples and higher than continuous-columnar-grained samples.Compared with the aging state QBe2.0 bronze(tensile strength 1250MPa, fatigue strength 200MPa), the tensile strength of single-crystalline Cu-12wt%Al alloy was 2/3 of that of QBe2.0, but the fatigue strength was twice.04：10---04：30pm
N14
奥氏体不锈钢管坯二辊斜轧穿孔裂纹的形成及控制
张凯，宋仁伯；北京科技大学材料科学与工程学院
奥氏体不锈钢圆管坯高温塑性差，易开裂，在穿孔过程中内壁经常出现裂纹（内裂）。相关文献研究了管坯的化学成分、α相、穿孔工艺对裂纹的影响，认为虽然管坯质量对穿孔内裂产生一定的影响，但产生内裂的主导原因还在穿孔工艺上。但是由于其工艺参数的调整在实际生产中较难把握规律，造成了产品成本高，生产周期长，开发新产品困难等问题。本文用有限元软件ANSYS/LS-DYNA根据某钢厂提供的锥形二辊斜轧穿孔机的实际几何参数，建立了三维有限元模型，并以0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢为例，模拟了穿孔过程。
管坯在斜轧穿孔时，受曼乃斯曼效应影响，管坯心部容易过早出现孔腔，孔腔如果提前出现就容易在穿出的毛管内外表面产生裂纹、分层、内折等缺陷。由于孔腔形成是由于中心部分金属受到交变切应力和很大的拉伸应力作用的结果。中心破裂属于韧性-脆性断裂。根据第一强度理论，模拟中设置了最大拉应力单元失效准则判断孔腔是否提前出现。管坯旋转前进到顶头，受顶头作用，材料也会屈服破坏，产生断裂。根据第四强度理论，模拟中同时设置了Von mises等效应力失效准则。
在ANSYS/LS-DYNA中，同时设置上述两种单元失效判据，模拟了穿孔过程，得到了各阶段管坯的应力应变云图和金属的流动规律，显示了裂纹的形成与分布；并得到轧制时存在打滑现象，易对管坯外表面质量产生影响，实际生产时还会加剧轧辊的磨损，使生产效率降低，应当尽量控制打滑；实际生产中存在两轧辊磨损程度不同或更换频率不同导致两轧辊表面摩擦系数不同，模拟得到两轧辊表面摩擦系数的差异容易在管坯外表面引起裂纹；同时得到了管坯倾斜进入孔型时对管坯的影响。本文对实际生产中管坯的裂纹控制具有很好的参考价值。
04：30---04：50pm
N15
粉末冶金高钒冷作模具钢不同热处理状态析出相的研究
李小明，况春江；安泰科技股份有限公司
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2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京
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粉末冶金高钒冷作模具钢中的微细析出相对其性能有重要影响，本文采用电解的方法提取了粉末冶金高钒冷作模具钢中的析出相，并对不同热处理状态合金的析出相进行了定量分析，用X射线衍射、扫描电镜、激光粒度、X射线小角衍射、ICP等方法对析出相的种类、形态、粒度分布和成分进行了分析。研究发现合金的析出相为V6C5，淬火态试样中一次析出碳化物尺寸大多处于0.631μm-2.512μm之间。回火态合金中有大量细小的二次析出相，响的规律与强度变化的规律相反。造成银包铝丝材力学性能上述变化规律的主要原因是其力学性能受退火软化、界面扩散相变以及由于扩散导致的包覆层和芯材合金化三种机制共同作用，在较低退火温度和较短退火时间的条件下，退火软化起主要作用，而在较高退火温度和较长退火时间条件下扩散相变和合金化起主要作用。
09：00---09：30am *N17 其尺寸在10nm-96nm之间，二次析出相占总析出相质量分数29.7%。析出相中除C、V元素外，还存在Mo、Cr、Fe三种元素，相比一次析出相，二次析出相中Cr、Fe的含量较高。
单元N3：5月20日上午 主持人：曲选辉，刘雪峰 08：30---09：00am *N16 退火对银包铝丝材界面与力学性能的影响
刘新华，刘雪峰，谢建新；北京科技大学新材料技术研究院
银包铝复合丝材在航空航天、仪器仪表领域应用广泛。本文采用冷静液挤压和拉拔的方法制备了银包铝丝材，研究了退火对所制备的丝材界面与力学性能的影响。结果表明，在150℃30分钟以下退火时，界面无明显新相生成，而200℃以上退火时则有明显的新相生成；界面中新生成的相主要为Ag3Al电子化合物（μ相）。退火温度和退火时间对界面的影响规律不同：随退火温度增加，无论在哪一退火时间下，界面层厚度均增加比较显著；而同一退火温度下，尤其是在退火温度较低时，增加退火时间时，界面厚度增加并不明显，但退火温度提高时，界面层厚度随退火时间增加的趋势加快，退火温度是界面层厚度的敏感因素；经150℃、200℃和300℃退火30分钟后的厚度分别为5~7µm、7~9µm和10~12µm。银包覆层和铝芯在界面附近的成分受退火影响，温度低于200℃时，成分变化不明显，退火温度高于200℃时，成分明显随距离变化；低于300℃时扩散过程以银向铝中扩散为主，但当温度升高到300℃时，铝也开始明显向银一侧扩散。退火对银包铝丝材的力学性能有明显的影响，在150℃和200℃退火时，随着退火时间增加，丝材强度先增大后减小，而在300℃退火时，随着退火时间增加，丝材强度一直增大；退火对丝材延伸率影集成计算材料工程及其在铸件开发过程中的应用 张瑞杰，曲选辉；北京科技大学
集成计算材料工程被定义为将计算手段所得的材料信息，与产品性能分析和制造工艺模拟相结合。其中包含了产品开发所需的多种信息：材料微观组织模型、微观结构—性能模型、材料数据库、成本分析模型等等，目标是在产品真正投产之前，通过集成计算过程使材料选择、加工制造和产品设计优化成为一个整体系统。预期可以实现更有效的探寻新材料、尽可能发掘新材料的潜力、优化制造工艺系统的各个环节、减少产品研发时间和成本。本文将重点结合铝合金铸件的生产工艺，介绍集成计算材料工程在铸件开发过程中的应用。铸件生产过程中主要有熔炼、浇铸、凝固、固溶、时效等主要的工序，这些工序中发生的主要物理现象在尺度上跨度很大，因此需要在不同尺度范围内对铸件生产过程中的物理现象进行建模，比如：充型、凝固微观组织形成、次生相溶解、强化相析出等等。建立不同尺度微观组织模型对产品性能的影响模型，并且建立不同尺度模型之间的连接关系，定量研究不同工序对后续工序及最终产品性能的影响。并且根据对铸件生产全工艺过程的分析，反馈在材料选择、铸造、时效等环节中对产品性能影响的负面因素，实现对整个铸造工艺各个工序的优化。
最后，本文简要介绍目前集成计算材料工程在其他产品开发过程中的应用情况，并且讨论集成计算材料工程的广泛应用所面临机遇与挑战。
09：30---09：50am
N18
搅拌摩擦加工细晶AZ91镁合金的组织和力学性能研究
王赛香，张大童；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心
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2011中国材料研讨会 5.17-5.20 北京
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搅拌摩擦加工技术（FSP）是在搅拌摩擦焊（FSW）基础上发展起来的一种新型剧塑性变形技术，在细晶金属材料制备方面具有较大的应用潜力。本文研究了铸态AZ91镁合金经搅拌摩擦加工后的显微组织和力学性能。显微组织观察表明，合金经FSP加工后粗大的铸态树枝晶变成细小的等轴晶粒，在旋转速度400r/min、行走速度60mm/min加工条件下（Mg）晶粒尺寸约为3µm；位于晶界处的粗大相（Mg17Al12）转变为细小颗粒相。显微硬度及拉伸力学性能测试结果表明，经搅拌摩擦加工后材料的硬度、抗拉强度和断后伸长率均显著提高；在旋转速度600r/min、行走速度60mm/min时搅拌区的平均硬度、抗拉强度和断后伸长率分别为83HV、317.6MPa和21.6%（母材的分别为63.8HV、112.4Mpa和16.6%）。拉伸断口分析表明，铸态合金属脆性断裂，而搅拌摩擦加工合金由于晶粒明显细化，断裂表面存在较多的韧窝，属韧性断裂。
09：50---10：10am
休息
10：10---10：30am
N19 纳米水基板带钢轧制液摩擦特征与润滑性能研究 孙建林，王冰，武元元；北京科技大学材料科学与工程学院
全新概念的水基纳米润滑是当前板带钢冷轧生产应对节能减排的重要措施之一，为此论文以几种典型的纳米粒子为例，通过修饰与分散，制备了板带钢水基轧制液。借助SEM、XRD、四球摩擦试验机和四辊轧机，分析测试了纳米粒子的形貌特征、摩擦学性能、轧制润滑性能及轧后板带钢表面质量。实验结果表明：粒径在10-50nm的纳米Cu、纳米Fe3O4、纳米MoS2等金属纳米粒子表现出优异的摩擦学性能，由此制备的水基轧制液具有无毒环保、轧制润滑性能好、轧后表面质量优等特点。另外还初步分析了纳米润滑机理，为纳米润滑在材料加工中的应用提供理论指导。
10：30---10：50am
N20 不锈钢表面阴极微弧电沉积氧化铝涂层的制备及组织性能研究
薛文斌，金乾，杜建成；北京师范大学核科学与技术学院射线束技术与材料改性教育部重点实验室
以Al(NO3)3乙醇溶液为电解液，利用阴极微弧电沉积技术在304不锈钢表面制备了80 μm厚的氧化铝涂层。采用扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的形貌、成分和相组成，测试了涂层的抗高温氧化及电化学腐蚀性能，并探讨了阴极微弧沉积氧化铝涂层的机理。涂层由γ-Al2O3和的α-Al2O3组成。涂层中含有少量的Fe、Cr、Ni元素，表明膜/基界面附近的不锈钢基体在微弧放电作用下也参与氧化铝涂层的沉积和烧结过程。具有氧化铝涂层的不锈钢在800 ℃恒温氧化速率降低将近1倍，同时它的腐蚀电位有所提高，腐蚀电流密度降低1个数量级，其耐腐蚀性能得到提高。
10：50---11：10am
N21
高分子链的冷流和去拥挤（unjamming）转变 薛奇；南京大学化学化工学院高分子科学与工程系
高分子材料的加工通常需要在远高于其玻璃化转变温度时才可进行，这一过程将消耗大量能源、导致聚合物降解污染环境并且使材料难以再回收利用。我们发现当增大高分子链间邻近度时，单独通过施加压力就可以使高分子链在远低于比量热法测得的玻璃化转变温度时发生流动。此时相比于自由体积的理论,体系的玻璃化转变温度不但没有升高, 反而降到了测试的温度。而这一现象与近年来凝聚态物理中的一个重要课题即拥挤（Jamming）理论密切相关，通过拥挤相图我们发现，在玻璃体系中，堆积密度、施加的负载与体系的温度这三个因素共同决定了体系所处的状态。这为我们研究高分子的玻璃化转变以及高分子材料加工提供了新的思路。
11：10---11：30am
N22 脉冲强磁场下的电磁成形技术
邱立，李亮，吕以亮；华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心（筹）
电磁成形技术是利用脉冲电磁力驱动工件成形的高速率加工技术，其具有改善成形性能、减少起皱、提高成形范围等优点，是轻合金等难成形材料成形技术的研究热点。但现有电磁成形技术因驱动线圈强度不够，只能提供10T左右的磁场，加工工件的厚度一般小于2mm，这严重限制了电磁成形技术的www.xiexiebang.com
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发展。
本文借鉴脉冲磁体的设计理论及优化技术，结合电磁成形驱动线圈自身的特性，成功研制出可提供40T磁场的高强度驱动线圈，并建立了一套脉冲强磁场电磁成形设备系统。选用2a12铝合金板，利用该系统已完成：
1、2mm厚80mm*160mm方形盒拉延。实验表明，电磁板材成形以流动形式变形，拉延高度为20mm，变形后的板材最薄处为1.88mm。
2、5mm厚内孔翻边。预孔直径为30mm，用于Cu-Zr-Ni系统的分子动力学模拟，预测了Cu-Zr-Ni系统的成分三角形可以划分成三类区域，即晶态区、非晶态区以及晶态-非晶态共存区。同时采用分子静力学计算出Cu-Zr-Ni系统晶态区的非晶和固溶体能量差，从能量角度预测了最优的非晶成分区域。
02：00---02：30pm
*N24
Origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel 翻边高度为18mm，一次翻边系数为0.55。
3、8mm厚冲孔。冲孔直径为50mm，一次放电完成，断面光滑无毛刺。选用0.1mm厚铜箔，利用该系统已完成：
1、一次完成多孔冲裁。在直径为100mm的铜箔上完成直径从2mm到16mm的一系列冲孔。
2、完成微结构成形。在铜箔面上切割出一条0.19mm宽的线槽。实验证明，脉冲强磁场技术能有效提高电磁成形的加工能力，拓展了其实现工业应用的前景。
单元N4：5月20日下午 主持人：杨院生，李家好 01：30---02：00pm
*N23 热力学和原子相互作用势计算Cu-Zr-Ni系统的非晶形成范围
崔苑苑，李家好，柳百新；清华大学材料科学与工程系
Cu-Zr-Ni块体金属玻璃系统由于其良好的非晶形成能力和优异的机械性能，成为了理论和实验研究的典型系统。在Cu-Zr-Ni块体金属玻璃的研究中，存在一个基础性的问题，即非晶形成范围。由于金属玻璃制备过程中动力学因素的限制，结构复杂的金属间化合物难以形核和长大，与非晶相竞争的主要是结构简单的固溶体。因此，研究Cu-Zr-Ni系统非晶形成范围的问题，就可以转化为比较非晶和过饱和固溶体的相对稳定性，从而确定Cu-Zr-Ni系统的最大过饱和固溶度，进而确定Cu-Zr-Ni系统的非晶形成范围。本研究采用基于原子相互作用势的分子动力学模拟，模拟过程的关键是如何描述原子之间的相互作用，即构建合适的Cu-Zr-Ni系统的原子相互作用势。为此，本研究使用实际存在的金属间化合物的物理性能进行拟合，同时采用改进的TB-SMA势形式，从而保证在整个计算范围内能量及其导数都连续光滑。将构建的原子相互作用势应during directional solidification
付俊伟，杨院生；中国科学院金属研究所
Formation and evolution details of the skeletal ferrite in AISI 304 stainless steel were investigated by liquid quenching and directional solidification techniques.The origin of lathy ferrite in AISI 304 stainless steel was confirmed.Experimental results showed that a coupled microstructure, consisting of thin lathy ferrite and austenite, solidified directly from the melt without dendrite ferrite with the withdraw velocity of 150 m/s.During the formation of the coupled microstructure, solutes Cr and Ni are rejected into liquid.As solidification proceeds, retained liquid transforms into austenite and lathy ferrite becomes coarse gradually.When solidification is completed, solid-state transformation from ferrite to austenite takes place.The thinner ferrite in the coupled microstructure is consumed by the solid state transformation.The microstructure at room temperature is composed of thin ferrite and austenite.The ferrite is parallel arrangement in the austenite matrix.Formation of the two-phase coupled microstructure is analyzed.02：30---02：50pm
N25
基于FVM的分流模非稳态挤压过程数值模拟研究 程磊，谢水生，黄国杰；北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室
由于空心铝型材分流模挤压过程中金属流动及变形的复杂性，采用基于拉格朗日网格描述的有限元法进行数值模拟时，研究对象仅局限于形状简单、截面尺寸和挤压比小的空心型材，对于大断面复杂截面铝型材分流模挤压过程的数值模拟尚未见报
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道。针对上述问题，采用基于欧拉网格描述的有限体积法，实现对大型材分流模非稳态挤压过程的数值模拟，不仅可以完整的模拟分流模挤压焊合过程，而且具有计算时间短、模拟精度高的优点，是进行大型复杂截面铝型材挤压焊合过程研究的一种十分有效方法。
02：50---03：10pm
N26 喷射轧制工艺参数对铝带材固相分数和孔隙率影响规律的模拟研究
刘允中，李凤仙，谢金乐；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心
喷射轧制是一种金属半固态近净成形新技术，将熔体雾化、喷射沉积、双辊热轧有机结合，可在一步工序内从液态金属直接制备高性能金属板带材，对喷射轧制过程中铝合金材料的固相分数和孔隙率进行模拟研究有助于揭示致密化机理和指导工艺优化。初步建立了喷射轧制过程中熔滴雾化和沉积阶段的凝固和动力学模型，对喷射轧制中沉积阶段孔隙的形成规律进行了分析，结果表明可通过减小沉积时的孔隙率和在轧制阶段提供必要的厚度减薄率以获得致密材料。研究了喷射轧制主要工艺参数（如：熔滴飞行距离、气体初始速度、过热度和熔体质量流率）对7050铝合金带材沉积与成形过程中平均固相分数、孔隙率和厚度减薄率的影响规律，对致密化过程进行了理论分析。在此基础上对喷射轧制的主要工艺参数进行了优化，可使沉积材料有最低的孔隙率，且能稳定连续制备致密带材。
03：10---03：30pm
N27 轧辊喷淬热处理过程温度的测量与计算机控制 李莎，刘增辉，赵永龙；北京科技大学
针对喷淬过程中水雾、水膜、氧化铁皮及其他干扰对辊身表面温度测量的影响，本文采用红外测温仪配用自行设计的空气吹扫装置实现了喷淬过程辊面温度的测量，并选用峰值保持+复合滤波的数字滤波方法对所测温度进行抗干扰处理。以红外测温仪实测辊面温度为控制参数，根据实际温度与目标温度的差值情况，通过调节喷淬机的冷速，实现喷淬过程中按照轧辊的目标温度曲线进行控制，提高了轧辊的喷淬质量。
03：30---03：50pm
N28 稀土纳米材料的应用进展
张文毓，侯世忠；洛阳船舶材料研究所
本文概述了稀土纳米材料的研究现状，重点介绍了稀土纳米材料在发光材料、永磁材料、陶瓷、催化剂、贮氢材料、环保材料等领域的应用,对其发展前景进行了展望。希望对稀土纳米材料有所了解。
稀土纳米材料的研究与应用将有助于发现新性质，开拓新材料，已成为当前的研究热点。稀土元素特殊的电子构型使其具有特殊的光、电、磁性质。而被誉为新材料的宝库。纳米技术与稀土相结合形成的新型材料包括稀土纳米陶瓷、催化剂、永磁材料、发光材料、防晒材料、生物医药材料等。这些新型材料在信息、生命科学等领域必将发挥重要的作用。因此开展稀土纳米材料的研究、应用与开发将是一次新的机遇，对于我们稀土大国具有重要的意义。
稀土纳米材料研究现状包括：稀土纳米粉体、稀土化合物纳米薄膜、稀土纳米结构的陶瓷、稀土纳米复合与组装、稀土纳米磁性材料、稀土纳米催化剂、稀土纳米发光材料、稀土纳米光学材料。目前开发研究和应用的领域包括:.稀土发光材料、.纳米超导材料、.稀土纳米磁性材料、.稀土高性能陶瓷、.稀土纳米催化剂、稀土紫外线吸收剂、稀土精密抛光、稀土纳米贮氢材料、稀土纳米环保材料、稀土纳米薄膜材料、稀土纳米合金等。
近年来，随着纳米技术的问世，纳米技术与稀土相结合形成的新材料使稀土的应用增加了不少新的内涵，发挥出其更大的潜能。在新的前沿技术方面,又发现了稀土不少新的应用。稀土纳米材料在 21世纪必将发挥越来越重要的作用。更重要的是发挥稀土纳米材料的优异特性，开发其新的应用。
墙展 NP1
Mn对Mg-6Al合金挤压棒材组织与性能的影响 张志强，乐启炽，崔建忠；东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室
本文对不同Mn含量的Mg-6Al进行反向挤压，考察Mn对Mg-6Al镁合金挤压棒材组织与性能的影响。研究结果表明，在试验范围内随着Mn含量的增加Mg-6Al-xMn合金挤压棒材晶粒逐渐变小，硬
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度有增大的趋势；挤压棒材的抗拉强度、屈服强度和延伸率均随着Mn含量的增加现增加后降低。Mn含量为0.5%的挤压棒材抗拉强度和屈服强度最高，责任公司
航空发动机涡轮导向空心叶片是航空发动机重要零件，其无余量叶片精密铸造技术含量高，目前生分别为293 MPa、173 MPa； Mn含量为0.7%的挤压棒材延伸率最大，达20%。
NP2
钎焊工艺对铝合金真空钎焊焊缝组织的影响
高飞，陈召松，赵飞；贵州永红航空机械有限责任公司
铝合金真空钎焊时钎焊工艺对焊缝组织性能有重要影响，其中焊缝中大量存在的Si偏聚组织是影响焊缝强度不高的主要原因。本文采用15min-90min六种不同钎焊保温时间和595℃-620℃六种不同保温温度对铝合金散热器进行真空钎焊试验，通过光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱仪、硬度试验等研究确定保温时间和保温温度对焊缝组织的影响关系。结果表明，随着钎焊保温时间的延长和适量的提高保温温度，焊缝间的元素扩散越来越充分，Si偏聚形状由原来的树枝状向点状转变，当钎焊工艺为615℃保温75min时，焊缝组织中只有少量点状Si偏聚组织，绝大部分为固溶体，钎料对母材有少量溶蚀，结合更为牢固，工艺较佳。
NP3
减少承压铸件的铸造缺陷，提高铸件检漏合格率 白素春；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司
我们所生产的铝合金筒体铸件技术条件要求铸件表面不能有夹渣、针孔、缩孔、缩松等缺陷，并且需要承受 FS6 气密性检验，水压试验 1.22 Mpa，筒体铸件结构复杂，尺寸大，壁厚不均，铸造热节偏多，容易产生铸造缺陷。在实际生产过程中，筒体铸件铸造缺陷多，打压合格率 50% 左右，通过对大型铝合金铸件铸造特点的分析，根据生产实践经验，利用树脂砂造型，采用底注式浇注系统，总结出一套有效的提高大型铝合金铸件承压件检漏合格率的有效方法。
NP4
一种涡轮导向叶片无余量精铸工艺研究
韩宏；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限产工艺尚不成熟不能满足批产需求。本文总结了对该类叶片精铸的工艺研究，包括了对该类叶片生产工艺的陶瓷型芯制造工艺、浇注系统设计、制壳工艺、浇注工艺、振动光饰工艺等方面进行的试验工作。通过研究，摸索出了一套适合航空发动机涡轮导向空心叶片的无余量精铸工艺路线，获得了合理的工艺参数，成功研制出首批合格叶片并参加了试车考核，为该类叶片实现批产应用奠定了技术基础。
NP5
异型截面铝材穿孔针挤压成形规律的数字化研究 李峰，徐永超，初冠南；哈尔滨理工大学材料科学与工程学院
为了揭示异型截面铝型材穿孔针挤压成形规律，以导弹尾翼构件为例，本文采用非线性有限元对其过程进行了三维热力耦合模拟，系统地分析了工艺条件对温升变化、附加拉应力及成形载荷的影响规律，研究结果表明：在低速挤压范围内，坯料上最高温度峰值均呈减小趋势变化，且随着挤速的增加，最高温度峰值的降幅随之减小，而模口处轴向附加拉应力的数值则相应地增大；成形过程中模口处的轴心部位为高温区，随着轴心距的增加，温度值呈梯度减小的趋势变化；且随着压下量的增加，温度减小的梯度趋势逐渐变缓，藉此为异型截面材穿孔针挤压成形的工艺设计及变形流动控制提供理论依据。
NP6
Mechanism of Stainless Steel Machinability Improvement by Adding Copper
张孟仪，Zhimin Zhong；国核电站运行服务技术有限公司
本文主要研究在4Cr13钢中添加铜和硫以改善其切削性能。在4Cr13钢中添加铜所起到的效果和添加硫相似。应用扫描电镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）对4Cr13Cu中易切削相的分布和尺寸进行观察研究，研究结果发现易切削相的组成为铜-石墨复合相，该相弥散分布在钢的基体中，大小约
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为10nm。经切削试验发现，铜-石墨复合相起到润滑颗粒的作用，润滑了切削刀具，减少了刀具磨损量，从而提高了不锈钢的切削性能。
NP7
钌金属溅射靶材烧结工艺研究
罗俊锋，丁照崇，王欣平；北京有色金属研究总院 下，烧结体密度随烧结温度的增高而递增。在1350℃保温2小时真空烧结条件下，凝胶注模成形出的不锈钢力学性能优良，晶粒尺寸适中，烧结体的相对密度达98.7％，抗拉强度可达1058.9MPa，并可成形出形状复杂的较大尺寸的不锈钢坯体。
NP10
采用热压、放电等离子烧结及直接热压等烧结工艺制备了钌金属靶材，通过微观结构与氧含量分析对比了三种工艺方法对钌金属靶材制备的影响。结果表明，随着制备温度的升高钌靶晶粒尺寸增大，氧含量降低；通过工艺优化，三种方法均能得到密度达到99%以上的钌靶；放电等离子烧结与直接热压工艺都具有快速成型的特点；放电等离子烧结制备的钌靶组织均匀性最好。
NP8
低碳钢变形奥氏体相变后铁素体晶粒尺寸的数值计算
贠冰，孙建林，高雅；北京科技大学材料科学与工程学院
摘要：根据热力学理论和形核生长理论，对低碳钢在奥氏体非再结晶区变形后，连续冷却过程中的组织演变进行了数值分析。铁素体相变动力学模型是根据“形核长大”和“位置饱和”机制，采用Cahn的相变动力学理论和Scheil叠加原理建立的；同时计算了铁素体的晶粒尺寸。模型的预测结果与实验数据基本相符。
NP9
17-4PH不锈钢粉凝胶注模成形工艺的研究
刘小婷，邵慧萍，郭志猛；北京科技大学新材料技术研究院
本文对17-4PH不锈钢粉末进行了凝胶注模成形的研究，比较研究了水基和非水基凝胶体系的工艺参数对其性能的影响。结果表明：非水基凝胶体系的浆料具有较好的流变学性能，且烧结制品具有更高的致密度和力学性能。在非水基凝胶体系中，单体的浓度直接影响其成形坯体强度，在最佳工艺条件下，其生坯的抗弯强度可达38MPa；烧结体密度随着单体浓度的增大呈先增后减的趋势；在一定温度
板料V形弯曲中凸模深度对弯曲影响规律的研究 董文正，林启权，李彦涛；湘潭大学机械工程学院
板料V形件弯曲变形过程一般分为正向自由弯曲，正、反向弯曲和校正弯曲三个阶段，由于在弯曲成形过程中工件的内外层从拉应力过渡到压应力有弹性变形存在，工件在卸载后内、外层纤维因弹性恢复而分别伸长和缩短，结果使得工件弯曲的曲率和角度发生显著变化，产生弹性回跳或弹性回复现象，从而降低了影响工件的成形精度。本文首次提出了弯曲凸模深度（即弯曲凸模斜壁直边的长度）这个概念，推倒弯曲凸模深度与模具结构参数之间的计算公式及基于凸模深度的回弹公式。并利用有限元软件Deform对弯曲成形过程进行了数值模拟，分析了凸模深度对成形过程的影响规律，发现弯曲结束阶段板料出现明显的“分流面”，并通过理论分析计算出分流面的精确位置，对实际生产过程具有重要的指导意义。
NP11
激光直接沉积TB6钛合金的成形性研究
于承雪，李怀学，景财年；北京航空制造工程研究所
通过激光熔化同轴输送的TB6钛合金粉末，分析了激光直接沉积TB6钛合金的成形缺陷、显微组织和力学性能。结果表明：气孔和未熔合是激光直接沉积TB6钛合金典型的两种缺陷，气孔形貌呈圆球形，随机分布于成形件内部；未熔合缺陷呈现不规则形状，主要分布在沉积层的层间和道间。激光直接沉积TB6钛合金的显微组织主要以等轴晶为主，其沉积态的拉伸断口为沿晶/穿晶混合断裂方式。激光直接沉积TB6钛合金沉积态的拉伸强度与其锻件相当，其沿沉积、扫描、搭接等三个方向的拉伸强度相差不大，约为各向同性。热等静压导致激光直接沉积TB6
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钛合金的拉伸强度降低约200MPa，而塑性提高2倍。该结果对调控激光直接沉积钛合金的组织与性能具有重要意义。
NP12
放电等离子烧结制备高性能WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金材料
赖燕根，李小强，陈健；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心
采用高能球磨方法制备了WC/(Fe-Cu-Ni-Mo-C)合金粉末，通过放电等离子烧结技术将其快速固结成形，研究了该合金粉末的烧结行为，并对不同WC含量的烧结样品进行了密度、硬度及横向断裂强度的测试，同时分析了试样的显微组织和断口形貌。结果表明：试样的密度接近全致密，硬度及横向断裂强度随WC含量的增加呈先增后减的变化趋势，当WC质量百分比含量为10%，烧结温度为850 ℃及烧结压力为50 MPa时，所得试样的密度达到8.09 g/cm3，硬度值为HRC 57及横向断裂强度为2780 MPa；该烧结材料的显微组织以珠光体为主，另外还包含块状铁素体、奥氏体及弥散分布的WC硬质颗粒相，断口形貌呈现出典型的韧窝特征。NP13
喷射轧制过程中沉积物形貌的数值模拟
李凤仙，刘允中，罗霞；华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心
对喷射轧制过程中轧辊表面的沉积层厚度和形貌进行深入研究，可使喷射轧制具有最大的沉积效率，且能稳定连续生产致密带材。在喷射轧制中雾化后的熔滴沉积到轧辊表面形成沉积层，沉积层增长到一定厚度达到稳态后，其形貌将保持不变。采用坐标追踪方法，建立了雾化后熔滴沉积到轧辊表面的质量流率分布、厚度和形貌模型，可较好地预测不同工艺参数下沉积层的几何尺寸和形貌，并对咬入角进行了定性的分析。研究了工艺参数（如轧辊半径、轧辊转速、参考位置处最大质量流率、轧辊间距、喷射距离等）对沉积物几何特征的影响，结果表明：最大质量流率、轧辊半径、轧辊转速对沉积物厚度和形貌有显著影响，在此基础上采用正交实验法对主要工艺参数进行了优化。
NP14
1350铝合金与纯铜异种材料的搅拌摩擦焊接头组织与性能的分析
李夏威，张大童；华南理工大学
采用搅拌摩擦焊对3mm厚的1350铝合金和纯铜板材进行了对接，并对接头的组织和性能进行了分析.试验结果表明在搅拌头旋转速度为1200rpm，焊接速度为80mm/min且铝合金位于后退侧，纯铜位于前进侧时能得到内部组织致密、无缺陷的接头.在铝合金和纯铜侧均发现了热影响区、机械热影响区和搅拌区，热影响区的晶粒略有长大，机械热影响区的晶粒发生了较大的弯曲和变形，搅拌区的组织为明显的动态再结晶的组织.接头处没有金属间化合物生成，结合界面处铝、铜元素仅发生少量的扩散.搅拌区的垂直于焊接方向的横截面上的显微硬度基本介于铝合金和纯铜之间.接头抗拉强度为73Mpa，断后伸长率为1.7%，拉伸试样断裂区位于搅拌区铝-铜结合面，断口扫描照片显示铝合金侧有少量的韧窝及撕裂棱存在，其余断裂表面形貌较为平坦，为脆性断裂.NP15
ZrO2/Al90Mn9Ce1 核壳结构复合材料的SPS制备及其性能研究
张迪，王明罡，赵占奎；长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室
用放电等离子(Spark Plasma Sintering)法烧结表面包覆 10wt%ZrO2 纳米粉末的微米 Al90Mn9Ce1 合金复合粉末, 得到高致密的陶瓷结构, 内充金属合金的块体复合材料, 烧结温度仅为 520℃.该材料由蜂窝状封闭 ZrO2 陶瓷壳壁和 Al90Mn9Ce1 合金核体组成, 核壳单元尺寸约为 10~40 µm, 壳壁厚 2~3 µm.烧结后材料的抗压强度达到 525 MPa, 显微硬度达到 316 Hv.这种ZrO2/Al90Mn9Ce1 复合材料的成功制备, 为新型陶瓷/金属复合材料的设计提供了新思路.NP16
AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/AZ50的工艺研究
芦笙，翁志平，陈静；江苏科技大学
本文利用大气等离子喷涂技术（APS）在AZ91D镁合金表面成功地制备了NiCoCrAlY/(Al2O3+50wt%ZrO2，简称AZ50）复合www.xiexiebang.com
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陶瓷涂层。采用正交试验设计，以结合强度为指标，优化了AZ50复合陶瓷涂层的工艺参数并通过OM、SEM、XRD等分析方法对涂层的微观组织结构进行了研究。研究表明：喷涂功率、送粉量、喷涂距离、主气流量和喷涂次数对喷涂的性能有重大的影响；AZ50复合涂层由α-Al2O3，γ-Al2O3，t’-ZrO2，1.5倍。
NP19
高球形度超低氧含量铝青铜粉末研制 于军，章徳铭，杨永琪，任先京； 北京矿冶研究总院 t-ZrO2和c-ZrO2组成，呈典型的层片状结构并含有少量的气孔和微裂纹，涂层和基体的结合处是涂层最薄弱的环节。
NP17 AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/陶瓷涂层的工艺和性能
芦笙，陈燕，陈静；江苏科技大学材料科学与工程学院
本文利用正交试验对AZ91D镁合金等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层的工艺参数进行优化，研究喷涂次数对涂层结合性能的影响规律，确定优化的工艺参数及最佳喷涂次数。借助OM、SEM、EDX等手段，对涂层显微组织进行观察分析，并对涂层的硬度进行了测量。结果表明，工艺参数对涂层结合强度有重要影响，其主次关系的顺序为：电源功率>送粉量>喷涂距离>主气流量。随着喷涂次数的增加，即涂层厚度的增加，结合强度减小。断裂均发生在过渡涂层处，且各元素含量在界面处均发生突变，没有明显的扩散现象。镁合金表面喷涂陶瓷层后硬度明显提高。
NP18 P对铁素体区热轧Ti-IF钢组织和性能的影响研究 景财年，刘敬广，王作成；山东建筑大学
对两种不同磷含量的普通Ti-IF钢和高强Ti+P-IF钢，在800℃铁素体区经4道次热轧、模拟罩式退火后，测量了退火钢板的力学性能、显微组织和二相粒子。结果显示普通IF钢的延伸率和r值大于高强IF钢，在高强Ti+P-IF钢中有FeTiP二相粒子的析出，两种钢板的显微组织都是再结晶铁素体，但钢板中心部组织比边部组织要粗大，两种钢板在铁素体区轧制都获得了很好的深冲性能，r值都大于1，Ti-IF钢深冲性能更好，其原因是添加P后形成FeTiP粒子不利于深冲织构的形成，Ti-IF钢{111}<112>和{554}<225>织构是Ti+P-IF钢的新型发动机要求铝青铜软支撑耐磨涂层具有较低的氧化物杂质含量以及较高的结合强度，因此，对高性能铝青铜粉末的研究迫在眉睫。本文采用自主开发的真空雾化设备，通过加入添加剂的方式引入合金元素、铝脱氧熔炼、大角度和低压力的惰气雾化工艺实现了细粒径、球形铝青铜合金粉末的高产率制备。所研制的粉末具有球形度高、低氧含量和低成本等特点。采用XRD、SEM等测试手段对该粉末及其组成的铜铝/镍石墨涂层进行了国内外材料及其涂层的理化性能的对比分析，结果表明国产铝青铜合金粉末具有与Metco 51NS相同的物理性能、化学性能及工艺性能，涂层达到了相应技术指标要求，满足了新型航空发动机用铜铝/镍石墨封严涂层材料研制对原材料的需求。
NP20
双扫描喷射成形工模具钢工艺及性能研究
张勇，张国庆，李周，袁华，许文勇，刘娜，高正江，王孝平；
北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室
本文主要研究了双扫描喷射成形的工艺及制备的工模具钢SFT15的力学性能和微观组织。结果表明，双扫描喷射成形工模具钢SFT15沉积坯平均体密度为8.2g/cm3，达到理论密度的99％。采用喷射成形制备的SFT15高速钢晶粒细小，无宏观偏析，组织致密。经过热变形加工可大幅提高喷射成形工模具钢的力学性能。采用SEM、TEM研究了SFT15的微观组织，绝大部分为小于20μm的等轴晶，晶界和晶内分布一些M6C型碳化物，热处理后SFT15工模具钢组织主要为回火马氏体和碳化物。
NP21
Tungsten doped ZrB2 powder synthesized synergistically by co-precipitation and solid-state reaction methods
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Yanshan Jiang, Ruixing Li, Yun Zhang, Bin Zhao, Junping Li, Zhihai Feng；
Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance(Ministry of Education), School of Materials Science and Engineering, Beihang University
Firstly, an amorphous precursor of hydrous nano-ZrO2-WO3 powder was precipitated by a co-precipitation method in alcohol-water mixed solvent using ammonia as a precipitator.Then, tungsten doped ZrB2 powder was successfully synthesized via a solid-state reaction by borothermal and carbothermal reduction using as-synthesized amorphous nano-ZrO2-WO3.The mass and heat flow of the samples were monitored by thermal analysis.The crystallographic structure was identified by X-ray diffractometry.The specific surface area of the powder was determined using a NOVA-2200e analyzer.The size and morphology of the particles were characterized by SEM and TEM microscopies.The combined effects of uniformly distributed tungsten and the complex physicochemical changes effectively improved the solid state reaction.NP22 水热合成氧化钇弥散铁基复合材料的制备 刘青，郭志猛，罗骥； 北京科技大学
结合共沉淀法与水热合成法，以氯化铝、氯化钇和氨水所得的氢氧化物沉淀为前驱物，在水热温度100-200°、保温3-7h的条件下可以制备出弥散相在纳米级的弥散强化铁基材料。研究了反应条件，如加入分散剂的种类及含量、水热温度、水热时间等对水热合成的影响，从而得到了最佳的工艺参数。用SEM分析了弥散相的大小及分布确定了最佳的分散剂的种类及含量，通过力学性能的比较，进一步确定了最佳的水热温度及时间。
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第二篇：先进材料制备技术
铝基复合材料的制备及其应用
材料是人类赖以生存的必需品，是社会发展的基础，是现代文明的重要支柱。而先进材料对人类生活质量的提高，对社会的发展，对其他技术的发展都起着重要的促进作用。
先进材料是新材料和具有高性能的传统材料的总称，既包括具有优良性能的新材料，又包括具有高性能的传统材料。
汽车工业是一个国家的支柱产业，汽车工业是大型的、综合性的加工产业，它可以带动和促进系列相关工业和相关社会服务行业的发展。相关的工业有冶金、石油化工、机械、电子电器、轻工、纺织等。相关的服务行业有交通运输、保险、维修、商业等。这些工业和服务行业所涉及的经济效益和社会效益十分巨大。在材料方面，汽车工业需用11大类材料，分别为钢板、特种钢、结构用塑料和复合材料、非结构用塑料和复合材料、橡胶、涂料、有色金属合金（主要为铝合金材料）、铸件、陶瓷和玻璃、金属基复合材料。汽车工业对材料的需求很大，仅美国每年需用6000万吨以上。随着现代汽车向轻量化、节能、环保、安全舒适方向发展，需用传统材料提高性能，同时需要具有高性能的新型材料代替部分传统材料。例如，采用IF钢板和抗拉强度超过400MPa的超级钢做汽车钢板，可以减薄，减轻汽车车体质量；采用新型的铝基复合材料代替铸铁件，用深冲铝合金板代替钢板，都显著减轻汽车质量。自20世纪60年代以后，塑料件在汽车中的应用逐渐增多，以工程塑料和复合材料为主，目前，在单台轿车上的塑料件用量已接近120Kg。由于先进材料的发展，汽车上使用的原材料结构组成比逐年发生变化。
先进复合材料的兴起，克服了均一材质材料的不具有多种性能的弱点，在汽车上应用，既有利于减轻汽车自身质量，又有利于提高性能。
一． 铝基复合材料制备技术
先进铝合金材料包括高强高韧性铝合金材料、半固态铸造成型铝合金材料和耐腐蚀铝合金材料等。
当前铝基复合材料的研究几种在两个方面：1.采用连续纤维增强的具有优异性能的复合材料，其应用范围几种在很特殊的领域，如航空航天领域；2.采用不连续增强体增强的具有优良性能的复合材料，其应用范围相当广泛。
相对来说，后者具有制备工艺简单、增强体成本低廉等优点，实现工业化大批量生产的潜力更大，因此成为当前铝基复合材料的研究重点。
1.纤维增强铝基复合材料的制造方法
为获得无纤维损伤、无空隙、高性能的致密复合材料，必须考虑增强纤维与铝及铝合金间的润湿性好坏和反应性大小、增强纤维的分布状态和高温下的损伤老化程度及界面稳定性等。纤维增强铝基复合材料的制造方法主要有熔融浸润法、加压铸造法扩散粘接法和粉末冶金法等。1.1 熔融浸润法
熔融浸润法是用液态铝及铝合金浸润纤维束，或将纤维束通过液态铝及铝合金熔池，使每根纤维被熔融金属润湿后除去多余的金属面得到复合丝，再经挤压而制得复合材料。其缺点是当纤维很容易被浸润时，熔融铝及铝合金可能会对纤维性能造成损伤利用增强纤维表面涂层处理技术，可有效地改善纤维与金属间的浸润性和控制界面反应。目前熔融浸(Al—Mg)等纤维增强铝基复合材料的制造。1.2 加压铸造法
加压铸造法是使熔融铝及铝合金强制压入内置纤维预制件的固定模腔，压力一直施加到凝固结束。加压铸造法因高压改善了金属熔体的浸润性，所制得复合材料的增强纤维与铝及铝合金间的反应最小，没有孔隙和缩孔等常规铸造缺陷。铸造压力和增强纤维含量对铝基复合材料的性能有较大影响。加压铸造法成功地用于制造B／AI，SiC／A1，A1 Od(Al—Li)，A1 OJ(A1一Mg)等铝基复合材料。1.3 扩散粘接法
扩散粘接法主要是指铝箔与经表面处理后浸润铝液的纤维丝或复合丝或单层板按规定的次序叠层，在真空或惰性气体条件下经高温加压扩散粘接成型以得到铝基复合材料的制造方法。此外，扩散粘接法还包括常压烧结法、热压法、高温挤拉法。目前采用扩散粘接法制造的纤维增强铝基复合材料有C／A1，B／A1，SiC／A1等。
1.4 粉末冶金法
粉末冶金法是传统的粉末冶金工艺在新的工程材料制备上的发展。随着制粉工艺的发展和分散工艺方法的完善，人们已经利用粉末冶金法成功制备了大量性能优异的铝基复合材料。它们不仅具有高比强、高比模、低膨胀、高抗磨的特点，而且可以随意调整工艺路线。这种方法制备的铝基复合材料中增强相分布均匀，界面反应易于控制，在性能和稳定性上大大优于其它工艺方法制备的材料。
2、颗粒增强铝基复合材料的制备方法： 2.1 液态金属浸渗 1)挤压铸造
’ 挤压铸造是目前制造金属基复合材料较成熟的一种方法。首次在工业上应用的铝基复合材料制件即13 本丰田公司制造的铝基A 1，O，晶须增强汽车活塞就是用挤压铸造方法获得的。挤压铸造是在液体压力作用下将液态金属渗入增强相预制块中。在制造过程中，为了防止熔体过早冷却，需要对压模和预制块进行预热处理，预热温度一般低于基体合金的液相线温度。2)气压铸造
用气体压力取代挤压铸造的液体压力。就形成了气压浸渗制造复合材料工艺。气压浸渗工艺一般都施加真空作用，所需要的浸渗压力较低，大都在十几M P a 以下。目前，已经出现了多种气压浸渗工艺技术。3)无压浸渗
无压浸渗工艺是1 9 8 9 年L a n x i d e 公司：提出的专利技术，也称为L a n x i d e 5 2 艺。在该工艺中，基体合金放在可控制气氛的加热炉中加热到基体合金液相线以上温度，在不加压力的情况下合金熔体自发浸渗到 颗粒层或预制块中。利用该方法可制造出近终形态的复合材料制品。因为没有压力作用，浸渗模具材料选择很容易，如可选用；透气性好的耐火材料和烧结陶瓷材料。影响该工艺的主要因素为： 浸渗温度、颗粒大小和环境气体种类。无压浸渗工艺本质是实现自润湿作用。目前该工艺只能在一定条件下才能实现，合金含镁和氮气环境是两个前提条件，因此无压浸渗工艺具有局限性。2.2 弥散混合工艺
弥散混合工艺是用机械力作用使颗粒和熔体混合，然后浇注成铸锭或复合材料制件。该工艺研究开始于6 0 年代。由于大多数类型的颗粒和铝合金熔体之间具有不润湿特点，因此为了使得颗粒和熔体之间完全结合，必须施加外力作用以克服热力学表面障碍和黏滞阻力。该工艺主要包括： 搅拌铸造、流变铸造、螺旋挤压、喷射分散、团块分散等方法。2.3 原位复合工艺
原位复合工艺是由加入到基体金属熔体中的粉末或其它材料与基体反应生成一定的增强相而制得复合材料的一种工艺。主要包括自蔓延合成工艺、X D 52 艺和气液反应工艺。这些工艺的主要优点为： 陶瓷颗粒表面无污染，与基体界面相容性好，颗粒细小，因而材料增强效果好，是研究和开发复合材料很有效的方法” M a r i e t t a 公司开发的专利复合材料制造X D T M 技术。该技术是向有溶解能力的金属(如A 1)中加入某几种物质使其发生化合反应放热生成需要的增强体。以T i B，颗粒在A l 基体中的形成为例，T i、B 和A l 以元素粉末的形成或以A l — T i、A l — B 合金的形式混合并加热至足够高的温度形成熔融的A l 介质，T i 或B 在其中扩散析出T i B。典型的做法是先制备含高体积分数(5 0 v 0 1％ 以上)的母合金，再加入到金属基体中制得含所需体积分数的复合材料。该技术可产生的陶瓷颗粒包括硼化物、碳化 物、氮化物和硅化物等。2.4 粉末冶金
粉末冶金是制备高熔点难成型金属材料的传统工艺。它是将快速凝固金属粉末和增强陶瓷颗粒等经筛分、混合、冷压固结、除气、热压烧结，以及压力加工制得复合材料的一种工艺。研究结果表明，用粉末冶金工艺生产的颗粒增强金属基复合材料的综合强度水平比用熔融金属工艺生产的同种材料高，伸长率也较高，材料微观组织结构有所改善。但是这种工艺及设备复杂，金属粉末与陶瓷颗粒混合时会因颗粒分布不均，除气不完全而导致材料内部出现气孔，温度选择不当易造成汗析。另外，制得的复合材料坯件一般还需要二次成型。这种设备不适用于生产较大型件，所以对铝基复合材料的工业规模生产有所限制。2.5 喷射沉积工艺
喷射沉积工艺是由英国S i n g e r 教授首创并干1 9 7 0 年正式公布。这一工艺早期应用于一些金属半成品的生产和制备，后来加利福尼亚大学L a v e r n i a E J 等人开始利用这一技术制备颗粒增强金属基复合材料。
哈尔滨工业大学武高辉等人对石墨纤维增强铝基复合材料在空间遥感器镜筒结构中的应用进行了研究。为了设计和制造出性能更加优越的空间遥感器，对一种新型航天材料石墨纤维增强铝基复合材料进行了研究。突破了石墨纤维与铝合金的界面反应控制、纤维铺层和缠绕设计等关键技术，成功制备了石墨纤维增强铝基复合材料，材料的密度为2．12×10 kg／m。，弹性模量为129 GPa，线膨胀系数为5．0×10 K。针对这种复合材料，摸索出一套完整的加工和后处理工艺，并首次把这种复合材料应用在空间红外遥感器镜简结构设计中，设计的镜筒较之钛合金镜筒减重31．8。最后，完成了镜筒组件的加工装配、透镜的装校和随机振动试验。实验结果表明，镜筒组件的一阶谐振频率为284 Hz，高于100 Hz的设计要求，振动试验后光机系统没有发生变化。上述工作表明，石墨纤维增强铝基复合材料在航天遥感领域具有较高的应用价值。
2．1 材料的特点分析
对于小型空间红外遥感器来说，结构部分不仅要满足高刚度、高强度和尺寸稳定性的要求，而且应该尽量减轻质量。本文研究的空间红外遥感器镜筒材料采用了石墨纤维增强铝基复合材料（以下简称铝基复合材料)，这种材料属于长纤维增强(连续强化)金属基复合材料，由哈尔滨工业大学金属基复合材料研究所自 主研制。
与金属材料相比，铝基复合材料具有如下优点：耐高温、高比强、高比模、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、对缺口不敏感且抗磨损。与聚合物基复合材料相比铝基复合材料具有如下优点：耐高低温、防燃、尺寸稳定、抗氧化、抗辐照、抗电磁脉冲、无气化和导热、导电、剪切强度高、热膨胀系数低、可直接加工螺纹和圆孔。
表1比较了常用航天材料的主要性能参数，从中可以看出，铝基复合材料(Gr／A1)的密度比铝小，但是弹性模量比钛大。铝基复合材料的比刚度很大，仅次于铍，但它的生产过程不会像铍一样产生剧毒和污染。它的线膨胀系数为5．0×10 K，在±5O。C多次循环下，结构尺寸稳定，可以很好地满足光学系统对温度和结构尺寸稳定性的要求。
比刚度和比强度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好是铝基复合材料的突出特点，这些特点决定了它是一种制造空问相机镜筒的理想材料。
2．3 材料的加工和处理工艺
铝基复合材料是一种设计性很强的材料，可以按照设计者的要求进行石墨纤维的铺层、缠绕、毛坯件的精密成型，这样既可以提高材料性能，又可以节约昂贵的石墨纤维，降低成本。设计人员也可以根据材料纤维铺层和缠绕的特性，在结构上设计合理的过渡与连接，充分利用材料特点，使零部件获得更好的力学性能和尺寸稳定性。这种材料还可以直接加工圆孔和螺纹，不需要安装预埋件，较之树脂基复合材料使用起来更加方便。
图2列举了一种典型石墨纤维增强铝基复合材料零件的加工工艺流程。需要特别注意的是在铝基复合材料的切削加工过程中，一般应使用金刚石刀具，而且不能使用冷却液。由于石墨纤维的存在，普通刀具很容易磨损，切削力的稳定性很差，易引起机床的振动，切削速度也不宜过高。图3展示的是铝基复合材料的毛坯料，图4展示的是精加工后的铝基复合材料，从图中可以看出铝基复合材料的表面 加工质量完全可以达到钛合金的水平。这种铝基复合材料发黑过程实际就是在材料表面镀覆双层金属(Ni P合金和Zn)，再进行黑色钝化处理，这样就可以获得耐蚀性能及光学性质良好的膜层，膜层总厚度约为30／xm。最后通过超声无损检 测来检验零件内部是否存在缺陷。
．4 应用实例
应用铝基复合材料进行了空间红外遥感器镜筒结构的设计。已经公开的相关文献表明，本文所研究的铝基复合材料是首次应用于空间光学镜筒结构设计。镜筒是保证红外遥感器成像质量的重要部件。镜筒的结构形式、镜筒材料的选择、镜筒的结构设计不仅要满足光学系统的要求，而且要满足力学性能和真空高低温环境的要求，同时尽可能降低质量。特别是对光学透镜组件来说，其加工与装配都有严格的公差要求，也只有保证各个镜片及其相对位置在空间使用过程中仍然保持地面上的装校精度，才能获得高清晰度和满意的遥感图像。镜筒主要零件使用了上述体积百分比为50 的M40／A1复合材料。材料的具体参数为：密度2．12 x 10。kg／m。，弹性模量l29 GPa，线膨胀系数5．0×10 K_。，经过±5O℃多次循环下，结构尺寸稳定。经过加工后，零件安装透镜的端面位置平行度公差可以达到10 m，表面粗糙度达到1．6，说明了这种复合材料的加工精度可以达到金属材料的精度。零件表面发黑后测量红外发射率为0．856(5O℃)。由于卫星所提供的安装空间有限，本文采用了转折光路设计，如图5所示。镜筒组件结构如图6所示。设计要点如下：
(1)镜筒由遮光罩、窗口镜筒、大镜筒、中镜 简、转折镜筒、反射镜压板几部分组成；
(2)遮光罩由铝蜂窝内胆和碳纤维复合材料外壳组成，具有去除杂散光的功能。窗口镜筒、大镜筒、中镜筒使用铝基复合材料制造。转折镜筒由于形状不规则，采用钛合金精密铸造而成；
(3)铝基复合材料镜筒的设计过程中特别注意了结构过渡处理，考虑具体的结构尺寸，设计相应的圆角和连接方式，可以更好地适应纤维铺层、缠绕的要求。其加工工艺符合图2中的工艺流程；
(4)考虑到镜筒的直径比较小，主镜筒采用分体结构，便于透镜的安装和调试，透镜各个安装端面要求有高的形位公差，以保证各个透镜的相互平行；
(5)通过红外定心仪来调整各片透镜的同轴度。透镜边缘注入XM-23胶，可以固定透镜，同时保证了透镜和镜筒之间的柔性连接，有一定的减振效果；
(6)平面反射镜通过反射镜压板与转折镜筒连接，反射镜压板在结构上能实现反射镜角度调整；
(7)镜筒组件通过螺钉紧固，本身自成一体，这样可以减轻外部干扰对镜筒组件的影响。外部通过两个铝合金支撑座安装固定，如图7所示。
陕西理工学院徐峰等人A12 03颗粒增强铝基复合材料储能焊接头微观组织及性能。对0．3 mm厚Al：O，颗粒增强铝基复合材料薄板进行了储能点焊连接研究试验。发现其微型点焊接头由熔核区、热影响区和熔核向热影响区过渡的熔合区(线)组成。由于储能焊极短的焊接时间，大的冷却速率达到106 K／s，使得熔核组织显著细化，具有快速凝固特征。熔核中增强相A1 O 颗粒发生偏聚现象，在熔核边缘区域出现了气孔缺陷。当焊接电容C=6 600、电压U=80 V、电极压力F=18 N时，获得较高力学性能的焊接接头。
试验选用A1 O。／2024A1复合材料作为母材，由粉末冶金法制备而成。A1：O，颗粒平均直径15 m、体积分数10％，基体金属为2024A1。焊接试样的尺寸为10 mm×5 ITlm X0．3 mm的薄板材，系线切割加工而成。
1．2 储能焊焊接
试样经金刚砂纸打磨、丙酮清洗和烘干，装配如图I所示的搭接接头。在微型电容储能焊机上进行点焊连接。焊接主要参数为：电容6 600 ixF、电压70～110 V、电极力15—20 N。焊接热输入(E)、焊接电压(U)和电容(C)之问的函数关系为E=C ／2。因此，焊接热输人为】6．17—39．9 J
2．1 接头整体相貌
颗粒增强铝基复合材料储能点焊接头整体形貌如图2所示。接头由3个区域组成：形状较规则的扁平熔核区、熔核周围的热影响区及熔核向母材过渡的熔合区(线)。熔核直径约为780 Ixm，最大厚度约320 txm，约占总厚度的1／2，焊点熔核直径符合要求，熔核边缘邻近接合面的区域出现了气孔，对应着图中的黑色区域。熔合区较窄，勾勒出熔核和母材之间的分界线，其组织细小未发现缺陷；热影响区组织未发生明显的粗化，与母材原始组织保持良好的一致性。可见，储能焊可实现A1：0，颗粒增强铝基复合材料薄板的点焊连接，能获得高质量的焊接接头。
图1 搭接接头示意图
2．2 熔核组织
图3为A1 0 颗粒增强铝基复合材料储能点焊接头熔核组织。从图中可以看出，母材经过储能焊接过程后，熔核组织相对于基体组织发生明显细化，是由于焊接接头的形成过程是在电极力的作用下快速凝固，抑制了组织的长大从而细化了熔核组织；另一方面，熔核金属的熔化及其凝固过程是在电容瞬间放电所产生的强磁场氛围中完成的，强力的磁场搅拌作用也是接头组织细化的原因。熔核中的A1：0 颗粒增强相在熔合区(线)周围发生了偏聚，原因是由于增强相A1：0，颗粒与铝合金基体的导热率和熔点相差很大，导致熔池粘度增大，熔池金属的流动性降低，液相与固相互相并存使得增强相分布不均；在凝固过程中A1 0，颗粒增强相不能成为结晶核心，凝固界面前沿对增强相的推移造成了增强相的偏析；另外，由于较小的电极力使得未能挤出熔核的A1：0，颗粒聚集在熔合区的边缘。
图2 储能焊熔核整体形貌 图3 熔核组织
2．3 熔核的快速凝固
电容储能点焊利用电容瞬时放电产生的电流经电极加载在被焊板材上，形成放电回路。板材接触电阻瞬时产生的热量使接触界面板材局部熔化，在电极力的作用下形成熔核。电容放电结束后，由于cu电极和周围基体的快速吸热，熔核处于较大的过冷状态，熔核的冷却速率很大(达到106 K／s)，高的冷却速率使熔核的形核率显著增大，熔核组织均匀细小。由于焊接接头尺寸很小，焊接过程中形成的微小熔核中具有较小的温度梯度，凝固速度快，同时也避免了基体组织的迅速长大而形成粗大的柱状晶，接头组织因动态再结晶形成较为均匀细小的柱状晶，晶粒非常细小与母材组织相比晶粒度明显提高，形成了具有快速凝固特征的微观组织焊接接头，提高了焊接质量。
2．4 焊接接头力学性能
2．4．1 接头的显微硬度
A1 0。颗粒增强铝基复合材料储能点焊接头显微硬度分布测试结果如图4所示。焊核区中心组织与母材相近，但由于部分A1：0 颗粒的偏析增加该区域的硬度；热影响区处于很短暂的过热状态，与母材相比组织粗大变化不明显，所以热影响硬度略有提高，但硬度变化不大；熔合区(线)由于又处于固液两相之间。成分和组织不均匀，大的冷却速率，使得熔合区出现较明显的加工硬化现象，同时大量增强相A1 0，颗粒的偏析增大了接头硬度，显微硬度达到113．5 HV，焊接热过程不会造成硬度的显著提高。2．4．2 接头的剪切强度
点焊接头的剪切强度主要取决于电极力、焊接电压和焊接能量等工艺参数。在电极压力作用下熔核周围金属会发生塑性变形和强烈的再结晶而形成先于熔核生长的塑性环，对消除焊点缺陷、改善金属组织和提高力学性能具有较大作用。而电压对焊接能量有直接的影响，焊接能量过小被焊材料不能被加热到热塑性状态；而焊接能量过大很容易产生飞溅和击穿，都很难得到力学性能好的接头。通过实验发现当焊接电压一定时，随着电极力的增加，接头剪切强度也随之增加。当电极力达到l8 N时，剪切强度达到最大值132．5 MPa，进一步增强电极力接头强度开始逐渐降低，如图5所示。通过综合分析显微硬度和剪切强度与焊接参数之间的相关性，发现对于0．3 mm厚的A1：0，颗粒增强铝基复合材料薄板储能焊，焊接参数：电容C=6 600 IxF、电压U=150—170 V和焊接电极力F=17—19 N时，可获得综合性能优良的焊接接头。
图4 接头显微硬度 图5 接头剪切强度
2．5 断口形貌分析
图6是Al O，颗粒增强铝基复合材料储能焊接头断口形貌。断口主要为韧性断裂韧窝、准解理面、Al：O，颗粒以及拉拔掉A1：0，颗粒的残留凹坑，增强相AI 0，颗粒与基体结合紧密，故可以保证焊接接头强度。经x衍射射线分析，其组织由OL(A1)+A1 0，+少量的其它相(CuA1：和CuA1 Mg)组成。
接头断口形貌 结论
(1)采用储能焊方法可实现0．3 mm厚的A1 0，颗粒增强铝基复合材料薄板的点焊连接，微型接头由熔核、热影响区及熔合区组成。熔核厚度约占接头厚度 的1／2，熔核向基体金属过渡良好。
(2)由于储能焊瞬间放电的特点，接头冷却速率大使得接头组织具有快速凝固的特征。
(3)断口主要为韧性断裂韧窝，增强相A1：O，颗粒与基体结合紧密，其相组织由O／(A1)+AI：O，少量的其它相(CuA1 和CuA1：Mg)组成。(4)对于0．3 mm厚的A1：O，颗粒增强铝基复合材料薄板的储能焊，当电容C=6 600 IxF、电压 U=150—170 V和焊接电极力F=17—19 N时，剪切强度可达到132．5 MPa，获得综合性能优良的焊接接头。
第三篇：先进加工技术
工程训练报告
先进加工技术----3D打印
学院：机械与汽车工程学院
班级：机械13--4 姓名：姜晖
学号：201301011215
先进加工技术--------3D打印
众所周知，传统的打印技术及其所配套的打印设备只能进行简单或者稍微复杂的二维平面打印。然而，随着时代的发展，特别是对于加工效率，加工精度的要求日益增长的情况下，传统的二维打印越来越力不从心，在一次次高科技革命的推动下，3D打印应运而生。
3D打印，也称为3D立体打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印技术最早出现于20世纪90年代，是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。原理方面与传统的二维打印机相同，打印盒内装有粉末等打印材料与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物的一种快速成型技术。
相对于传统打印机，3D打印机所用原理基本相同，但是所用的原料并不相同，传统打印机所用的材料是墨粉和各种纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，当打印机与电脑连接后，在电脑进行控制下，按照设计人员设定的三维立体模型，将原材料一层一层叠加起来，将计算机的立体模型变为一个实实在在的立体产品。
3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
介绍了3D打印技术，就不得不介绍3D打印的工作过程.3D打印最重要的一个过程就是设计过程，3D打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。
其次便是相切面包一样，对模型进行切片处理：打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。
传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。
完成以上步骤后，便只剩下完成打印了：三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。
有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。
现行的3D打印有多种成型方法，每项各有利弊：
电子束是3D金属打印成型最快方法电子束快速成型技术目前还有一些技术难点尚待进一步研究，比如成型过程中废热高，金属构件中金相结构控制较为困难，特别是成型时间长，先凝固的部分经受的高温时间长，对金属晶态成长控制困难，进而引起大尺度构件应力复杂等等。
电子束成型对复杂腔体，扭转体，薄壁腔体等成型效果不佳，他的成形点阵精度在毫米级，所以成型以后仍然需要传统的精密机械加工，也需要传统的热处理，甚至锻造等等。
但电子束快速成型速度快，是目前3D金属打印类打印速度最快的，可达15KG／小时，设备工业化成熟度高，基本可由货架产品组合，生产线构建成本低，具有很强的工业普及基础，同时，电子束快速成型设备同时还能具有一定的焊接能力和金属构件表面修复能力，应用前景广泛。在发动机领域，目前美国和中国在电子束控制单晶金属近净形成型技术方面正积极研究，一旦获得突破，传统的单晶涡轮叶片生产困难和生产成本高的问题将获得极大的改善，从而大大提高航空发动机的性能，并对发动机研制改进等提供了极大的助力。
由于电子束成形精度受到电子束聚焦和扫描控制能力的限制，激光作为更高精度的能量介质引起高度重视，激光成形技术几乎是和电子束成形技术同步起步发展，但是，由于稳定的10KW以上级的大功率激光器到2008年才开始逐步工业化，所以激光成形技术在最近才出现喷涌的盛况。
激光数字成型技术主要有两个类别，一是激光近净成形制造（LENS）、金属直接沉积（DMD），这个类别的技术和电子束快速成型类似，也是利用控制扫描区域形成控制的熔融区，用金属丝或金属粉同步扫描点添加，金属熔融沉积，这项技术算电子束快速成型的高精度的进化成果，激光的扫描点阵精度可以比电子束高一个数量级，可以得到更高精度的零件，从而进一步减少材料的耗量和机械加工的需求，同时它还能保留电子束快速成型的打印速度快的优势。
这类区域熔融的技术需要大尺度的腔体提供零件加工所需的真空环境，这限制了加工零件的尺寸，激光熔融区的大小和功率直接相关，越大形的构件加工能力要求越高，由于电子束对金属的热效应深度比较大，而激光热效应深度较小，激光成形时胚体受热和散热状况要好于电子束，因此它能形成很薄的熔化区和更细密均匀的沉积构造，凝固过程中的金相结构更容易控制，热应力复杂度要低很多，可以制造更精确的形状和更复杂零件，也能制造较薄壁的零件类型。美DRAPA，洛克希德先进制造技术中心，和飞利浦、宾州大学等于2013年演示的先进制造
DM概念，就是基于这类技术基础。
激光3D打印几乎可直接加工出工业零件
目前主流的激光打印机是利用硒鼓静电吸附墨粉，激光扫描熔融墨粉形成图像的，这种打印方式精度可达300PPI，利用激光打印和粉末冶金技术结合，新一代的最有希望的最精密成型的技术是以直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）和选区激光（selective laser sintering，SLS）为代表的激光精密数字成形。这两者都是在基底铺设金属粉末，由激光扫瞄烧结，所不同的是，直接烧结是边铺粉边烧，而选区烧结是先铺整层粉末，然后激光扫描烧结，这种烧结每次沉积厚度约20－100微米，通过反复多次的沉积最终获得三维立体的零件。
激光精密成形的优点是精度高，成形点阵可以小于0.01毫米，可以得到近似平滑的表面，能够处理空腔，薄壁等复杂空间扭转体，和相互交叉穿透的复杂空腔和管路，几乎可以加工出直接应用的工业零件。
激光3D打印零件强度略小于锻造机加件
高精度激光烧结对激光的功率要求中等，烧结点温度虽然高，但是点阵小，每点阵金属熔融凝固量很少，全过程热释放低，材料胚体温度接近常温区，较少形成复杂的热应力情况，金属凝固形成的金相较为均匀细密，大多为细小的晶格态，类似于经过锻造的金属构件，获得金属零件强度略小于锻造机加件。
美国德州大学奥斯汀分院最早于1986年提出SLS的专利，由DTM公司提供商用设备，美国麻省理工1988年提出DMLS的概念和专利，但目前商用化设备主要的供应商都来源于欧洲，德国EOS略占优势，MTT 公司和 Concept Laser 公司也具有很强的竞争力。中国于1998年以后开始开展SLS方面的研究，2000年以后，随着商品化光纤激光器的成熟，国内在SLS方面取得一定成果，2004年起，有至少3家公司和单位提出SLS技术应用化的专利，在航空领域因材料强度方面的问题，早期的应用主要在快速建立冶金应用模具方面。
作为一种主流的高新技术，3D打印有着非常广阔的应用领域：军工，航天，医学，甚至于建筑行业，均存在着3D打印技术的影子.3D打印技术目前在全球也是前沿技术和前沿应用，最尖端的航空工业对这种技术最为关注也最严谨，美国90年代中期就获得这类技术的工业尝试，但是他们一直称为近净成型加工技术，F－22,F－35都有应用，不过因为一些加工工艺等原因，美国也没有能大规模应用，但美国将这一技术一直作为先进制造技术而由美国国防高级研究计划局（DRAPA）牵头，组织美国30多家企业对这一技术长期研究。
美国如此重视，我国自然也不甘落后。最近几年，中国航空工业捷报频传，先进战斗机歼-20，歼-31，舰载机歼-15，运输机运-20一大批高新机不断诞生，接踵而出，最为引人关注的是，在2013年全球3D打印热潮中，以北航和西工大两个科研主体带动，沈飞、成飞、西飞等数家航空制造企业为主体，成为全球第二个能够在实际应用中利用3D打印技术制造飞机零件的国家。
与其他的高新技术一样，3D打印技术也有着自身的缺点和不足之处。
3D打印零件强度还难以作为飞机受力构件
3D打印概念的出现是一种制造工业领域革命性的新技术，目前的诸多成形手段和方法都有各自的具体优点和缺陷，在航空领域，选择烧结SLS技术看起来潜力最大，应用前景最广泛，它的材料适应范围最广，从铝合金、钛合金、高强度钢、高温合金到陶瓷都能处理，但是它属于微观粉末冶金的范畴，快速成形中，粉末冶金技术中因熔融——凝固过程过快，成形体中容易夹杂空穴，未完全熔融的粉末，胚体缺陷还有可能包括激光扫描线方向形成的熔融——凝固不均匀金相微观线状晶格排列，这些都会严重影响了成形件的强度。
目前激光选区成形的构件大多都只能达到同牌号金属铸造的强度水平，虽然这已经能让构件进入正常的应用领域，但显然要承担象飞机这样的主要结构受力构件还是有很大限制的。
3D金属打印零件表面还需进一步机械加工直接金属激光烧结DMLS技术因为直接用激光熔融金属丝沉积，金属本身是致密体重熔，不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴，这个技术生产的构件致密度可达99％以上，接近锻造的材料胚体，目前国际国内都主要利用这种技术制造高受力构件，它能达到同牌号金属最 高强度的90～95％左右的水平，接近一般锻造构件。
目前的金属3D打印构件都不能直接形成符合要求的零件表面，它都必须经过表面的机械加工，去除表面多余的，不连续的，不光滑的金属，才能作为最终使用的零件，因此，尽管3D打印可以获得复杂的空间结构和一些复杂的管路和腔体，但是这些管路和腔体的机械加工很有可能无法进行，其零件的重量效率，管路流动效率等方面不一定能够满足实际需求，因此，尽管3D打印可能能一步直接完成很多复杂零件的成形，但其还不具备直接取代传统机械加工的能力。
3D打印对飞机大型构件制造还存在问题
直接成形的金属零件在生产过程中因为反复经受局部接近熔点温度受热，内部热应力状态复杂，在成形某些大型细长体，薄壁体金属构件时，应力处理和控制还不能满足要求，实际上到目前为止一直影响3D打印在航空业的应用也正是因为这个原因。
美国从1992年开始就不断利用这类技术希望能够直接生产飞机用的大型框架，粱绗，整体壁板等，正是因为应力复杂，大型构件成形过程中或成形后会产生严重变形，严重到无法使用。所以3D打印技术尽管很早就出现了，但国外航空工业界还持有相当的保守态度也是有原因的。激光3D打印工业化面临精细度难题目前激光成形技术面临工业化的两个方向相互间有矛盾，一是打印精细度，目前的打印精细度SLS最高，基本在1～0.1毫米左右，而其他技术加工生成的零件表面精度则在0.8～5毫米之间，目前市场销售的2D激光打印机点阵精度在1200DPI左右即0.02毫米，这个精度可以获得近似光滑的曲面，提高精度受到打印耗材粉末的粒径粗细和激光熔融金属液态滴状表面张力影响，要把精度提高到0.1毫米以下还有很大困难，不过铺粉预处理、激光超快速融化——凝固等技术的出现会为提高激光成形的精度有很大帮助。
激光3D打印工业化面临打印速度难题另一个发展方向则是提高打印速度，目前激光打印的速度还是较慢的，每小时印重量大多都在1公斤以下，最好水平也只有9公斤／小时左右，要实现工业化生产，特别是大规模化生产，这个速度是不够的，现在的激光成形基本还是单光头单层铺粉作业，未来为了提高打印速度和应对超大型构件打印，已经有多光头多层铺粉同步打印的设计出现。
激光成形目前尚属于单一技术应用，但是在工业界，激光冲击强化在冶金方面应用已经有10几年的历史了，激光打印成形实际上很有希望能够直接集成激光冲击强化，激光淬火等技术，它能让激光成形的构件更加致密，且具有高级别的强度，实际上激光3D打印机都能简单的通过软件控制来实现激光冲击强化的功能。
现在3D打印技术还只是露出第一缕曙光
新的制造方法需要新的一系列处理工艺配合，3D打印目前只能算一丝曙光，真正达到大规模应用产生效益，还需要很长的时间发展和积累。
3D打印技术的出现是信息革命在攻克传统工业的最后堡垒的终结的冲锋号，因而引发了一系列的科学技术领域研究的新课题，激光粉末冶金，微沉积金相学，微观淬火、锻造，激光冲击强化等一系列机械制造，冶金等领域的课题将会让已经暮气沉沉的传统冶金科学，和制造科学领域重新充满发展的动力，在未来的数十年间，谁在这些技术领域获得应用化的实际成果，可能会影响和颠覆现有的制造工业的基本面貌,未来可谓潜力无限。
第四篇：材料先进加工技术
1.快速凝固
快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。2.半固态成型
半固态成型是利用凝固组织控制的技术.20世纪70年代初期，美国麻省理工学院的Flemings教授等首先提出了半固态加工技术，打破了传统的枝晶凝固式，开辟了强制均匀凝固的先河。半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压）3.无模成型
为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。4.超塑性成型技术
超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。5.金属粉末材料成型加工
粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。自1990年以来，世界粉末冶金年销售量增加了近2倍。2003年北美铁基粉末。相关的模具、工艺设备和最终零件产品的销售额已达到91亿美元，其中粉末冶金零件的销售为64亿美元。美国企业生产的粉末冶金产品占全球市场的一半以上。可以预见，在较长一段时间内，粉末冶金工业仍将保持较高的增长速率。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。6.陶瓷胶态成型
20世纪80年代中期，为了避免在注射成型工艺中使用大量的有机体所造成的脱脂排胶困难以及引发环境问题，传统的注浆成型因其几乎不需要添加有机物、工艺成本低、易于操作制等特点而再度受到重视，但由于其胚体密度低、强度差等原因，他并不适合制备高性能的陶瓷材料。进入90年代之后，围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。
7.激光快速成型
激光快速成形技术，是20实际90年代中期由现代材料技术、激光技术和快速原型制造术相结合的近终形快速制备新技术。采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组织，从而具有优越的力学性能和物理化学性能，同时零件的复杂程度基本不受限制，并且可以缩短加工周期，降低成本。目前发达国家已进入实际应用阶段，主要应用于国防高科技领域。国内激光快速成形起步稍晚于发达国家，在应用基础研究和相关设备建设方面已有较好的前期工作，具备了通过进一步研究形成自身特色的激光快速成形技术的条件。8.电磁场附加制备与成型技术
在材料的制备与成形加工过程中，通过施加附加外场（如温度场、磁场、电场、力场等），可以显著改善材料的组织，提高材料的性能，提高生产效率。典型的温度场附加制备与形加工技术有熔体过热处理、定向凝固技术等；典型的力场附加制备与成形技术有半固态加工等；典型的电磁场附加制备与成形加工技术有电磁铸轧技术、电磁连铸技术、磁场附加热处理技术、电磁振动注射成形技术等。近年来，有关电磁场附加制备与成形加工技术的研究在国际上已形成一门新的材料科学分支——材料电磁处理，并且得到迅速发展。9.先进连接技术
①铝合金激光焊接 ②镁合金激光焊接
③机器人智能焊接 10.表面改质改性
在材料的使用过程中，材料的表面性质和功能非常重要，许多体材料的失效也往往是从表面开始的。通过涂覆（或沉积、外延生长）表面薄层材料或特殊能量手段改变原材料表面的结构（即对处理进行表面改性），赋予较廉价的体材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用价值和产品的附加值，是数十年来材料表面加工处理研究领域的主要努力方向。
材料加工技术的总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。由于上述材料加工技术的总体发展趋势，可以预见，在今后较长一段时间内，材料制备、成型与加工技术的发展将具有以下两个主要特征：（1）性能设计与工艺设计的一体化。（2）在材料设计、制备、成型与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制。
实际上，第一个特征实现材料技术的第五次革命、进入新材料设计与制备加工工艺时代的标志。实现第二个特征则要求具备两个基本条件：一是计算机模拟仿真技术的高度发展；二是材料数据库的高度完备化。基于上述材料加工技术的总体发展趋势和特征，金属材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面。1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。
打破传统材料成形与加工模式，工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产提高生产效率。例如，半固态流变成形、连续铸轧、连续铸挤等是将凝固与成形两个过程合二为一，实行精确控制，形成以节能、降耗、提高生产效率为主要特征的新技术和新工艺。
目前国外铝合金和镁合金半固态加工技术已经进入较大规模工业应用阶段。铝合金半固态成型方法主要有流变压铸
2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制
例如，非平衡凝固技术、电磁铸轧技术、电磁连铸技术、等温成形技术、低温强加工技术、先进层状复合材料成形、先进超塑性成形、激光焊接、电子束焊接、复合热源焊接、扩散焊接、摩擦焊接等先进技术，实现组织与性能的精确控制，不仅可以提高传统材料的使用性能，还有利于改善难加工材料的加工性能，开发高附加值材料。
3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化
发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。典型的技术有喷射技术、粉末注射成形、激光快速成型等，是不锈钢、高温合金、钛合金、难熔金属及金属间化合物、陶瓷材料、复合材料、梯度功能材料零部件制备成型加工的研究热点。材料设计、制备与成形加工的一体化，是实现真正意义上的全过程的组织性能精确控制的前提和基础。
4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品
块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。这些技术在特种高性能材料或制品的制备与成形技术加工方面具有各自的特色，受到国内外的广泛关注。
5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库 随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第3个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。因此，基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算, 模拟仿真可提高产品质量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技术成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入设备利用率30%～60%，缩短产品设计和试制周期30% ～60%等。目前，模拟仿真技术已能用在压力铸造、熔模铸造等精确成形加工工艺中，而焊 接过程的模拟仿真研究也取得了可喜的进展。高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、结构及制备参数的最佳组合进行材料设计。计算材料科学的研究范围包括从埃量级的量子力学计算到连续介质层次的有限元或有限差分模型分析，此范围可分为4个层次：纳米级、微观、介观及宏观层次。在国外，多尺度模拟已在汽车及航天工业中得到应用。铸件凝固过程的微观组织模拟以晶粒尺度从凝固热力学与结晶动力学两方 面研究材料的组织和性能。20世纪90年代铸造微观模拟开始由试验研究向实际应用发展，国内的研究虽处于起步阶段，但在用相场法研究铝合金枝晶生长、用Cellular Automaton 法研究铝合金组织演变和汽车球墨铸铁件微观组织与性能预测等方面均已取得重要进展。锻造过程的三维晶粒度预测也有进展。6）材料的智能化制备与成形加工技术
材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“第三代”材料成形加工技术，20世纪90年代以来受到日本等先进工业国家的重视它通过综合利用计算机技术、人工智能技术、数据库技术和先进控制技术等，以成分、性能、工艺一体化设计与工艺控制方法，实现材料组织性能与成形加工质量，同时达到缩短研制周期、降低生产成本、减少环境负荷的目的。
材料的智能化制备与成形加工技术的研究尚处于概念形成与探索阶段，被认为是21世纪前期材料成形加工新技术中最富潜力的前沿研究方向之一。其他的材料先进制备与成形加工前沿技术
电磁软接触连铸、钛合金连铸连轧技术、高性能金属材料喷射成形技术、轻合金半固态加工技术、泡沫铝材料制备、钢质蜂窝夹芯板扩散-轧制复合、金属超细丝材制备技术、超细陶瓷粉末燃烧合成、模具表面渗注镀复合强化、金属管件内壁等离子体强化技术、钛合金激光熔覆技术、非纳米晶复合涂层制备技术等。
第五篇：材料先进制备技术课程论文
材料先进制备技术课程论文
微胶囊相变储能材料及其制备技术研究进展评述
摘要：相变材料是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来储热。微胶囊相变材料(Microencapsulated Phase Change Material，MCPCM)是应用微胶囊技术在固—液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型复合材料。在固液相变材料表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的复合材料。本文介绍了微胶囊相变材料及其结构组成、性能；综述了微胶囊相变材料的制备工艺、研究进展和应用领域；分析了各种制备方法的优缺点，并指出了制备微胶囊相变材料中存在的问题及今后的发展方向。
关键词：相变材料；微胶囊；复合材料；制备工艺 概述
1.1相变储能材料简介
1.1.1相变材料的含义
相变材料主要利用其在相变过程中吸收或放出的热能，在物相变化过程中与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或向外界环境放出热量)，从而达到能量利用和控制环境温度的目的。物质的存在状态通常有三相:固相、液相和气相。当物质从一种相态变化到另一种相态叫相变。相变的形式主要有四种：固一固相变；固一液相变；液一气相变；固一气相变。当一种物质能够发生四种相变中的任意一种相变时，都可称为相变材料。如果从发生相变的过程来看，这种相变材料在吸热和放热的过程中，能够把热能储存起来，并对其周围环境温度调节控制[1]。1.1.2相变材料的特点
热能储存的方式一般有显热、潜热和化学反应热只种。相变材料是利用自身在发生相变过程中吸收或释放一定的热量来进行潜热储能的物质，该材料是通过材料自身的相态变
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透。MariaTelkes博士从1950年就着手对相变材料进行研究，他发现化学物质硼砂可以把十水硫酸钠过冷度降低将近3℃，并预计测出了该材料的相变次数可以达到2000次。在工程建筑应用方面，美国科学实验室已成功研制一种利用十水硫酸钠共熔混合物做相变芯材的太阳能建筑板，并进行了试验性应用，取得了较好的效果。美国的Dayton大学的J.K.Kssock等人将十八烷做为自己的实验相变材料，采用了浸泡法制成相变墙板，然后建筑一广一个相变墙实验房和一个普通墙实验房进行比较，试验显示出相变墙板房内的温度相对来说比较平稳，如果将相变墙应用在实际建筑物中，可以适当的提高居住的舒适性、削减电力的高峰负荷。
目前在研究的发展趋势中，相变材料的研究主要表现为：开发复合储热材料；研发复合相变材料的多种工艺技术；纳米技术在复合相变材料领域的深入应用。
1.2相变材料的微胶囊化
如何将相变材料进行有效的包装，一直是相变材料研究领域的研究热点。较为先进的纳米复合法是将纳米材料的界面效应和较大的比表而积与相变材料的优点结合在一起，可制得高传热效率的复合相变材料。目前，微胶囊可以较好解决相变材料在流出和外渗方面的问题。目前，在微胶囊相变材料的制备过程中，很多人选用了三聚氰胺甲醛树脂(MF)、脲醛树脂(UF)作为壁材，所制备的微胶囊在某些性能方有较好的表现：强度较高、耐热性能好。
1.2.1微胶囊技术
把固体或液体用某种膜材料包覆起来，然后形成微小粒子的技术，称之为微胶囊封装技术。球形微粒芯材在升温时，由固态时转变为液态，但外层包封的高分子薄膜层仍保持其固态，因此材料的外貌形态仍为固态颗粒。微胶囊包覆芯材，外层的壳物质称壁材；被外层壳材包覆的囊心物质称芯材。芯材可以是由单一物质组成，也可以是由混合物质组成；它的形态可以是固体、溶液、水分散液或油剂，也可以是一些特定的气体。微胶囊的粒径大小在l~1000微米范围内，它的微观形貌通常需要借助电子显微镜才能观察到。相变微胶囊技术是一种新工艺，它在化下、民药、农业等领域己经有了较大的发展，并且在科研领域中得到了越来越多科研人员的重视。微胶囊技术的应用前豪非常广阔，主要表现为以下
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潜热型功能热流体的基础研究工作，包括其制备、性能及传热机理目前受到关注。周建伟、黄建新等[2]在相变微胶囊的制备以及潜热型功能流体流动与传热的实验研究和理论模型等进行了探索，为潜热型功能流体的应用提供了材料的制备方法、基础实验数据和理论指导。
1.3.2纺织服装领域
自20世纪80年代，美国国家航空航天局(NASA)研究开发了微胶囊相变材料在热调节防护服装上的应用技术，微胶囊相变材料越来越广泛地应用于服装领域中，可以制成含有微纳米胶囊相变材料的调温纤维以调节服装及周边的温度，减少皮肤温度的变化，延长穿着的舒适感。鄢瑛[3]制备的以石蜡为芯材、脉醛树脂为壳材的微胶囊相变材料，通过丝网印刷技术，结合热固性聚氨醋网印粘合剂，将微胶囊涂布于棉布表面，以MCPCM在服装领域中的适用性为出发点考察其性能，同时考察人工汗液对MCPCM性能的影响和经涂布的棉布的热性能。将制得的聚脉型相变微胶囊和海藻酸钠共混纺丝，制备出相变调温海藻纤维，把海藻纤维制成透气且随外界温度变化的调温医用敷料等，对伤口的愈合速度与效果都有很好的辅助作用。张兴祥等[4]自1997年开始对相变材料微胶囊进行研究，将自行研制的MicroPCMS用于现有织物的涂层整理，得到在室温上下具有热能吸收和释放功能的织物，使用融熔复合纺丝工艺将直径为3μm左右的MicroPCMS添加到纤维内部，研制出含12%(质量分数)以上微胶囊的丙纶纤维，该纤维在人体感到舒适的温度范围内具有温度调节功能。1.3.3建筑领域
将微胶囊相变材料混人砖瓦、墙板及天花板等建筑结构材料中，可以进行太阳能储存，因此适合在温差较大的地区使用[5]。同时通过电力“移峰填谷”，也可以有效的缓解用电紧张。通过对相变墙板的储热性能进行研究，发现用95%的十八烷和5%的十六烷作相变材料，通过把装有PCM的聚乙烯小球加到石膏板中制备相变墙板，并对其传热性能进行了测试，在有该种相变墙板的实验房和普通石膏板实验房上作对比试验，得出了相变墙板的使用使得热负荷更平缓，辐射域更舒适，用电量下降，有削减尖峰负荷的可能的结论。美国研制成功一种利用十水硫酸钠低共熔混合物作储热芯料的太阳能天花板砖块，它不用普通的水泥而用聚脂粘接剂和甲基丙烯酸甲脂添加剂组成的高分子混凝土组成，并在麻省理工学院建筑系实验楼进行了试验性应用。同济大学建筑材料研究所采用正十二醇吸附有机
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体的原料配比要求不严。但是生产条件比较苛刻，难以实现工业化，且制备的纳米胶囊不可避免地夹杂有少量未反应的单体。界面聚合形成的壁膜一般可透性较高，不适于包覆要求严格密封的芯材。
2.2原位聚合法
原位聚合法制备微胶囊时，囊芯必须被分散成细粒，并在形成的分散体系中以分散相状态存在。此时，发生原位聚合反应的单体与引发剂在分散体系中的位置可能有两种情况，即在连续相介质中或在分散相囊芯中。虽然单体在体系中可溶，但生成的聚合物不可溶，故随着聚合的进行，聚合物沉积到芯材上，形成核壳结构。在原位聚合法制备胶囊的过程中，由于单体只由一相提供，反应速率不是很大。原位聚合法是合成MCPCM的较好方法。采用这种方法制备的MCPCM在形貌、热性能和胶囊致密性等方面都能达到使用要求，能合成得到1μm以下的相变胶囊。
北京航空航天大学饶宇及东华大学罗燕等人[7]采用原位聚合法工艺22烷微胶囊相变储能材料，通过该方法可以制备出密封性以及机械强度均较好的微胶囊。在芯材液滴表面上，相对低分子量的预聚体通过缩聚反应，尺寸逐渐增大后，沉积在芯材液滴表面，由于交联及聚合的不断进行，最终形成固态的微胶囊壁。
石蜡是一种常用的相变材料，熔点为45~75.9℃，熔化热为150~250kJ/kg，具有储热能力,强、相变温度能通过分子量控制、相变行为稳定、价格低廉等优点。北京航空航天大学章文等人[8]以石蜡为囊芯，眼醛树脂为囊壳，通过原位聚合法制得了微胶囊。研究了腮醛预聚体的生成和脉醛预聚体的固化2个阶段的工艺条件对微胶囊形成的影响。显微观察微胶囊形貌完整。涂膜隔热性能测试结果表明，该种微胶囊具有明显吸热性能，可作为隔热添加剂使用。通过原位聚合法制备了石蜡相变微胶囊，可以有效地防止石蜡的泄漏，同时可以将石蜡的完全亲油性转变为具有一定的亲水性，改善了石蜡的使用性能，为石蜡作为相变材料的使用提供了试验基础。
2.3复凝聚法
复凝聚法是以两种或多种带有相反电荷的线性无规聚合物作为壁材，然后将芯材分散与其水溶液中，在适当的pH值、温度和稀浓度条件下，使带相反电荷的高分子材料之间发生静电作用而相互吸引，导致芯材的溶解度降低并分成两组，即贫相和富相，其中富相
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Maria等人[10]短链脂肪酸为芯材，阿拉伯胶和麦芽糖糊精为囊壁，用喷雾干燥法制备了MCPCM，由于乳化不均匀导致产物粒径分布较宽，在0.05~550微米之间，部分微胶囊表面有明显的下陷。
2.6溶胶—凝胶法
溶胶一凝胶法主要用于制备以金属氧化物或非金属氧化物为囊壁的MCPCM。可采用溶胶一凝胶法制备MCPCM，在相变材料表面包覆金属氧化物或非金属氧化物的凝胶，从而提高了该类相变材料的机械强度和阻燃性。
2.7电镀法
电镀法主要用于制备以金属薄膜作为囊壁的MCPCM。以粒径为0.5~4.0 mm的金属铅粒为相变材料，用电镀法在其表面镀上厚度约为10~100μm的镍膜，具体是将铅粒置于旋转的电解槽中进行电镀，根据法拉第定律，囊壁即镀层的厚度可以通过电镀的时间来控制。
2.8新型制备方法
由于普遍采川有机高分子为胶囊壁材，其导热率低，且与其它建筑材料相容性较差，给实际应用造成了一定困难。武汉理工大学马保国，金磊等人[11]介绍了一种新型有机一无机相变储能微胶囊的制备方法，即采用无机层状硅酸盐材料和碱性硅酸盐溶液为壁材、有机相变材料十八烷酸为基材，先制备半包覆结构的相变胶囊，再加人碱性硅酸盐溶液进行第2次包裹。结果表明:采用无机层状硅酸盐材料、相变材料、碱性硅酸盐溶液比例为1：2：4时，其包裹效果较好，经无水乙:醇溶解实验后，其有效相变材料损失量为4.37%热失重实验结果表明其中相变材料有效含量为37.4%，而DSI实验结果表明微胶囊中有效相变材料35.04%，存在差异的原因可能在于碱性溶液与相变材料的酸碱反应所致。
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参考文献
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