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第一篇：B 耐磨金属材料的现状.doc（模版）

耐磨金属材料的现状

关键词：耐磨材料 锰钢 技术进展 抗磨白口铸铁 0 引言

众所周知，磨损是产品失效的三大形式之一，即为磨损、断裂、腐蚀。据不完全统计，能源的1/3到1/2的能源消耗于摩擦磨损。速度是造成磨损严重程度的重要原因。随着科学技术和工业生产的快速发展，机械设备的运转速度不断增加，机械零件的磨损也越来越快，导致产品的使用年限大大降低。据美国统计，每年因磨损而造成的经济损失约为1000亿美元。据国内统计，我国仅在冶金、煤矿、矿石、农机等领域因磨损带来的损失约有400亿元。从上述可知，磨损带来的能源和经济的损失时相当惊人的。因此目前对耐磨金属材料的研究也越来越受到国内外人们的广泛重视，其对国民经济的发展也有着巨大的意义。国外耐磨金属材料的发展

至今为止，国外对耐磨金属材料的研究已有30余年的历程，也经过了发展高峰，现已趋于稳定，并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段，目前已发展为耐磨钢和耐磨铸铁两大类。

耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢；根据合金元素的含量又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢；根据组织的不同还可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。低铬白口铸铁和高铬白口铸铁是二者中最具有代表性的，而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也是相当有影响力的，中铬铸铁则应用较少。从整体上看，合金白口铸铁的耐磨性优于耐磨铸钢，但后者韧性好，在诸如衬板、耐磨管道等方面有着广泛的应用[2]。我国耐磨金属材料的发展

据统计，我国每年因磨损而造成的金属耐磨材料的消耗约300万吨左右，但如果能够较好的掌控摩擦磨损理论，那么我国每年将能够节约150亿美元，因此近年来研究耐磨金属材料得到了广泛的重视，且已研制出多种新型耐磨金属材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列,高、中、低碳耐磨合金钢系列,铬系抗磨白口铸铁系列,锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁,不同方法生产的双金属复合耐磨材料,表面技术处理的耐磨材料等。同时，在耐磨材料生产工艺设备上先后从日本、德国、比利时等国引进数条机械化自动化生产线。在引进基础上结合国情，发展了消失模铸造工艺设备、金属型覆砂工艺

设备、挤压造型工艺设备、离心铸造工艺设备等新技术新设备等新型工艺设备。熔炼工艺上采用炉外精炼与连铸等新技术,使产品的外观、内在质量等得到了很大的改善,同时，也大大降低了金属材料的损耗,一些厂家产品已达到或超过国际水平,出口东南亚、日本、南非、美国、澳大利亚等地,获得了不菲的收益。

耐磨材料的生产和应用已趋于稳定，但是针对于磨损理论还有非常大研究空间，必须研制出更加完美的耐磨材料来满足日益发达的工业要求。几种耐磨金属材料的最新研究进展 3.1 锰钢

1.高锰钢

高锰钢作为历史最悠久的一种耐磨材料，其成分(质量分数)范围为：ｗ(C)=0.9%～1.4%，ｗ(Mn)=l0%～15%，ｗ(Si)= 0.3%～0.8%，ｗ(S)≤0.05%，ｗ(P)≤0.10%。

高锰钢使用状态的组织为奥氏体，其面对强烈的载荷撞击下，受力表面被加工硬化,硬度可从原始的200HB左右提高到500HB以上，而心部仍保持着良好的韧性。可见高锰钢具有良好的韧性和强度。但高锰钢的这种建筑在加工硬化基础上的优异的耐磨性能使它的使用受到限制，因此，为了扩大高锰钢的应用范围,必须对其进行改进性研究，进一步提高其耐磨性[4-6]。

目前，在高锰钢研究方面取得了一系列新进展，主要有：

采用合金化的方法，添加Cr、Mo引起固溶强化，加入钛形成碳化钛,可引起弥散强化,并能细化结晶组织，最终达到强化基体，提高其耐磨性和屈服强度的目的。实验表明，用这些方法加工出的用于冶金矿山的衬板，其使用寿命比高锰钢提高50%～70%。工艺方面，采用铸后利用余热淬化的手段来替代传统上使用加热再进行水韧处理的方法,不但能简化工艺，节约能源，缩短生产周期，而且经济效益显著[7-10]。

在轧制工艺方面，徐文亮等[11]提出了用深度轧制的方法对高锰钢进行预变形表面硬化处理，并分析和研究了其组织演变及性能变化。试验表明，经深度冷轧的高锰钢耐磨材料磨损性能随着高随着其形变量的增加而逐渐增加。这是因为深度冷轧的高锰钢表面形成的高密度位错及孪晶组织，晶粒明显细化，改善了铸造高锰钢产生的各项异性、气孔等缺陷，能够有效阻止磨粒造成的磨损表面的脆性剥落，同时，高锰钢良好的心部韧性也将减少其磨损过程中的疲劳剥落。该轧制方法对提高高锰钢使用效率及应用范围具有积极的现实意义。

2.变质中锰耐磨钢

中锰钢的耐磨性在磨损冲击功较小的情况下要高于高锰钢。但在实际应用中，中锰钢有一个很大的缺陷，即铸件的成品率很低，且安全可靠性差。因为在铸造和热处理的过程中中锰钢易产生热裂。

近十几年来，在中锰耐磨钢研究方面，人们采用变质处理的方法，即向中锰钢中加入作为复合变质剂的Cr、Nb、Mg和稀土等元素，来改善显微组织与碳化物的形态和分布，取得了良好的效果。这主要是因为复合变质剂的加入能显著地提高材料的力学性能和位错密度，如稀土可净化钢液,使钢中夹杂物数量减少；

而Cr、Mg等能促进碳化物球化，增强稀土吸附及稀土夹杂物与碳化物的非均质晶核的作用,同时也能阻止夹杂物、碳化物进一步长大，使其组织明显细化，成分偏析减小，从而使变质中锰钢韧性得到明显改善，耐磨性能显著提高。

在对中锰钢变质处理的基础上，朱瑞富等研究发现[12-14]，采用铸态水韧热处理工艺技术，即利用金属的铸造余热对奥氏体锰钢进行水韧处理，既有利于节约能源，缩短生产周期，降低生产成本，又可实现水爆清砂，改善劳动条件，减少环境污染。现国内已有多家企业采用该项研究成果，并取得了较大的经济和社会效益。

3.超高锰钢

近年来,许多研究人员主要在研究通过在普通高锰钢标准成分的基础上提高碳和锰的含量，以达到提高锰钢的耐磨性，即为具有稳定奥氏体的超锰钢。研究人员通过对Fe-C-Mn合金奥氏体的价电子结构进行分析发现，在含C、Mn原子的一个奥氏体晶胞内，C-Mn之间的结合力大于C-Fe之间的结合力[15]。这样，锰原子可通过对碳原子运动的拖曳提高碳的固溶度，而且利用锰不易和碳原子生成碳化物，来降低碳原子的扩散能力，抑制碳化物的析出。因此，同时提高碳、锰含量，既可以提高锰钢的加工硬化能力，还可保持高韧性的奥氏体组织，使其在使用时具有良好的耐磨性。

当前，变质处理技术在开发新的超高锰钢钢种的试验中，已经取得了很大进展。科研人员在对超高锰钢变质处理前后的组织进行研究发现[16-18]，在未变质处理的组织中，晶粒较粗大，晶界共晶碳化物的网状特征非常明显；在变质处理的组织中，晶粒明显细化, 晶界碳化物的网状特征得到明显改善。这些成果的研发为改善超高锰钢组织并提高其耐磨性提供了新的途径。

3.2 抗磨白口铸铁

近年来，国外在耐磨白口铸铁的研究方面取得了一系列新进展。如美国，日本及欧洲各国20世纪初就开始采用镍硬铸铁,目前已发展到镍硬4#，铬含量由2%提高到9%，镍由4.5%提高到6.0%，共晶碳化物由M3C型变成M7C3型，力学性能显著提高，铸态厚截面即可获得马氏体组织,硬度在HRC62以上，并且具有一定韧性，主要应用于辊式磨的磨环和磨辊，可铸态使用,这对数吨重不便热处理的大铸件很有意义。因镍价格高，我国研究人员已研制中铬铸铁等新型耐磨材料以取代它。此外，国内科研人员研究出的高铬白口铸铁在国产设备上已投入应用,取得了显著的经济效益。

随着国内对铬系白口铸铁的研究不断深入，从合金化理论到生产工艺都取得了突破性进展，并获得了大量成果。低铬、中铬、高铬、超高铬磨球、衬板、锤头,高铬渣浆泵过流件，以及高铬铸铁与钢双金属复合铸造衬板、磨辊、轧辊等都已达到国际先进水平。1985年以来,我国铬系合金白口铸铁、镍铬合金白口铸铁已制定国家标准，耐磨白口铸铁技术已与国际接轨。球墨铸铁具有优良的力学性能，良好的耐磨性和抗冲击疲劳性能，在汽车、农机和建材等部门得到了广泛应用，目前，世界球铁产量已达百万吨以上。我国1982年制定了中锰抗磨球墨铸铁件标准(GB3180-82)，近年来许多单位研制出马氏体基体、奥贝基体、马贝基体的磨球衬板，在建材和电力行业应用取得良好效果。我国自行研发的低合金白口铸铁，成本低,性能良好，在中、小冲击负荷下取得良好效果。近年来，结

合我国资源情况，研究人员还开发研制了锰系白口铸铁,硼系白口铸铁。锰系白口铸铁分中锰(5%～6%)和高锰(7%～11%)两类，硼系白口铸铁分高碳低硼和低碳高硼两类，采用不同热处理工艺，得到相应的力学性能【3】。

3.3 其它

表面工程作为一个较新的研究领域，近年来硕果累累，其产业化也是方兴未艾。目前，我国在热喷涂涂层、EB-PVD 涂层、自蔓延高温合成涂层及扩散涂层等抗冲蚀磨损防护涂层方面的研究取得了很大进展。耐磨损作为表面工程材料（技术）的主要应用领域之一，特别是对于某些只有表面磨损的零件，表面工程更显出其重要意义。这些技术的发展，将使耐磨钢的开发前景广阔。

激光表面处理技术以加热速率高、温度高、热影响区小、可局部加热、处理后材料冷速快而晶粒细小、可机械化自动化操作、无污染等优点，越来越被人们所重视。研究人员已经开始将激光淬火、激光表面熔凝处理、激光表面合金化、激光熔覆等激光处理技术应用到耐磨钢领域，并取得了一定的进展。结束语

1.耐磨金属材料产品现已趋向标准化、系列化，其产品质量也要得到保证，且仍要不断研发低成本耐磨材料、耐磨复合材料、抗磨蚀材料、耐热耐磨材料、耐磨表面工程技术、磨损机理与失效分析方面的研究，真正掌握和稳定实施已成熟的生产工艺并推广应用新工艺新技术。

2.最大力度的控制冶金质量,使得非金属夹杂物和气体含量得到降低,从而进一步提高铸件力学性能、耐磨性和使用性能；推广先进铸造工艺,改善铸件质量,生产优质耐磨金属材料；

3.我国高锰钢、抗磨白口铸铁等都制定了国家标准,耐磨合金钢也将制定国家标准,制造厂应参照国家标准,制定严格企业标准指导生产，同时完善测温、成分分析、力学性能测试、探伤等检测设备,建立完整的质量保证体系。

参考文献

（1）邱常明 王彦风 张贵杰 TG142.42（2）张磊 河南 TG11 1007-8320（2009）04-0038-02（3）李茂林 安徽 TG135.+6 1001-4977（2002）09-0525-05（4）王洪发 北京 TG135.6 1001-4977(2000)S01-0577-06

第二篇：金属采矿方法现状

金属采矿方法现状

单位：辽宁工程技术大学 院系：矿业学院

专业班级：采矿专业14-2班 姓名：刘振宇 学号：1401020220 指导教师：王鑫阳

2016年10月11日 / 8

内容摘要

伴随着社会经济的迅速进步与不断发展,人们对于金属的需求逐渐提高。摘要讨论了我国金属矿山主要采矿方法的特点、应用情况，系统和全面地介绍了 50 年来我国金属矿山采矿技术在露天开采、井巷掘进、采矿方法、矿山充填、采矿装备和采矿环境控制等方面的主要成就,其中露天开采方法主要有：陡帮开采，松土机-铲运机露天开采，间断连续开采，高阶段采矿，露天开采工艺：陡坡铁路，装备大型化，边坡稳定与境界，边坡监控，露天地下联合开采。地下开采方式：空场采矿法，崩落采矿法，充填采矿法，深部开采，原地溶浸采矿法。

关键词：采矿方法现状；露天开采；地下开采。

Content summary With the rapid development of social economy and the continuous development, people's demand for metal gradually increased.In this paper, the main characteristics of China's Metal Mines mining methods, and systematically introduces 50 years of mining technology of metal mine in China in open-pit mining, tunneling, mining method, mine filling, mining equipment and mining environment control etc.the main achievements, which are the main method of open-pit mining: steep slope mining, scarifier scraper open-pit mining, continuous mining, high level mining, open-pit mining, technology: steep slope railway, large-scale equipment, slope stability and state, slope monitoring, combined open pit and underground mining.Underground mining: open stope mining method and caving mining method, filling method, deep mining, in-situ leaching mining method.Key words: mining method status;open pit mining;underground mining./ 8

目录

引言………………………………………………………………………………………………………………………………4

第1章金属矿的种类………………………………………………………………………………………………...4

第2章中国金属矿的采矿方法………………………………………………………………………………….…4

2.1露天开采………………………………………………………………………………………………….…....4

2.1.1露天开采工艺………………………………………………………………………………………………..5

2.1.2爆破技术………………………………………………………………………………………………………..6

2.2地下开采工艺…………………………………………………………………………………………………6

2.2.1空场采矿法…………………………………………………………………………………………………….6

2.2.2崩落采矿法…………………………………………………………………………………………………….6

2.2.3 充填采矿法…………………………………………………………………………………………………….6

2.3深部开采………………………………………………………………………………………………………….….7

2.4原地溶浸采矿法…………………………………………………………………………………………….……7

第3章结语………………………………………………………………………………………………………………….8

参考文献……………………………………………………………………………………………………………………..…8/ 8

引言

中国是一个金属矿采矿历史非常悠久的国家。三千年之前，就已经开始通过凿井对铜矿资源进行开采。两千多年前，开采技术已非常广泛地运用在矿产资源开采当中。但近代之后，我国金属矿开采技术一直处于长时间落后的状态，矿产资源的生产大都是经过手工作业的方式进行。直至50年代，金属矿采技术才获得了一定程度的发展和进步。特别是最近三十年，我国逐渐对现代化采矿技术和采矿工艺开展了全方位的探究。在露天陡帮的开采、连续和间断开采、分段中深孔的采矿、大直径深孔的采矿、自然崩落采矿、机械分层的采矿、溶提采矿、岩体加固和支护、高效率的矿山充填、井下成套采矿装备、矿山的防治水、露天的成套采矿装备等方面都获得了非常大的成效。为此，我国金属矿采矿技术水平得到了迅猛提升，这将促使金属矿开采技术的飞速发展与进步。第1章金属矿的种类

所谓金属矿是指经冶炼可以从中提取金属元素的矿产。如黑色金属矿产:铁、锰、铬、钒、钛等是用做钢铁工业原料的矿产。有色金属矿产包括：铜、锡、锌、镍、钻、钨、目、汞等。贵金属包括：自、铑、金、银等。轻金属矿产包括:铝、镁等。稀有金属矿产包括：锂、铍、稀土等。多数金属狂插的共同特点主要表现在质地比较坚硬、有光泽等方面。金属矿产按其物质成分、性质和用途可分为5类：黑色金属矿产、有色金属矿产、贵金属矿产、称有分散元素矿产、半金属矿产。第2章中国金属矿的采矿技术 2.1露天开采

露天开采的地下开采两者比较起来，还是露天开采的量还是比较大的，新世纪一来，两者的产量比已经基本稳定在5:1到6:1左右，露天采矿占84°%,地下采矿占16%。虽然浅部的资源可开发量在不断减少，而深部的可开采资源量在不断增加，这一比例会受其影响不断减小,但是露天开采量还是会占到较大的比重。2.1.1露天采矿工艺

现代化的露天采矿工艺的技术发展趋势是开采工艺的综合化。开采工艺的选择，贵在因地制宜。对于那种范围广阔，能力巨大的大型矿山，应该要针对不同的开采对象、不同开采地段、不同开采深度的特点，采用不同的开采工艺，组成一个综合开采工艺的开采方案, 以实现优化开采效果。这一方法已经成为现代化的露天开采技术的发展趋势了。陡帮开采技术、分期开采技术、间断一连续开采技术、高台阶开采技术等，都是现金综合采矿工艺中常用的技术。

（1）陡帮开采。这一开采技术具有初期剥离量小，基建工程量少，建设周期短和最终边坡暴露时间短等优点。因此，我国“八五”期间，将陡帮开采列入国家科技攻关项目并在南芬露天矿开展了大规模的工业试验，为我国大中型露天矿的技术改造和新建、扩建提供了实践经验。目前我国金堆城、紫金山、眼前山等矿山都采用陡帮开采。

（2）松土机一铲运机露天开采。这种开采工艺主要应用于铝土矿开采，其技术特点是用松土机松散和破碎矿岩，以代替凿岩爆破，铲运机进行装载、运输和卸载。其工艺简单一机多用，通过分层铲装实现分层开采、分层排土，是实现排土一复垦一体化的理想工艺。1984年在孝义铝矿进行了该工艺的试验研宄并取得成功，目前己推广应用。/ 8

（3）间断一连续开采。这种采矿工艺是在工作面用电铲装载矿石，经汽车运输和破碎机破碎后，用胶带运输机将矿石运出采场。这种工艺有利于发挥汽车和胶带机的优点，适合于深凹露天矿开采。自20世纪80年代开始，我国先后在大孤山、东鞍山等铁矿和德兴铜矿应用该开采工艺。1997年齐大山铁矿通过引进，建成了采场内可移动式矿岩破碎一胶带运输系统，标志着我国深凹露天矿开采工艺进入了世界先进水平。

（4）陡坡铁路。采用陡坡铁路运输是解决深凹露天矿(米深350 ~ 400 m)开拓运输问题的发展方向。深凹露天矿改用陡坡铁路运输可保证铁路运输进入露天矿更深的水平，矿山基建工程和汽车集运量分别减少2.5%和1.5%运距缩短30%,由采场向上提升矿岩的费用降低20%,而且减少线路的移道工作量，可获得巨大的经济效益。为了将铁路坡度由30 %提高到40 %目前正在进行着“十五”国家科技攻关计划，分别在攀枝花和首钢水厂铁矿实验。

（5）高台阶采矿。随着露天开采设备大型化的发展，国外一些矿山研宄并采用高台阶开采工艺。我国对高台阶开采技术的研宄起步较晚，采用高台阶开采的露天矿不多，台阶高度最大也只有14~ 15 m。近几年来我国大型露天铁矿装备水平有了很大提高，采用10 m3以上的大型挖掘设备逐渐増多，为高台阶开采新工艺的实施提供了有利的技术保证，为此，将本项目列入国家“八五”科技攻关项目，南芬露天铁矿南山扩帮区开采参数优化表明，与12 m台阶相比，18 m高台阶开采的单位成本可降低5.76% ~ 6.12%,动态效益每年可节省1 052 ~ 1 162万元。南芬露天铁矿18 m高台阶开采工艺研宄和实践表明，高台阶开采技术是成功的，经济效益可观。

（6）装备大型化。随着高新技术特别是微电子技术的进一步扩大应用，大功率柴油机和大规格轮胎相继研制成功，为装载设备大型化发展创造了条件。在21世纪必将会有采用先进技术特别是高科技微电子控制系统的、更加灵活可靠的、造价较低的更大型装载设备登上露天开采的舞台。1988年，露天矿穿孔设备实现了国产化。至20世纪90年代，国产15 t到154 t的矿用自卸汽车形成系列产品，使露天矿用汽车不再依靠进口。（7）边坡稳定与境界。露天矿山采场合理境界确定是矿山设计和工程科研中的重要内容。一旦露天矿山采场境界确定后，边坡稳定性研宄就成为检验矿山设计方案合理与否的重要手段。因而边坡岩体稳定性研宄和分析己成为露天矿山尤其是大中型露天矿山贯穿整个生命周期的重要工程课题之一。在这方面，我国许多矿山取得了一些经验，其中，石录铜矿20世纪20世纪80年代采用半掩埋式抗滑粧加固了一长为120 m、垂高高度16 m的滑体;20世纪90年代会东铅锌矿采用6座高强抗滑粧和196根34 ~ 36 m的预应力长锚索组成的抗滑粧、长锚索、锚杆联合加固方式，成功地加固了山坡露天矿高边坡上的35万m3不稳定岩体。

（8）边坡监控。在露天采矿技术较先进的国家，边坡角己达45°左右，而在我国是40°左右。为了生产安全和避免损失，必须搞好岩移监测预报。20世纪90年代随着集成电子技术的发展，矿用监测仪器向便携式小型化、智能化、高精度、多功能、多层次方面发展，例如全站仪、声发射仪。尤其是近年发展起来的“3S”技术，将使金属矿山（特别是大型露天矿边坡）的岩移监测实现遥控全天候监测。

（9）露天地下联合开采、露天转地下开采技术。我国正在进行露天转地下开采的矿山或露天与地下联合开采的矿山，如广西的大新锰矿、河北的建龙铁矿、福建的连城锰矿、河南的银洞坡金矿、安徽的新桥硫铁矿、铜山铜矿和凤凰山铜矿、吉林板石沟铁矿等。取得了大量的成功经验。2.1.2爆破技术 / 8

牙轮钻机正向増大孔径(450 mm, 480 mm)、加大孔深方向的趋势发展，而今后要主要向自动化方向发展。控制爆破技术广泛应用挤压、微差爆破、孔内微差爆破、大爆区微差爆破等技术，解决了难爆矿岩的破碎块度问题和爆破减振问题。新型炸药以及爆破器材不断问世:铵油炸药及各种衍生含水炸药、防水浆状炸药、爆药雷管、电子雷管、塑料导爆系统、气爆系统等新型爆破器材的使用对提高爆破精度、改善爆破质量、加强爆破安全等都有重大的影响。其中，在南芬露天铁矿，采用奥瑞凯雷管起爆器材，基本上实现了逐孔起爆的功能。

2.2地下开采工艺 2.2.1空场采矿法

(1)VCR法。20世纪80年代，VCR法（大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法）首先在我国凡口铅锌矿试验成功。随后，这一高效率的采矿方法先后在金川有色金属公司、安庆铜矿、金厂略金矿和狮子山铜矿等矿山得到推广应用。1980 ~ 1985年间，在凡口铅锌矿又试验成功了另一种具有代表性的大直径深孔采矿方案，即阶段深孔台阶崩落采矿法。该采矿方法的实质是:将露天矿的台阶崩矿技术应用到地下开采中，即在采场的局部面积上，先形成切割槽，然后以这一切割槽为自由面和补偿空间，采用大直径深孔装药进行全阶段高或台阶状崩矿，崩落的矿石由采场下部的出矿系统运出。

(2)地下金属采矿连续化。地下金属矿山连续开采主要包括:矿房的连续回采、矿体(床）的连续开采、矿石的连续运送及全工艺过程的连续化。即在开采过程中一步化；回采过程中落矿、出矿、矿石运搬工艺的连续作业化;井下矿石的转载、运输、提升等环节矿石的连续化;掘进、落矿、出矿、运搬、运输等全工艺过程的连续化。2.2.2崩落采矿法

(1)无底柱分段崩落法，大结构参数。我国无底柱分段崩落法面临着一个如何加大和优化结构参数的问题。结构参数优化的主要方向是増大进路间距。増大进路间距将大幅度地减少采掘工程量，仅梅山铁矿将15 mX 15 m结构改为15 mX 20 m结构参数，将减少采掘工作量25%同时増大了一次崩矿量，提高采矿强度，降低矿石成本提高矿山的经济效益。由于増大进路间距具有较强的可操作性，易于推广应用，目前程潮、桃冲、板石沟、北铭河等矿山都应用了该技术具有重要的实践意义。低贫化放矿。低贫化放矿或无贫化放矿是指在放矿过程中当矿岩界面正常到达出矿口时便停止放出，以保持矿石界面的完整性，最大程度地减少矿岩的混杂性。低贫化放矿首先在镜铁山铁矿试验和应用成功，由于其具有简单、灵活、易于操作和无需对原采矿方法作重大改革等优点且可降低贫化、减少岩石混入而带来巨大的经济效益，因此，具有广阔的应用前景。目前，低贫化放矿在程潮、桃冲、弓长岭等矿山得到应用。

(2)自然崩落法自然崩落法是一种利用岩石自然应力落矿的方法，具有生产能力大、采矿成本低的优点，特别适用于矿体厚大、矿化均匀易于自然崩落的低品位矿床开采。其应用原理是在矿块大面积拉底后，破坏了矿块内矿体的应力平衡，引起应力重新分布，必然形成新的自然平衡拱，拱内矿石因受重力作用而周期性脱落。铜矿略矿自1989年至 2002年应用该法在810 ~ 930 m采场累计出矿量 2 450.48万t,占回采矿量的101.2%。2.2.3充填采矿法

我国先后采用干式、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等新工艺与新技术。最近，我国成功地试验了一批具有世界先进技术水平的充填采矿工艺。具有代表性的是:高水全尾砂速凝固化胶结充填新工艺、高浓度全尾砂自流输送及泵压输送充填新工/ 8

艺、粗粒级水砂充填新工艺、膏体泵送充填工艺与技术等。其中1994年在金川镍矿建成了我国第1个膏体泵送充填系统，1999年又在铜绿山矿建成了第2个膏体泵送充填系统。

2.3深部开采

我国除1969年闭矿的石嘴子铜矿外，近年己有一批金属矿山进入深部开采，即垂直开采深度超过600m以上。例如红透山铜矿目前开采己进入 900 ~ 1 100 m深度;冬瓜山铜矿矿体埋深达1 000 m,现建成2条超1 000 m竖井正进行深部开采；弓长岭铁矿设计开拓深度一750m,距地表达1 000 m;夹皮沟金矿己有2个坑口工作深度超过600 m, 其中二道沟坑口工业矿体延深至1 050 m,湘西金矿开拓38个中段，垂深超过850 m。此外，还有寿王坟铜矿、凡口铅锌矿、金川镍矿、乳山金矿等许多矿山，本世纪将进入深部开采。

国内深部开采技术:石嘴子铜矿是国内深部开采矿山之一，共22个阶段，最深达950 m。曾使用各种不同结构的浅孔留矿法，回采厚度1 ~ 35 m、平均6.3 m,平均倾角82°的矽卡岩型铜矿床，后期由于地压大，上下盘岩石收敛，顶板管理复杂，以大量矿石损失与贫化而结束回采作业。可以说是一座不成功的深部开采矿山。近期己有一批金属矿山相继进行深部开采，由于我国目前深部开采技术水平低，经验不足，因此，在第9个五年国民经济发展计划期间，国家把深部开采技术列入科技攻关研宄项目，分别在有色金属矿山的冬瓜山等3座矿山与黄金行业湘西金矿进行多项目联合攻关，通过研宄与实践，积累经验，指导其它深部金属矿床开采。2.4原地溶浸采矿法

原地溶浸采矿是将采、选、冶技术结合起来的一种直接从地下提取金属的开采工艺。铀、铜、金、银等20多种金属矿床都有可能应用溶浸采矿。我国原地溶浸采矿技术于1985年在铀矿试验成功，并己建成原地溶浸采铀矿山。1995年，长沙矿山研宄院在东乡铜矿进行了国内首次井下原地破碎浸铜试验;1998年北京矿冶研宄总院又在武山铜矿完成了原地浸铜试验。第3章结语

本文总结了我国目前的金属采矿的方法，这是我国自从50年代以来方法的总结，我国金属矿采矿技术己取得显著成就, 但总体水平仍然较低,与国际先进水平相比存在较大差距。其突出表现是多数矿山装备落后、开采规模小、劳动生产率低、矿山效益差和矿产资源利用率低。因此,矿山的效率和效益、资源保护性开采和自然环境保护 ,将在 21 世纪的一定时期内成为我国金属矿山采矿技术进一步发展的主要目标。其主要发展方向则有 :机械化大规模采矿、深井采矿、溶浸采矿和充填采矿等工艺和技术。发展机械化大规模采矿以解决矿山装备落后、开采规模小和劳动生产率低的问题,包括发展大型露天采矿装备和大型地下无轨采矿装备 ,以及高阶段深孔采矿法、高分段崩落采矿法和自然崩落采矿法等大规模地下采矿工艺。发展深井采矿技术以适应矿床开采向深部转移的需要。发展溶浸采矿是为了适应贫矿资源开采的需要 , 以提高矿山效益。发展充填采矿技术则为了充分利用矿产资源 ,实现资源保护性开采和有效地保护环境。随着科学技术的进步和采矿技术条件的进一步复杂化,还将逐步发展露天地下联合采矿技术、无爆破采矿技术、自动化采矿技术和连续采矿技术。

参考文献： / 8

张幼蒂.现代露天开采技术国际发展与我国露天采煤前景[J].露天采矿技术，2005.[2] 吴爱祥，王洪江，杨保华.等.溶浸采矿技术的进展与展望[J].采矿技术，2006 [3] 古德生，李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京:冶金工业出版社，2006.[4] 中国大洋协会.深海采矿技术发展战略概述[J].国际海底开发动态，2004.[5] 周锦华，胡振琪，高荣久.矿山土地复垦与生态重建技术研究现状与展望[J].金属矿山，2007.[6] 周爱民.建国以来我国金属矿采矿技术的进展与未来展望[J].矿业研宄与开发，1999 [7] 吴爱祥.我国地下金属矿山连续开采技术研究的发展[M].有色矿山，2002 [8] 张树茂.铜矿峪矿自然崩落法回采实践[M].金属矿山，2003 [9] 姚香.关于深部开采技术的探讨[M].黄金，1998 [10] 孙豁然，我国金属矿采矿技术回顾与展望[M].金属矿山，2003.07.10 [1] / 8

第三篇：第二章 耐磨耐高温材料

第二章 耐磨耐高温材料 第一节 耐磨材料

在此主要介绍制造刀具的耐磨材料，常用的耐磨材料有碳化硅、氮化硼、氧化铝和硬质合金。

它们都是硬度大，熔点高的物质，而且在较高的温度下仍能保持足够的硬度和耐磨性。

一、碳化硅（SiC）

碳化硅的晶体结构和金刚石相似，属于原子晶体。它可以看作是金刚石晶体中有半数的碳原子被硅原子所取代。mp=2827℃，硬度近似于金刚石，故又称为金刚砂。

制备，将砂子（二氧化硅）和过量焦炭的混合物放在电炉中加热：

加热 SiO2 + 3C ——→ SiC + 2CO 电炉

制得的碳化硅是蓝黑色发珠光的晶体,化学性质很稳定,即使在高温下也不受氯、氧或硫的侵蚀,不和强酸作用,甚至发烟硝酸和氢氟酸的混合酸(HNO3 + HF)也不能侵蚀它。

但是SiC在空气中能被熔融的强碱或碳酸钠分解: 加热

① SiC+ 4KOH + 2O2-----K2SiO3 + K2CO3 + 2H2O

加热

② SiC + 2Na2CO3-----Na2SiO3 + Na2O + 2CO + C 应用:工业上SiC常用做磨料和制造砂轮或磨石的磨檫表面。

SiC磨料的硬度高,棱角锋利,但性脆,抗张强度小,宜用来磨脆性材料。

常用的SiC磨料有两种不同的晶体,一种是绿SiC,含SiC 97%以上,主要用于磨硬质合金的工具;另一种是黑SiC,有金属光泽,含SiC 95%以上,强度比绿SiC大,但硬度较低,主要用于磨铸铁和非金属材料。

二、氮化硼(BN)BN是白色耐高温的物质,不溶于水,可以由

熔融

B2O3 + NH4Cl--------BN + HCl + H2O 也可B在NH3 中燃烧而制得,BN有两种晶体结构,一种与金刚石相似,另一种与石墨相似,这是由于(BN)n与单质碳(C2)n是等电子体,因此人们根据许多感性知识总结出一条经验规律: 具有相同电子数(全部电子数或价电子数)和相同原子数(H，He，Li除外)的分子或离子，它们的电子式和原子的排列方式相似，性质也相似。这条规律叫做等电子原理。

由于B比C少一个电子，而N比C多一个电子，BN与单质碳电子数和原子数都相等，应该有相似的晶体结构。

通常制得的BN是石墨型的，俗称白色石墨，它是比石墨更耐高温的固体润滑剂。

和石墨转变为金刚石的原理相似，石墨型BN在高温（1800℃）、高压（800 Mpa）下可转变为金刚石型BN。

这种BN中B-N键长（0.156 nm）与金刚石中C-C键长（0.154 nm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，所以是新型耐高温的超硬材料，用来制作钻头，磨具和切割工具。

三、刚 玉

刚玉是自然界中以结晶状态存在的氧化铝，它的硬度很高，仅次于金刚石和金刚砂。

人工高温烧结的氧化铝称为人造刚玉。刚玉也是常用的磨料，其抗弯强度较大，韧性较好，但硬度较低，适用于磨削抗张强度大和有韧性的材料如碳钢、合金刚等。

刚玉中含有少量其他氧化物质，能呈现不同的颜色。例如，含有少量的Cr2O3时，形成红宝石，含有少量铁和钛的氧化物时，得到蓝宝石。

现在可以用人工方法合成各种宝石，人造宝石常用作机器、仪表中轴承和手表中的钻石。

四、硬质合金

第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ副族金属和C、N、B等形成的化合物，硬度和熔点等特别高，统称为硬质合金。

下面以碳化物为重点来说明硬质合金的结构、特性和应用。

碳与电负性比碳小的元素形成的二元化合物，除碳氢化合物外，都叫做碳化物。

碳化物有三种类型：

一类是碳和活泼金属形成的碳化物，例如CaC2是离子型碳化物，能和水或稀酸作用，生成碳氢化合物。

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca（OH）2 CaC2 + 2HCl = C2H2 + CaCl2 第二类是碳和非金属元素硅或硼形成的碳化物，它们是共价型碳化物，在固态时属于原子晶体。

第三类是碳和第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ副族金属形成的金属型碳化物。

这些过渡金属电负性不太小，不能与碳以离子键或共价键形成结合，但碳原子半径小，可溶于这些过渡金属形成间充固溶体。

在适宜条件下，当碳含量超过溶解度极限时，可出现一种突变，形成间充化合物，使原金属晶格转变为另一种形式的金属晶格，如Fe3C、WC等。

这类金属型碳化物的共同特点是具有金属光泽，能导电传热，硬度大，熔点高，但脆性也大。从几何学方面考虑，要形成简单结构的间充化合物，间充原子和金属原子的半径比必须小于0.59。

C的原子半径为0.077 nm。金属原子的半径应大于0.130 nm。

Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W等都大于0.130 nm，其碳化物的晶体结构与原金属相似。

Cr、Mn、Fe、Co、Ni等原子半径小于0.130 nm，晶格中空隙较小，形成碳化物时，使金属晶格发生较显著的变化，形成复杂结构的间充化合物。这些碳化物的化学键在不同程度上表现出向离子键过渡，因而具有一些接近离子型碳化物的性质。例如，Fe3C的硬度和熔点要低于TiC、WC等，化学稳定性也较差，和稀酸作用生成CH4和H2。

Fe3C + 6HCl= 3FeCl2 + CH4 + H2

与离子型化合物或共价形化合物不同，间充化合物的化学式是不符合正常化合价规则的，间充化合物本身还能溶解其它的组成元素而形成以间充化合物为溶剂的固溶体，其成分可以在一定范围内变化。

同一周期的过渡元素，由第Ⅳ副族开始，从左至右形成的碳化物稳定性依次降低。

例如，第4周期元素中，Ti、V能形成很稳定的碳化物,Cr、Mn、Fe的碳化物稳定性较差，Co、Ni的碳化物就不大稳定，Cu则不能形成碳化物。

这是因为形成金属碳化物的实质是碳原子的价电子进入过渡元素次外层d亚层的空轨道上，金属原子次外层d亚层上电子数越少（d亚层的空轨道越多）该金属和碳结合力就越强，这种碳化物的稳定性也就越高。从原子结构来看，同周期中由第Ⅳ副族开始，从左至右，次外层d亚层的电子数逐渐增加，形成的碳化物稳定性便依次降低。

金属型碳化物是许多合金钢中的重要组成部分，对合金钢的性能有较大影响。例如，一般工具钢当温度达到300℃以上时，硬度显著降低，使切割过程不能进行；但含W 18%，Cr 4%，V 1%的高速钢制成的刀具有较高的红硬性，当温度接近600℃时，仍能保持足够的硬度和耐磨性，因此可在较高的切割速度下进行切割，并提高了刀具的寿命。

这主要是由于高速钢中含有大量W、Cr、V的碳化物。

碳化钛具有高熔点，高硬度，抗高温氧化，密度小和价廉等优点，是一种非常重要的金属型碳化物，并得到了广泛的应用。

除碳原子外，周期表中与碳相邻的氮N原子和硼B原子也能进入金属晶格的空隙中形成间充型碳化物相似的性质：能导电、传热、熔点高、硬度大。

由于N原子半径（0.075 nm）比C原子半径（0.077 nm）还略小些，不仅Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W等能和N形成晶体结构与原金属相似的间充化合物，就是Cr、Mn、Fe、Co、Ni也能和N形成晶体结构与原金属相似的间充化合物，但Mn、Fe、Co、Ni等氮化物的晶格已发生某种程度的变形。

渗氮

B原子半径（0.082 nm）比C原子半径略大，所以硼化物的晶体结构就比较复杂。

常用的硬质合金可分为两大类：

一类是钨钴硬质合金：例如，YG6 是含WC 94%，Co 6%的硬质合金，其中Co起粘合剂的作用，钴含量越高，韧性越好，能抗冲击，但硬度和耐热性降低。

另一类是钨钴钛硬质合金：例如YT14是含WC 78%、TiC 14%、Co 8%的硬质合金，加入Ti能提高合金的红硬性，在1000～1100℃时还能保持其硬度。硬质合金刀具的切削速度可比高速钢刀具提高4～7倍，所以硬质合金是制造高速切削和钻探等工具主要部分的优良材料。

钢铁制件在化学热处理过程中，使碳、氮或硼等渗入低碳钢的表面，能在钢的表层生成具有高硬度和耐磨性的碳化物，氮化物或硼化物，而钢的内部仍保持塑性和韧性。

近年来制成一种新型工具材料--钢结硬质合金。它是以TiC、WC等碳化物为硬质材料，用铬钼钢或高速钢作“粘合剂”而制成的。它兼有硬质合金和钢的性能，既有一般合金钢的可加工、热处理、焊接的性能，又有硬质合金的高硬度、高耐磨性等优点，克服了工具钢不耐磨和硬质合金难加工的缺点，而且成本较低，是很有发展前途的材料。另外，通过气相沉积的方法在合金钢表面涂一薄层耐磨的TiC或TiN涂层以形成涂层硬质合金，它也兼有硬质合金和钢的性能。

第二节 耐高温材料

一、耐热合金

耐热合金用作各种热机和化工装置的高温部件，是提高这类机械性能和效率不可缺少的材料。

耐热合金应具备以下的性能：

1、在高温条件下，仍有较好的机械性能。

2、组织的稳定性：在高温条件下，不会由于相变而引起韧性或断裂强度降低。

3、耐高温腐蚀、高温时能抵抗周围介质中氧气、硫和其他杂质的腐蚀。

第Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ副族元素是高熔点金属。因为这些元素原子中未成对的价电子数很多，在金属晶体中形成了坚强的化学键，而且它的原子半径较小，晶格结点上粒子间的距离短，相互作用力大，所以熔点高，硬度大。

耐热合金主要是Ⅴ～Ⅶ副族元素和第Ⅷ族元素形成的合金。按化学成分可分为铁基合金、镍基合金、钴基合金和铬基合金等几种类型。

耐热合金钢是以铁为主要成分的铁基合金，耐热合金钢中含有一定量铬，因为铬易形成具有保护性的氧化物，可提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。一般随着铬含量的增多，耐热钢的耐高温腐蚀性相应提高。耐热钢中加入适量的Mo（0.2～2.0%）,对增加蠕变强度是很有效的。

近年来,随着科学技术和工农业生产的发展,对耐热合金的要求越来越高,希望提高使用温度,延长在高温下使用的时间,并减轻质量,因此逐渐从镍铁基合金代替铁基合金。

镍铁基合金含有Ni25～60%和Fe15～60%，还含有Cr、Mo、W、Ti、Nb等元素，增加了高温强度。

在大多数镍铁基耐热合金中，Ni和Fe含量必须保持适当比例，这会影响合金的成本和有效的使用温度范围。

一般来说，Ni含量高则使用温度高，稳定性也得到改善，但成本较高。

二、耐火材料

耐火材料是指能耐1580℃以上的高温，并在高温下能耐气体，熔融金属，熔融炉渣等物质侵蚀，而且有一定机械强度的无机非金属材料。耐火度是材料受热软化时的温度，它是耐火材料的重要性能之一。

常用的耐火材料是一些高熔点的氧化物、碳化物和氮化物。

按耐火度的高低，可分为：

普通耐火材料 耐火度为 1580～1770℃

高级耐火材料 1770～2000℃

特级耐火材料 >2000℃ 按化学性质可分为：酸性耐火材料、碱性耐火材料和中性耐火材料，此外还有碳质耐火材料。

1、酸性耐火材料: 主要成份是一些高熔点的酸性氧化物。

例如SiO2(mp1610℃)能耐酸性物质的侵蚀,但在高温下易和碱性氧化物,熔融的碱或Na2 CO3 发生发应而受到侵蚀。

SiO2 + CaO = CaSiO3 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑ 常用的酸性耐火材料有

硅酸 SiO2 >93% 耐火度1670～1710℃ 半硅酸 SiO2 >65% Al2O320～30% 1650～1710℃ 粘土砖 SiO2 50～60% 弱酸性 1650～1710℃

Al2O3 30～48%

2、碱性耐火材料，主要成分是一些高熔点的碱性氧化物。

例如MgO(mp2802℃),CaO(mp2587℃)能耐碱性物质的侵蚀，但在高温下易受酸性物质的侵蚀： MgO + SiO2 = MgSiO3 CaO + SiO2 = CaSiO3

常用的碱性耐火材料有

镁砖 MgO >87%（镁砂）耐火度2000℃

铬镁砖 MgO >30-70% Cr2O3>10-30%

3、中性耐火材料：

主要成分是Al2O3(mp2027℃)，Cr2O3(mp2265℃)等两性氧化物，它们在高温条件下显得十分稳定，既不易和酸性氧化物作用，也不易和碱性氧化物作用，因而抗酸碱侵蚀的性能较好。

常用的中性耐火材料有高铝砖

Al2O3>48% 1750-1790℃

刚玉砖 Al2O3>48% 1840-1850℃ 价格较贵 Si3N4

4、碳质耐火材料，主要成分为石墨，碳化硅等。SiC硅>2000℃ 中性 用作小电炉的盖子

石墨砖，中性>3500℃ 在高温下抗氧化性能较差

高熔点氧化物的绝热性良好，很多保温材料（绝热材料）的主要成分就是MgO，Al2O3、SiO2等氧化物。

例如，硅藻土（非晶体SiO2）、石棉（主要成分为CaO、3MgO、4SiO2）等，这些材料密度较小，内部有很多小气孔，易吸附空气，是很好的绝热体。

此外，耐火混凝土也是常用的一种耐火材料，它是用一定量的粒状耐火材料加入胶粘物质（如水玻璃、粘土、磷酸等）和水配成的混合物，由于具有很强的粘合性，且在高温下可烧结成致密、坚固的硬块，常用作砌炉时的粘合剂。

三、金属陶瓷

有一种陶瓷刀具是用微细的Al2O3和10%粘合剂的混合物在不活泼气氛（如稀有气体、N2等不易与其他物质发生化学作用的气体）中，于高温下烧结制成的。它的优点是高温硬度较高，到1100℃时仍保持高硬度。其抗弯程度在低温下虽较差，但随温度升高抗弯强度降低较少，因而对高速切削很有利。

近年来随着火箭、人造卫星及原子能等尖端技术的发展，对耐高温材料提出了新的要求，希望能在高温时有很高的硬度、强度，经得起激烈的机械震动和温度变化，又有耐氧化腐蚀、高绝缘等性能。无论高熔点金属或陶瓷都很难同时满足这些要求。

金属易导电，传热，在高温时易氧化；陶瓷强度，韧性较差，在机械震动下脆裂，金属陶瓷是陶瓷相和粘结金属相所组成的非均质的复合材料。

陶瓷相是Al2O3，ZrO2 等耐高温氧化物，有时采用几种固熔体；

粘结金属相是某些耐高温金属如Cr、Mo、W、Ti等。将他们研细，混合均匀，加工成型后在不活泼气氛中再烧结，就制得金属陶瓷。它兼有金属和陶瓷的优点，密度较小，硬度较大，耐磨，导热性较好，不会由于骤冷骤热而脆裂。另外，在金属表面加涂一层气密性很好的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀，涂层的成分主要是ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2等。

火箭、导弹和超音速飞机的外壳、燃烧室和尾喷口等处的温度往往高达几千度，没有一种金属或合金能长期承受这样的高温，因此必须通过绝热的办法，使这些部位的金属部件保持较低的温度。为此，利用熔点高，传热性小的陶瓷材料（如氧化铝、氧化锆和氧化镁），使之在金属表面上形成具有无数小孔的涂层，由于小孔内吸附空气，因此具有很高的绝热性能。

四、碳纤维

碳纤维是一种由碳元素组成的，结构象人造丝，合成纤维一样的纤维状材料，它是一种强度比钢大，密度比铝小的新颖材料。

碳纤维有很多宝贵的电学、热学和力学性能，在现代科学技术、现代工业和现代国防的发展中起着重要的作用。

碳纤维目前还不能直接从炭或石墨抽丝制造，它是将有机纤维（如尼龙、丙纶或人造棉等）放在惰性气体中，在保持原纤维形状的情况下烧制而成的。

有机化合物主要有C、H、O、S、N等元素组成，在缺氧的情况下加热时，其中除C以外的元素都分解逸出，制得只含碳元素的材料，所以，合成纤维或人造纤维在隔绝氧的条件下加热，就可转变成碳纤维。

碳纤维的种类很多，由于采用的原料和制造工艺的不同，制得的碳纤维性能也不同。

按制造工艺，碳纤维可分为碳纤维和石墨纤维。有机纤维在2000℃以下碳化而制得的纤维称碳纤维。这类纤维由于处理温度较低，成本较低，含碳量也较低，约为75-95%，晶体结构没有变成石墨型，属于无定形碳，因此称碳纤维。有机纤维在2000℃以上的高温下碳化而制得的纤维称为石墨纤维，其含碳量很高，约为98-99%，晶体结构与石墨相似。按性能的不同碳纤维还可分为普通碳纤维和高弹性模量、高强度碳纤维。

有机纤维在不加张力的情况下，碳化制得的是普通碳纤维。这类纤维的制造成本较低，但是强度和弹性模量不高，只能用于高温电路的保温材料及一般的防腐蚀材料。

有机纤维在受热过程中都要产生收缩，扰乱和破坏了纤维内部分子整齐有序的排列，这样制得的碳纤维弹性模量和强度都不高。

若在制造过程中，一面加热，一面施加张力，使纤维不产生收缩，保证纤维内部分子趋向于整齐有序的排列，这样制得的碳纤维弹性模量和强度都很高，称为高弹性模量、高强度碳纤维。制造过程中的温度越高，生成的碳纤维弹性模量也越高。

弹性模量是表示材料受力后产生变形大小的一个力学性能指标。材料受力后产生的变形越大，说明它抵抗变形的能力越差，弹性模量越低。

弹性模量越高的材料越能承受大的外力。强度是表示在外力作用下，材料抵抗断裂破坏能力大小的力学性能指标。使材料断裂破坏时需要的力越大，强度就越高。

在现代工业技术应用中往往要求材料既坚固耐用又轻巧，这样就要考虑单位质量材料的弹性模量和强度。

把弹性模量和抗性强度分别除以密度所得的值称为比弹性模量和比强度。

碳纤维的比强度是钢铁的16倍，铝合金的12倍。比弹性模量也较钢铁或铝合金大4-5倍。由于碳纤维的比强度和比弹性模量特别高，所以要求减轻自重的物体如飞机、宇宙航行器，船舶等机械设备就有更大的意义。

碳纤维能耐低温，在-180℃的低温下，许多材料变得很脆。甚至钢铁比室温时玻璃更易破碎，而石墨纤维材料却依旧柔顺。

碳纤维也耐高温，在3000-4000℃高温下，在没有氧气存在的情况下，性能依旧不变。一般材料的强度随温度升高要大幅度降低，碳纤维材料是唯一的在高温下随温度升高而强度增大的材料。

碳纤维虽有不少优异性能，但也存在一些缺点，一个缺点就是抗氧化性差，另一个缺点是在断裂破坏之前没有明显的征兆。

把碳纤维埋在磨到一定细度的硅粉中，在惰性气氛中加热到硅的熔点，表面就生成碳化硅涂层，碳化硅是高温下抗氧化性能最好的材料之一，这样可大大改善碳纤维的抗氧化性。

把高强度纤维材料和一些可塑性好，整体性强的基体材料结合在一起形成了复合材料。常用的基体材料有金属、塑料、陶瓷、水泥等。

碳纤维和基体材料制成的复合材料中，碳纤维不仅起到钢骨水泥中钢筋那样的增强作用，而且因为碳纤维被基体材料包裹住，克服了高温下易被氧化的缺点，充分发挥了碳纤维的耐高温特性。

碳纳米管

第四篇：耐磨的人生

耐磨的人生

我的一个朋友在一次意外的事故中失去了右手。炎炎夏日里，我到他的小书屋去选书。我本来打算要穿一件凉爽的短袖汗衫出门的。可是，临行前我还是毅然

换了一件长袖衫??我忘不掉两年前他在酷暑时节穿一件长袖衫对我说“我今生再也无福穿短袖汗衫了”的悲苦神情，我希望这件长袖衫从我身上蒸出淋淋汗水，希

望这淋淋汗水能多少减淡一点朋友的哀伤和痛楚。

当我出现在那间小书屋时，朋友热情地迎上来与我握手。两只左手紧紧相握的瞬间，我俩都忍不住看着对方的衣衫大笑起来??因为，朋友居然穿了一件短衫。

朋友说，谢谢，我知道你的良苦用心。倒退两年，我还真的特别需要你这样做，但现在不同了„„不瞒你说，刚出事的那阵子，我认为我活不下去了，我说什

么也接受不了没有右手的残酷现实。我笨拙地穿衣，歪歪扭扭地写字，刮胡子的时候，把脸刮得鲜血淋漓，上厕所都十分不方便„„我哭，我闹，我摔东西，我把

脑袋剃得溜光来发泄。后来，我就劝自己：别想那只手了，行不？瞧瞧人家古人多么豁达，满嘴的牙齿都掉光了，却说：“口中无碍，咀嚼愈健”；一个叫达克顿 的外国人，曾以为除了双目失明以外可以忍受生活上的任何打击，可他在60岁的时候，却真的双目失明了。这时候，他说：“噢，原来失明也是可以忍受的呀。人

可以忍受一切不幸，即使所有器官都丧失知觉，我也能在心灵中继续活着。”慢慢地，我平静下来。我开始穿着短袖汗衫出门，坦然地面对人们异样的目光。我终

于明白，我其实有一条韧性十足的命，它远比我想象中的那条命耐磨得多„„

那一天，我倒空了自己的钱袋。我跟自己说：多选一些书吧，这间书屋的书一定富含灵魂之钙。

问题：

1、给下列的词语写上近义词。

笨拙（）

不幸（）

痛楚（）

毅然（）

2、这篇短文主要写了一件什么事？_____________________________________________________。

3、“朋友说，谢谢，我知道你的良苦用心”一句话中的“良苦用心”指的是什么？请联系上下文回答。

_________________________________________________________________________________。

4、当你看到这篇短文的题目的时候，你想提出什么问题？请你读完文章后自己回答。

提出问题：

回答 ：

5、面对人生的坎坷，“我”的朋友对人生的态度有什么变化呢？想一想是什么原因使他发生了这样的变化？

_________________________________________________________________________________。

6、读了短文，你一定会有许多感触吧，请用几句话把你的感悟写下来，你一定行！

_________________________________________________________________________________________ 7，文中第一自然段的“毅然”能否去掉？，为什么？

答案：

1、拙劣，倒霉，痛苦，决然。

2.朋友意外失去右臂，生活中遇到一些不便，心里很难过，后来通过读书，使自己坦然面对生活，从而使自己成为强者。

从侧面看到了作者与朋友之间的友谊，以及作者的为人及体贴与细心；

从正面看到了人类坚强的信念作者的朋友，从遭遇不幸时沉溺在颓废、失落和无助的情绪中，而无法自拔。到后来的顽强与坚强。

3、这里的良苦用心是指：作者在去见朋友时，怕触痛朋友的短处（失去右手），而选择在炎炎夏日下，穿了件不符合常理的长袖衫。

4、略。

5，作者的朋友，人生态度的转变主要体现在：遭遇不幸-失落、颓废-顿悟-自强。

是什么原因使他发生了这样的变化呢？主要是：“古人牙齿都掉光了，却还说：“口中无碍，咀嚼愈健”以及“即使所有器官都丧失知觉，我也能在心灵中继续活着。” 6，略。

7，不能，因为如果去掉了，就体现不出“我”的毫不犹豫的心情

阅读理解。

外祖母说话好似在用心地唱歌，字字句句都像鲜花那样温柔、鲜艳和丰润，一下子就牢牢地打进我的记忆里。她微笑的时候，那黑得像黑樱桃的眼珠儿睁得圆圆的，闪出一种难以形容的愉快光芒，在笑容里，快活地露出坚固的雪白的牙齿，虽然黑黑的，两颊有许多皱纹，但整个面孔仍然显得年轻，明朗。但这面孔却被松软的鼻子、胀大了的鼻孔和红鼻尖儿给弄坏了。她从一个镶银的黑色鼻烟壶里嗅烟草。她的衣服全是黑的，但通过她的眼睛，从她内心却射出一种永不熄灭的、快乐的、温暖的光芒。她腰弯得几乎成为驼背，肥肥胖胖，可是举动却像一只大猫似的轻快而敏捷，并且柔软得也像这个可爱的动物。

在她没来以前，我仿佛是躲在黑暗中睡觉，但她一出现，就把我叫醒了，把我领到光明的地方，用一根不断的线把我周围的一切连结起来，织成五光十色的花边，她马上成为我终身的朋友，成为最知心的人，成为我最了解、最珍贵的人，——是她那对世界无私的爱丰富了我，使我充满了坚强的力量以应付困苦的生活的。

1、分别用一句话概括两个自然段的基本内容。

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2、首句“外祖母说话好似在用心地唱歌，字字句句都像鲜花那样温柔、鲜艳和丰润”采用了什么修辞手法？有何作用？

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3、“她微笑的时候，那黑得像黑樱桃的眼珠儿睁得圆圆的”一句中的“睁”能否改为“瞪”？为什么？

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4、“她弯腰得几乎成为驼背，肥肥胖胖，举动却像一只大猫似的轻快而敏捷，并且柔软得也像这个可爱的动物”这句话表达了作者怎样的思想感情？ ___________________________________________________________

5、第一段划线的句子“可爱的动物”和第二段划线的句子“一根不断的线”分别指代什么？ ___________________________________________________________

答案（找作业答案--->>上魔方格）

1、第一自然段：我从外祖母的谈吐和脸部表情中感受到她的和蔼可亲和温柔慈祥。第二自然段：外祖母成为我的终身朋友。

2、采用了比喻的修辞手法，生动形象地描写了外祖母说话的柔和动听和对我体贴入微的关照。

3、不能。因为“睁”是描写外祖母微笑时的神态，如果改为“瞪”，就与“微笑”的神态相矛盾了。

4、表达了我对外祖母的喜爱之情。

5、“可爱的动物”指代的是“一只大猫”，“一根不断的线”指代的是“外祖母对世界无私的爱”。（意思对即可）

阅读下面的语段，完成1—5小题。

每当看到现在孩子背着那印满各式各样卡通画的精致书包上学时，我就会想起属于我的第一个书包。

那是一个花格子书包，妈妈做的。

7岁那年，我终于拥有了上学的资格，可是我没有书包。

那时，我们乡下孩子最常背的就是用花布拼成的花格子书包。每当同学们谈论谁的书包上哪块花布多么好看时，我都会躲得远远的。心里却一遍遍地喊着：我也要一个花格子书包！

终于我向母亲开了口。

“家里没有碎花布。”妈妈平静地说。

“我要！”我固执地坚持着，却不敢看妈妈的脸。家里的窘境我是知道的。面对我的倔强，妈妈没有再说话。

从那以后，我发现从来不喜欢串门的妈妈开始串门了。对于言语少的她来说，和人谈天说地是多么吃力的事情！好几次，在一边玩耍的我发现妈妈的脸被别人的话锋逼得通红通红。不知串了多少家的门，不知有多少艰难的开口，妈妈终于攒够了做书包的花布。

开学的前夜，妈妈把书包做好了。美丽的图案，细密的针脚--这真是一只可爱的书包！我还惊喜地发现，书包里面居然还有一个夹层。这可是我们村独一无二的新设计啊！

我兴奋地把书包看了又看。然后抬头看看妈妈的脸，她的眼神十分安适。

“好好学习。”她依然平静地说。

躺在床上，我的泪水忍不住淌了一脸。愧疚和不安开始一点一点地吞咽我的喜悦和满足。我知道这书包意味着什么：这块块鲜艳的花方格是她一缕缕被撕裂的衿持和尊严，这一道道匀净的线路是她那颗绵延万里却从不言爱的心啊！

第二天上学，我郑重地背上了这只书包。书包里装的东西很少，我却觉得它沉甸甸的。后来，它一直陪伴我读完了小学和中学，直到它不能再用，我也依然保存着它。因为我知道：这只书包必定是世界上最珍贵最美的书包。

1、文中明确揭示中心的句子是

[

]

A、那是个花格子书包，妈妈做的

B、这块块鲜艳的花方格是她一缕缕被撕裂的矜持和尊严

C、这道道匀净的线路是她那颗绵延万里却从不言爱的心啊

D、这个书包必定是世界上最珍贵、最美的书包

2、本文记叙了一件什么事？请用一句话概括。

3、上文中与“这块块鲜艳的花方格是她一缕缕被撕裂的矜持和尊严”相照应的句子是：

4、文中加横线的句子改为“那是妈妈做的花格子书包”，好不好，为什么？

5、作者为什么认为这个书包必定是世界上最珍贵、最美的书包。谈谈你的理解？

题型：阅读理解与欣赏难度：中档来源：福建省期中题 答案（找作业答案--->>上魔方格）

1、C

2、“略”

3、妈妈的脸被别人的话锋逼得通红通红。

4、不好，改后不能突出（强调）书包是“妈妈做的”。

5、“略”

《感受优雅》阅读题答案。

（1）第一次感受优雅，是很久以前的事儿了。那天，我骑车路过使馆区，要横穿一个没

有红绿灯的街口的时候，看见一辆小轿车疾驶而来，我捏住闸，单腿支地，等它过去。

（2）出乎我意料的是，那车也减速停了下来，车里一个胖胖的老外，微笑着冲我挥手示

意让我先过。

（3）现在回想起来，我当时有些失礼，可能是正处在第一次与外国人交流的局促中，我

竟没有任何表示。

(4)哪怕笑一下也好，我后来想。

(5)但那一次，我真真切切地感到了什么是优雅。

(6)后来，学会开车以后，也曾几次在人行道前把车刹住，然后微笑着挥手。然而，我看

到的是面无表情的人流，听到的是身后哇声一片。被我挡住的司机们，不许我优雅，鸣

笛的时候肯定在说：这人真面。

(7)优雅，有时候真的很难，在别人眼里，那是另外的事情。

(8)还有一次，参加一个公司的宴会。组织者可能是怕说完了就吃太没品位，事先准备了

几个小节目，想给食客们添些丝竹之乐。领导致辞后，公司的一位小姐走上台，演奏《梁

祝》。我当时就想：完了。(9)果然，小姐优雅的琴声很快便淹没在觥筹交错之中，虽然其间服务员几次调大麦克风 的音量，但仍一次次地被鼎沸的人声盖住。小姐后来草草地结了尾，红着小脸下台。

(10)这时，席间才传出稀落的掌声。是组织者太天真了，听众们暂时还没有达到双重享受 的阶段。他所期待的台上台下交相辉映的场面只会出现在德国或奥地利的电影中，我想。

(11)前几天，在某公司的演示会上，我再次看到了这种人文的反差。

(12)那次演示会中间有个休息，百十来位听众三五成群地挤在大厅里喧哗，摩肩接踵，像一个集市。

(13)这时，一个西服笔挺一头金发的外国人（对不起，又是一个外国人）出现在会议室门口，他看了一眼熙攘的人群，略一迟疑，但还是走了出来。

(14)他小心翼翼地左右躲闪着，脸上挂着淡淡的微笑，在人缝中慢慢地前行。他冲每一个与他目光接触的人点头致意，如果谁在前面挡住了他的去路，他就停下来，等着，而绝不像我们所习惯的那样分开众人。(15)最后，在走了许多的曲线，几乎绕了一个大弯之后，他向我站的大门口走来。我侧侧身，让开通道。他看见我后，点了点头，经过我身边的时候，还轻声说了一句“Thank you!”。

（16）这个洋人，在腾挪间，把他的教养解释得一清二楚。（17）我真的服了。

（18）这种与世无争的优雅，已经比较接近本意，而不是我们所刻意的那种，比如装束，比如动作，比如在宴会上拉拉小提琴。

1.文章最后一段说这种优雅“已经比较接近本意”，读了此文后，你体会到“优雅”的本意是什么了吗？

2.如何理解第7段中“另外的事情”？作者为什么说“优雅有时真的很难“？

3.品味文章第9段中粗体字，谈谈使用这个词的用意和好处。

答案：

1.这优雅是一种自然而然所散发出的品质，美好且与世无争。

2.“另外的事情”是指不懂优雅的人对优雅本身毫不在意，甚至嗤之以鼻。体现了当今世俗之下，更多的是冷漠与粗俗。

这是作者渴望优雅却得不到回应的烦闷，他所优雅却成了他人的不理解。3.淹没一词使优雅与不优雅形成了强烈的反差，简单两个字却深刻彻底的揭露了现实风气的嘈杂

高明的大自然

①大自然创造的每一个奇迹，提供的每一个榜样，都让人感到神奇高明。

②在众多海洋微生物中，单细胞的原绿球藻显得很普通，但是，它们却是地球上数量最多的光合作用有机体。不要小看这些浮游生物的能量，海洋中如果缺少了它们，整个地球生命就无法繁衍。因为它们为海洋动物提供食物，构成了食物链的基础。原绿球藻类浮游生物拥有高效的光能作用机制，它们就像漂浮在大海上的太阳能电池板，轻而易举地将收集到的阳光转化为养分。

③别以为这没什么了不起。由于原绿球藻数量众多，1升海水中的原绿球藻多达1亿个。当这些浮游生物在阳光下吸收二氧化碳，用其中的碳构造自身细胞并放出氧气时，差不多吸收了海洋中三分之二的碳。这意味着它们在抑制全球变暖过程中的作用是举足轻重的。

④目前我们还不知道这些浮游生物是如何利用太阳能的。一旦我们揭示了其中的奥秘，就可以把这些小生命作为榜样，找到更简单更有效利用太阳能的良策，甚至还能找到抑制全球变暖的锦囊妙计。

⑤提起海藻、鲍鱼、蚌等软体动物的外壳时，人们总是赞叹有加。因为软体动物都是就地取材，利用最常见的碳酸钙原料，遵循高效无污染原则，营造了各种坚固耐用、千姿百态的贝壳式建筑。在高倍数显微镜透视下，鲍鱼的外壳由一层一层的层状组织粘合而成，层状组织由厚约0.005mm的“碳酸钙砖块”堆砌起来，使用的“水泥浆”则是软体动物自身分泌出的有机糖蛋白胶。在有机糖蛋白胶粘合下，软体动物的外壳不仅坚如磐石，而且还具有自我修复功能。

⑥在昆虫世界里，蝴蝶显得分外妖娆。它们翩翩起舞，能够飞越万水千山。科学家研究发现，蝴蝶翅膀上下扇动时，形成了一个漏斗形状的喷气通道。喷气通道的长度、进气口和出气口的大小形状都按一定的规律变化。蝴蝶飞行时，空气会沿着喷气通道从前向后喷出。原来娇小可人的蝴蝶竟是利用喷气原理来飞行的。

⑦光纤的发明，导致了通信传媒领域的革命，特别是在互联网上。让人惊叹的是，在深邃的海洋底部生活的低等动物——海绵身上，早已武装了这项被人类视为高新科学技术的产品。在海绵身体的四周，生长着许多半透明薄膜构成的骨针，这些骨针具有良好的导光性能，与现代光纤材料有异曲同工之妙。海绵利用骨针多提供一些亮点，以吸引更多的绿海藻来自己身边安营扎寨，从而争取到更多的藻类食物。在骨针的牵线搭桥下，深海海绵与绿海藻唇齿相依的共生关系就形成了。

⑧由此可见，大自然在漫长的进化过程中，形成了一个又一个奇迹，这是值得人类敬畏的。

（选自《科学之友》，文章有改动）

13.大自然“让人感到神奇高明”，体现在哪四个方面？根据全文，分别概括回答。（4分）

14.第⑤段介绍了软体动物的外壳，它有哪些特点？（3分）

15.分别指出下列句中加点词的指代内容。（4分）

（1）别以为这没什么了不起。．

（2）一旦我们揭示了其中的奥秘，就可以把这些小生命作为榜样„„ ．

16.下列句中加点词各有什么表达作用？结合文意，简要回答。（4分）

（1）原来娇小可人的蝴蝶竟是利用喷气原理来飞行的。

（2）在骨针的牵线搭桥下，深海海绵与绿海藻唇齿相依的共生关系就形

13.⑴原绿球藻具有高效的光能作用机制；⑵软体动物就地取材高效无污染营造外壳；⑶蝴蝶利用喷气原理飞行；⑷海绵利用骨针获取食物（4分，每一点1分，意思符合即可）

14.坚固耐用（坚如磐石）、千姿百态、具有自我修复功能。（3分，每点1分）

15.（1）这：指代原绿球藻类浮游生物拥有高效的光能作用机制。（2）其：指代这些浮游生物是如何利用太阳能的。（4分，每小题2分）16.（1）竟：表示出乎意料，说明蝴蝶利用喷气原理飞行让人感到惊讶。（2）牵线搭桥：生动形象地说明了骨针在绿海藻与深海海绵共生关系形成中所起的作用。（4分，每小题2分，结合文意，意思符合即可）

第五篇：航空航天金属间化合物研究现状

航空航天金属间化合物的研究现状

摘要：本文主要介绍金属间化合物的分类，现在的研究现状，以及金属间化合物的制备和工艺。金属间化合物简称IMC(Intem~etallicsCompounds)，主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素间形成的化合物，其特点是各元素间既有化学计量的组分，而其成分又可在一定范围内变化从而形成以化合物为基体的固溶体。为了能在21吐纪保持在航空和航天领域的优势，大力推动了这方面的研究工作，并发展出一种能耐更高温度、比强度更高的新型金属间化合物高温结构材料，给新一代航空和航天器的发展开辟一个新时代。关键字：航空航天、金属间化合物、引言

由于金属间化合物材料在航天航空等国防尖端技术领域和机械、冶金、化工等一般工业领域均有着广阔的应用前景，因此，世界上工业发达的国家都投人大量的人力和资金进行金属间化合物材料的研究。美国国防部关键技术计划和国家关键技术计划中均将金属间化合物材料列为关键材料之一。德国和日本等国也有相应的计划。美国是第一个对金属间化合物燃气轮机涡轮叶片进行试验的国家，在该技术领域居领先地位，而德国、法国和日本主要工作集中在金属间化合物的研究上，而不是应用上。我国在国家自然科学基金、国家“863”高新技术及国家科技攻关项目中都将金属间化合物结构材料列为重要的研究课题。

金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主构成的二元或多元合金系中出现的中间相化合物。按照用途可将其分为两类：一类是结构材料，主要是利用其强度、刚度、硬度、耐热性和抗高温蠕变等性能；另一类是功能材料，主要是利用其特殊的光学、电学、声学和热学等特征。用做结构材料的金属间化合物有多种亚型，其中主要包括镍、铁和钛的铝化物，例如Ni3AI、NiAI、Ti3A1、Ti～及Fe3A1和Fe A1等，它们主要用做高温结构材料。由于这类高温材料是具有有序结构相的金属间化合物，故又称高温有序合金或高温金属间化合物。与镍基高温合金相比，这类材料的高温性能更好，可在更高的温度下工作，而且密度小，抗腐蚀能力强，抗蠕变、抗疲劳性能好，因而它们作为新一代飞机发动机、火箭推进系统和空间动力系统的高温结构材料有着极大的竞争力。此外，它们还可用以制作锻模、工具、化工和石化生产设备、加热元件、轴承、汽缸以及环境控制设备，等等。在上述具有广泛应用前景的众多高温金属间化合物中，Ti A1基金属间化合物近年来更引起了研究者极大的兴趣，它被视为最具竞争力的先进材料之一。1．1金属间化合物的研究现状与趋势 11．1金属间化合物的特点及应用

金属间化合物简称IMC(Intem~etallicsCompounds)，主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素间形成的化合物，其特点是各元素间既有化学计量的组分，而其成分又可在一定范围内变化从而形成以化合物为基体的固溶体。当两种金11．1金属间化合物的特点及应用金属间化合物简称IMC(Intem~etallicsCompounds)，主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素间形成的化合物，其特点是各元素间既有化学计量的组分，而其成分又可在一定范围内变化从而形成以化合物为基体的固溶体。当两种金属以整数比(或在接近整数比的一定范围内)形成化合物时，由于其结构与构成它的两金属的结构不同，从而形成有序的超点阵结构。金属间化合物不仅有金属键，还具有共价键，共价键的出现，使得原子间的结合力增强，化学键趋于稳定，具有高熔点、高硬度的特性；此外由于结构中原子间的结合力强，扩散减慢，导致蠕变激活能提高，所以金属间化合物具有高的抗蠕变性能；金属间化合物高的疲劳寿命是由于其长程有序结构抑制了交滑移过程，减少了滑移系统，从而降低了循环加载过程中裂纹萌生的可能性。另外，有序金属间化合物在氧化气氛中能生成致密的氧化膜，因而具有良好的抗氧化性。

此外以金属间化合物为基体的合金或材料是一种全新的材料，普通的金属材料都是以相图中端际固溶体为基体。而金属间化合物材料则以相图中间部分的有序金属间化合物为基体。与传统的金属材料相比，其性能介于金属和陶瓷之间，所以也被誉为半陶瓷材料、正是金属间化合物材料具有这些突出特性，所以这是一类极具潜力的高温结构材料。

事实上，早在20世纪50年代就已发现金属间化合物作为高温结构材料具有特殊优点，许多金属间化合物的强度随温度升高不是连续下降，而是先升高后下降。这是一种反常的强度一温度关系。这一发现推动了金属间化合物的研究热潮，并陆续在金属间化合物形变特性和屈服强度反常温度关系方面提出了新的理论模型和机制，但是由于金属间化合物材料有严重的脆性，材料的实用研究一直没有突破。1979年，日本的Izumi发现加硼可以大大提高Ni3A1金属间化合物的塑性，这一工作为解决金属间化合物的脆性问题提供了可能性。由此以美国为代表的先进工业国家，为了能在21吐纪保持在航空和航天领域的优势，大力推动了这方面的研究工作，并希望能发展出一种能耐更高温度、比强度更高的新型金属间化合物高温结构材料，给新一代航空和航天器的发展开辟一个新时代。

1980年后，美，日、欧洲诸国都组织实施了全国性的研究计划，提出了金属间化合物结构材料的长远发展目标：发展比Ni基高温合金具有更高的高温比强度的结构材料，特别注重发展一种介于镍基高温合金和高温陶瓷材料之间的高温结构材料，从而充填镍基高温合金和先进高温陶瓷材料之间的空隙，这不仅是指其使用温度处于它们二者之间，而且其力学性能也介于它们二者之间，即比镍基高温合金具有更高的高温比强度，比先进高温陶瓷材料具有更高的塑性和韧性，并且在生产工艺和装备上更接近已有金属材料的生产装备。发展金属间化合物结构材料的近中期要求，是能取代一部分正在使用的比强度较差的结构材料，降低各种运载工具用引擎和运载工具本身的重量，提高比推力和效率。

总之，作为新型材料的金属间化合物，其用途十分广泛。因其键合类型呈多样化，从而使其具有特殊的晶体结构、电子结构和能带结构。正是由于这些结构特点，使其具有了很多新的性能和用途。其中耐高温、抗腐蚀、抗氧化、耐磨损等特点使其可以成为航空、航天、交通运输、化工、机械等许多工业部门的重要结构材料；同样由于其具有声、光、电、磁等特殊物理性能，而成为极具潜力的功能材料，如半导体材料、超导材料、软磁材料等[真)。金属间化合物种类非常多，在结构材料领域人们研究较多的是Ti-A1系、Ni-Al系和Fe-Al系金属间化合物。Ti-A1系金属间化合物是潜在的航空航天材料，在国外已开始应用于军事领域。Ni-A1系金属间化合物是研究较早的一类材料，研究比较深入，取得了许多成果，也有一些实际应用。Fe-A1系金属间化合物与以上两类相比，除具有高强度、耐腐蚀等优点外，还具有低成本和低密度等优点，因此具有广泛的应用前景。我国研究人员对它的研究比较深入，已经形成了一套较完整的理论体系，其中部分成果已得到了实际应用。但是，金属间化合物的共同缺点——室温塑性低和高温强度差(指超过800℃或1000℃)一直没有得到很好的解决，也制约了它们在生产实践中的应用。

硅化物以MoSi2为代表，MoSi2是能用于高温环境下的关键材料，其熔点为2030℃，高温下具有优良的抗氧化性能，其抗氧化性能与机理类似于高温结构陶瓷SiC、S1，N4等。MoSi2在室温下表现为脆性材料，在1000℃左右发生脆性一韧性转变，在此温度之上表现出类似于金属材料的韧性。

1.1.2Fe-Al金属间化合物的研究现状

Fe-Al金属间化合物中最受关注的主要是Fe3Al与FeAl合金。Fe3Al合金一般是指铝的质量分数25％-35％的Fe-A1合金，其相组成包括：无序固溶体(A2或。)相，不完全艳结构的有序相，DO3结构的Fe3Al有序相。Fe-A1金属间化合物合金的研究始于20世纪30年代，经历了几次研究热潮，在70年代末取得突破，到80年代，Fe-A1合金作为一类结构材料面向应用得到广泛研究，到90年代研究人员进一步发现水汽是导致Fe-A1合金室温脆性的根本原因。然后人们对Fe-A1合金的反常屈服行为、室温脆性、合金成分的理论设计，微合金化对Fe3Al性能的影响，Fe3Al合金的制备工艺等方面都进行了较全面的研究。比如由美国橡树岭国家实验室研究人员开发出的Fe3Al合金不仅有良好的耐热、耐磨和耐腐蚀性能，其室温伸长率可达12．8％。采用快速凝固工艺制粉、热挤压固结的Fe3Al合金，其室温伸长率高达15％—20％，抗拉强度高达960MPa。因此材料学家认为，该材料预计将在航空、化工、核反应堆元件、熔炉高温装置、电磁元件等众多领域获得广泛应用。在我国，从20世纪80年代末到90年代中期，国家科委和有关部门先后把Fe-Al金属间化合物。的研究列入“863'’计划和一系列研究基金计划，使Fe-A1金属间化合物的基础性研究有了长足进展。但必须指出，Fe-A1金属间化合物的应用研究远落后于基础理论研究，使这种性能优异的材料没能得到预期的开发利用，使推广应用受阻。从20世纪90年代中后期，很多研究人员开始关注实用化研究，探索实用化途径，并取得一些重要成果

1.12.1 Fe-AI金属间化合物的微合金化及理论设计

Fe-A1金属间化合物室温脆性大，塑性差，很多研究认为脆性是本质存在的，其理论依据是解理强度低，此外有害的晶界偏聚或晶界上的无序化也容易造成弱晶界晶间断裂。1989年，研究进一步发现，水汽与合金中的A1发生如下反应：

Al+3H20—}A1203+6H 时，水汽与裂纹尖端发生作用，使原子态的H渗入金属内而导致裂纹，从而造成Fe-A1金属间化合物的室温脆性。这一研究成果实际上否定了Fe-A1金属间化合物的本质脆性观点，使很多研究工作转向减少环境H脆上来，使该材料的研究再次出现热潮。实际上，环境H脆已经得到很多实验证明，例如张忠铧、孙杨善等对Fe3AI进行了表面镀膜试验，发现经镀膜保护后，不仅强度有大幅提高，而且室温变形率可高达18％，而镀前只有6％。微观结构研究表明，镀前合金断口形貌为纯解理断裂，镀膜后的断口形貌则出现表征延性断裂的韧窝。

根据上述分析，无论材料是本质脆性还是非本质脆性，改善其室温脆性，提高强度，都将是重要的研究方向。由国内外研究报道可知，Fe-A1金属间化合物的微合金化将是其强韧化和改善室温脆性的有效手段之一，通常认为，微合金化的强韧化机制主要是通过有序固溶强化和沉淀强化实现的。研究表明，Cr是提高室温塑性最有效的元素之一，加Cr后，能明显增强解理强度，使解理断裂伴随一定程度的沿晶断裂，重要的是，使形成超位错的空间增大，超位错的滑移将变得容易，此外Cr的合理占位，可减少晶界处的应力集中，防止晶间开裂t30J。Ti的加入能改善Fe3A1合金的高温强度，但增加室温脆性。研究认为这是因为T1将部分取代Fe的位置，使Fe-A1金属间化合物的α+D03相向左向上移动的结果。Si具有与Ti相似的作用，可使Fe3Al合金在600℃以上高温屈服强度大幅度提高，室温脆性严重。Mo的加入可改善高温强度，对热形变后的室温塑性同样不利，但可减少高温时晶界处的应力集中，防止晶间断裂。适量Mg可以大幅度提高Fe3A1在530-850~C的高温塑性[321。微量B对Fe3A1的塑性与解理断裂行为影响不大。Cu、Ni的加入或多元合金，例如：2％Nb+2％Ti(除特别说明外，本书的元素含量均为质量分数)的加入，会使Fe3A1出现沉淀相[，引，从而导致沉淀强化。此外Mn、Zr、C等元素对合金性能的影响也有研究报道。以上是关于微量元素的加入，对Fe3A1合金性能影响的报道。

1.1．2.2 Fe-AI金属间化合物的制备工艺及性能研究

Fe-A1合金通常采用熔铸工艺制备，包括空气中感应熔炼、真空中熔炼、真空电弧重熔以及电渣重熔等方法。由于前述H脆问题，为避免水汽反应，应最好采用真空熔炼loi。熔炼工艺包括：用Ar-q将Fe液脱C、S，然后加入Cr、Ni等合金，此后将经处理后的Pe液加人已预热到500~C的铝中，最后通人氩气使合金均匀化。该法成本低，Ai与炉衬反应也小。第二种工艺是同时将各合金元素加入炉中，显然此时Al首先熔化，然后Fe与其它元素溶解。熔铸组织会出现成分偏析，通常解决办法是进行均匀化处理。

熔炼工艺优点是成本低、效率高，但铸态组织晶粒粗大，成分偏析，室温塑性低，脆性大。改善质量与性能的方法主要包括：通过合金化细化晶粒，改善组织。或采用热机械处理工艺，通过热形变细化晶粒，减缓H脆。

熔炼工艺制备的Fe-AI合金性能较低，室温伸长率只有1％左右，屈服强度小于300GPa，难以用于重要结构件。

改进制备工艺对提高Fe-A1合金性能有重要意义，采用粉末冶金工艺可有效的控制微观组织细化晶粒，从而有效提高材料的力学性能。例如采用该工艺制取的B2相Fe-A1合金，室温伸长率达到12％，屈服强度达到350MPa。快速凝固工艺(RSP)可更有效的细化晶粒，增加化学均匀性，并可产生非平衡组织，利用该工艺制粉，热压烧结的re3~d金属间化合物其室温伸长率可高达20％，抗拉强度可达960MPa，晶粒度为亚微米，是目前最高性能之一。此外，Fe-A1合金的燃烧合成(CombusionSynthsis)或自蔓延高温合成(SUS)也是一种可行的制备方法，其中在压力下燃烧合成，晶粒度在2-4um，含有Fe2Nb相的Fe3Al金属间化合物还具有超塑性。机械合金化(MA)是制备Fe-A1合金的一种新工艺，它是在高能球磨机中进行球磨，形成细微组织的合金，在固相状态下达到合金化的目的，利用该技术合成了B2结构的Fe-AI合金，其最高抗拉强度达到865MPa，伸长率达到10％。

1．1．2．3Fe-A!合金的实用化技术 Fe-A1合金的实用化技术除合金化外，还包括Fe-A1合金的热形变技术、铸造成型技术，以及与其它材料组成新的复合材料等。研究表明影响Fe-A1金属间化合物实用化因素主要包括：

1)材料的加工成形。2)材料的脆性。3)材料的合适用途。

4)材料高温时的综合性能。

材料的脆性大，高温(>800~C)综合性能低，使材料不适于强载荷、大冲击的场合；材料的塑性差，加工成形难，使材料难以获得复杂结构形状。上述影响因素限制了材料的使用，使材料的使用范围受到影响，从而限制了材料的实用化引。但是这些不足同时也为Fe-A1金属间化合物实用化指出了研究方向。总结有关研究成果，其实用化主攻方向主要应包括以下几个方面：

1)Fe-A1金属间化合物的微合金化。通过微合金化来提高材料的塑性和韧性以及高温综合性能1_403。

2)Fe-AI金属间化合物的铸造成型：通过铸造获取其它加工方法不能获取的所需形状。3)Fe-A1金属间化合物的热形变处理。通过形变，既获得所需要的形状，同时又细化晶粒，弥合缺陷，提高材料的塑性，改善材料的强韧性。

4)开辟Fe-AI金属间化合物的新用途，扬长避短，利用Fe-A1金属间化合物的半陶瓷性能，设计新型复合材料(包括复合材料的理论设计、材料的制备、材料的失效分析)5)材料的切削加工?解决材料加工硬化问题，通过材料的冷加工，获得材料的精确形状。上述研究内容将是Fe-A1金属间化合物能否实用化的技术关键，因此，了解和深入研究上述技术，对Fe-A1金属间化合物的推广应用具有重要的现实意义和显著的经济效益。Fe-A1合金热形变Fe3A1金属间化合物的形变性能取决于自身的滑移系，也与有序合金的反相畴结构、超点阵位错特征有关。从20世纪砠年代开始，对Fe3Al的形变特性就做了大量的研究，Marcinkowski等人的早期研究表明，在室温下，Fe3A1几乎没有任何塑性，断口主要呈穿晶解理。后来发现，Fe3A]并非本质脆性，微观分析与形变机理的研究表明，Fe3A1的主滑移系为[110] <111>，足以提供多晶滑移所需的五个以上独立的滑移系。进一步研究发现，阳Ai合金的形变性能与有序化临界温度Tc有关，在Tc附近，不论普通位错还是超点阵位错均难以运动，因此形成屈服强度的峰值。此外，从位错运动和理论研究发现，在{110}和{112}面上，Fe3A1的APB能较小，且最稳定，所以滑移可以发生在两晶面族的任何一个面上。在室温下滑移，发现{110}面优先滑移，但在TEM中还观察到了{112}面的滑移，这表明滑移行为不仅与APB能量及其稳定性有关，还可能与位错心结构有关，也就是说，晶面的APB能量最小只是产生滑移的重要条件。因为Fe3A1中的次近邻反向畴NNNAPB能量很低，故超点阵间的APB很宽，这样宽的一个超点阵位错因为在交滑移时极易受钉扎，故很难作为一个整体作独立运动。但是，这只需较小1的应力就能克服APB能量而使超点阵位错分解成为普通的号1/4α′o{111}位错运动，在滑移面上留下NNNAPB。

除晶体结构决定Fe3A~合金的形变特性外，与其它材料一样，变形条件、晶粒形貌等对形变性能也有很大影响。例如，细晶的塑性较粗晶好，但变形抗力大。单相状态下的形变性能较多相状态好，变形抗力低。在多向压应力状态下变形比单向受压塑性好，不易产生微裂纹。此外，变形温度、变形速度以及晶界与位错处的有害杂质及偏析对Fe3A1合金的形变影响也是明显的。例如，参考文献[19]证明Fe3A1室温伸长率很低，200℃以上开始升高(同时强度也相应增加，300℃寸达最大)，700℃以后迅速上升，说明温度对热形变影响极大。改善Fe3Al合金的形变性能有很多途径，行之有效的方法有： 1)加入可固溶合金化元素，增加滑移系的数量。

2)通过微合金化和不同工艺，改变晶体结构，以获取更多的塑性结构。例如，与体心立方结构有关的Fe3AI(D03)和FeAl(B2)结构，就不如与面心立方结构有关的L12结构塑性好。3)通过掺杂控制晶界的组成和强度，这些掺杂既可以通过掺入活性元素使之与有害元素(像S)结合成无害化合物而沉淀，也可以加入像B元素这些有益的元素，以增加键的结合能，提高晶界的解理强度，抑制晶间断裂。

4)细化晶粒。铁基合金的穿晶或沿晶脆断被认为与晶粒度有关，因此在整个铸造、热加工、热处理组织控制中，晶粒的大小都是很重要的，对NiAl还发现有——临界晶粒尺寸(20um)，小于该尺寸，材料才呈现塑性，这个临界晶粒度随温度下降及应变速度增而下降。快速凝固细化晶粒也可以提高材料的延性。5)改进热形变工艺技术。6)精密控制有害物质和杂质。

7)在NiAl合金中形成一种薄膜，减少滑移力，这相当于在晶体与薄膜之间产生位错滑移源，对增加延性也是有效的。

8)利用定向凝固等方法，把脆性相置人延性好的组织，形成原位生成复合结构，从而获得好的综合强韧性。

9)控制周围环境，减少H脆，改善塑性。

利用上述方法，材料研究工作者已取的一些重要成果，例如：A．Bahadur等研究表明，在Fe3AI合金中加入B、Ti后，在整数比和亚整数比Fe3A1合金中的柱状晶变成等轴晶，热轧或热锻后其微观组织更好，其热形变率(973K)可以从65％增加到85％，抗拉强度增加到800—900MPa，伸长率增加到3％—5％，不过，过整数比Fe3A1会出现枝状晶结构。极易导致开裂，即使加入B、T1后也不能热形变。C．T．Liu等人的研究表明，有序金属间化合物的延性不仅可以通过合金化、快速凝固工艺来改善，还可以通过热形变处理(例如物理冶金原理等)来改善。作者的研究也表明，合金化对Fe3A1合金热形变性能和室温性能影响显著，其中Mo含量增加，合金高温强度和持久寿命提高，但高温塑性及室温拉伸强度及室温塑性均下降。Cr的加入，对高温性能不利，Cr和Ce及Ce与Mo、Nb、Zr等元素的匹配使用，有利于综合性能的提高。

以上研究分别对Fe-A1合金热形变性能的影响因素及改进措施进行了探讨，但系统的研究Fe-A1合金热锻工艺过程及其影响因素的文献报道尚少。Fe-A1合金的铸造技术，对Fe-A1合金的铸造性能进行过系统研究，从流动性看，Fe3Al合金是一种流动性较差的合金，例如Fe-28AI在1580℃砂型浇铸时测得螺旋线长度为171mm，热力学分析表明，除结晶温度范围较窄因素外，合金液中形成的高熔点颗粒相也是影响其流动性的重要原因。但是合适的合金化也会提高流动性，例如Fe-28A1-5.5Ct-0.5Mo-0.5Nb-0.1Zr可使流动性提高到215mm。合金化不仅可以提高流动性从而改善材料的充型能力，而且还可以有效提高合金的压缩强度，例如摩尔分数为0．05％的Ce的加入可使其抗压强度从2070MPa增加到2415MPa。上述铸造技术的开发应用，使铸态Fe-A1合金的开发应用看到了希望，尤其是如能利用特种铸造技术实现材料的精密成型，不仅可以大大提高材料的流动性(压力铸造)，还可以有效的提高材料的尺寸精度和复杂程度(熔模铸造)，作者开发研究的铸态炉蓖条、建筑机械用耐磨眼镜板、精密铸造不锈钢管件等产品证明t49J，这种低廉而实用的材料将首先从铸态产品开发领域走向大规模实用化生产。1.1.3.Ti-Al金属问化合物的研究现状

1.1.3.1 Ti-Al金属间化合物的组织结构研究

Ti-Al系金属间化合物主要有两种：TiAl化合物(用γ表示)和Ti3A1化合物(用α2表示)。Chubb和Mehl等运用第一原理计算了具有化学配比的TiAl化合物和Ti3Al化合物在OK时的能量稳定性，从而证实了TiAl化合物为L10型晶体结构，Ti3AI化合物为D019型加晶体结构。由于单相(γ)化合物的塑性和断裂韧性比两相(γ+α2)化合物低得多，因此人们目前的研究主要集中于两相化合物：即以TiAI(γ)为基体，并含有少量Ti3A1(α2)的孪晶形态层片状组织的合金。

就TiAI化台物的显微组织而言，根据不同的热处理方式，可以得到四种类型的典型组成： 1)非均匀的粗大γ晶粒并伴有少量的α2粒子的组织(NC)。2)细小晶粒的等量γ和α2复合组织(Duplex)。3)γ+α2层片状组织晶粒(NL)4)全部是层片状组织晶粒(FL)。

TiAl金属间化合物的力学性能强烈地依赖于其显微结构。通常复合组织(Duplex)具有最高的拉伸塑性(伸长率为2%—4％)及中等的强度水平(YS=420—460MPa，UTS=550—660MPa)，但断裂韧性很低(Kic二10—16MPa·m½)；FL组织呈现出低的塑性(≈1％)，但具有较高的断裂韧性((Kic= 20—32MPa·m½)：NL组织强度最高(YS≈510MPa，UTS=700MPa)，而塑性中等(≈3%)；细化并弥散在Duplex组织中的α2可以提高强度但使塑性降低，同样，细化FL组织中的晶粒可以同时提高强度和塑性，但断裂韧性值下降、因此，绝大多数的研究都集中在Duplex、NL、FL三类组织的TiAl金属间化合物上。Ti3A1(α2相)金属间化合物为长程有序的六方结构(空间群为P63／mmc)，其有序特征可提高合金的高温强度、刚度和变形抗力。但由于该相结构中只有{0001}{51120}；两个独立的滑移系，具有较低的室温塑性。通过添加卢稳定元素(主要是Nb)方法，保留塑性较好的体心立方卢相，并激发α2相中(c+a)型位错以增加非基面滑移，室温塑性已得到了很大改善。对Ti3A1基的合金疲劳变形显微组织的透射电镜研究表明：①初生α2相晶粒中基面上的<1l20>a型位错互相塞积可形成亚晶界，把晶粒分割成具有一定取向差异的亚晶粒结构：位错反应可以形成大量规则的六角位错网；②初生α2晶粒除了晶内位错滑移和晶界运动产生和协调合金变形外，晶内亚晶的形成和发展也是产生和协调变形的重要机制。1．1．3．2Ti-Al金属间化合物的制备

熔炼铸造是Ti-A1系金属间化合物的主要制备方法，此外目前文献中报道较多的Ti-A1系金属间化合物的制备工艺及过程还包括：

(1)粉末冶金法粉末冶金法是制备TiAl基合金比较常用的一种方法。近年来，随着TiAl基合金粉末制备技术的发展，人们已经能够制备出粒度小而且球形度好的TiAl基合金粉末。目前用于TOT基合金(包括Ti3AI在内)的粉末冶金近净形状成形技术主要有热等静压技术和准热等静压技术。此外，还有注射成形、粉末锻造，热挤压、粉末轧制、热爆成形等。热等静压工艺是制造全致密近净形零件；尤其是形状复杂、大尺寸零件的一种非常有效的技术，它能在高温下通过气体将高压传递给金属粉末或顶成形坯，并使其在高温高压下实现全致密化。最近，美国Orucible公司还开发出了一种采用陶瓷模的热等静压近净形状成形工艺(CeramicMold-HIPProcess)；

准热等静压一白蔓延反应合成工艺(PseudoHIP-SHS)是利用SHS过程中释放的热量和过渡的液相，使压坯在合成TiAl金属间化合物的同时实现致密化。这种工艺的优点是可以利用元素粉末成型，避免了TiAl基合金粉难成型的问题。而且可以根据零件性能的要求，在TiAl元素粉末中加入各种合金元素实现复合；其缺点是成型时压坯不是处于等静压状态，可能造成压坯中密度不均匀或压坯形状畸变。

(2)机械合金化法该技术是利用高能球磨机把纯的T1粉和Al粉放人球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨直至生成金属间化合物，机械合金化是一种固态反应过程。目前普遍接受的观点认为。元素粉末在球磨时，晶粒反复的断裂、冷焊，晶粒细化并形成层状精细结构，Ti和Al原子通过界面扩散而逐渐实现合金化。

混合物的球磨时间是确保反应彻底完成达到足够的合金化程度的关键工艺参数，但球磨时间并非越长越好。这种方法的优点是使用方便，对样品的处理量大，制得的样品颗粒较细，达到微米级甚至亚微米级。但是，机械球磨往往易于混入杂质使样品的纯度降低，引起产品的性能恶化。

1．1．3．3Ti-A!金属间化合物的研究现状

Ti-Al金属间化合物的研究基础很好，其中TiM合金可以替代700-990~C镍基高温合金，使发动机重量减轻约一半，因而受到广泛重视。日前已发展出的TiAl成分范围大致是，Ti45／48Al-O／2M-0／5X-0／2Z(摩尔分数)(M=Cr、Mn、V，X=Nb、Ta、W，Z=Si、B、C、N)。M类合金元素有利于塑性和再结晶，Nb、Ta是主要的固溶强化元素，少量的W和Sn也有类似作用，而Si、B，N、C则析出第二相Ti5Si3、TixAIC等起强化作用，B起细化晶粒作用，但可能增大片间距，目前已经进入实际应用的铸造合金，其典型代表是Ti-47／48A1-2Nb-2Cr(摩尔分数)(GE公司)，Ti-47Al-2W-0．5Si(摩尔分数)(ABB公司)和Ti-45／473_1-2Nb-2Mn+0.8TiB~(摩尔分数)(Howner)等。正在研究发展的变形合金有Ti-46A14Nb-1W(摩尔分数)；AlbyK5(Ti-46．5A1-2Cr-3Nb-0．2W(摩尔分数))等。经锻造及热处理后这些合金的室温屈服强度水平在400—600MPa，伸长率为1％—3％，在500—750℃具有好的高温强度。K5合金RFL组织的典型性能为：6y=473MPa，6b=577MPa，6％=1．2。近年来K5合金进一步用C、Si、B、O强化，得到K5SC(0．2Si，0．1C)，KDCBS(0．1Si、0．1B、0．2C)，K5S(0，2Si，0．150)等。另外，研究过一种高强度的粉末TiAl合金，成分同GE合金，其晶粒很细，片间距很小(片间距0.1u m以下)，得到1000MPa的强度，但其高温组织稳定性不足。我国发展的高铌钛铝合金是高温高性能TiAl合金。高铌钛铝合金的力学性能明显高于普通TiM合金，其高温性能的数值与现行变形轮盘用高温合金相当，但密度只有高温合金的一半左右。高铌钛铝合金的抗氧化性比其它TiAl合金高一个数量级。高铌钛铝合金的发展是基于一个新的思路和广泛的基础研究上的，新思路是想通过加人大量高熔点元素Nb，在保持较简单的点阵结构下，提高合金的熔点和结合力，降低扩散，而且可以在不引起严重脆性的条件下提高使用温度。由此选择Ti-Al-Nb三元系进行了广泛的基础研究，证明思路可行，再后进行了高铌钛铝工程合金的发展研究。研究证明，8-10Nb合金化的确提高固相线—100℃，提高了高温组织稳定性，提高了位错运动阻力和高低温强度，特别是大大提高了合金抗氧化性，使抗氧化水平接近抗氧化性最好的镍基高温合金，将使用温度提高到比普通TiAl合金高60—100℃的水平。1.1.3.4

Ti-Al基金属间化合物的应用

经过最近十几年广泛而深入的研究，Ti-A1基金属间化合物的性能不断提高，其中部分性能已接近甚至达到了实用化的要求，像燃油发动机的α2合金锻造翼面、γ合金铸造翼面，γ合金铸造压气机套筒等。其次，机加仁和连接技术也得到了发展。到目前为止，α2合金的制造技术最为成熟。比如，高压涡轮起动器内支承环，采用Ti3Al比用高温合金重量可减轻43％。尽管如此，这些材料由试验性发动机到军用发动机生产的转变将比过去常规合金要困难得多。

1．1．4Ni-Al金属间化合物的研究现状

Ni-A1金属间化合物也是目前研究热点，其中研究最多的是Ni3A1金属间化合物，尤其是对于其在中间温度时的反常流变应力做了较深入的探索、许多Ni3A1基合金已应用于铸造和锻压，其中一些用于高温熔炉：添加硼的NisAI冷轧性能很好。通过冷变形就可制得板材：Ni3AI单晶和多晶试样在冷轧过程中微观结构和组织的变化都有人进行过研究；在变形量较小时，组织性能较差，只有冷轧压缩量很大时，这种组织才表现出很高的强度?冷轧进行到一定程度的多晶试样的微观结构很不均匀，位错无法形核，随着冷轧量的增加，冷轧组织随变形量的增加出现了微带和剪切带；与无序合金相比，由于Ni3A1中的位错分解为{111：面上的超晶格部分位错通常难发生交滑移，但在某些被激活的滑移面上有局部的无序性，这使位错的活动性提高，大量的交滑移发生，这促进了剪切带的形成，由于变形的不均匀性，NisAI多晶合金的组织性能不如纯金属或合金．

冷轧制的多晶试样剪切带在较低的退火温度下(T≈500℃)，就会发生再结晶，而基体在较高的温度(T>750℃)下才能完全再结晶，变形组织不均匀，晶界滑移性差，使得部分区域晶粒细化，但再结晶组织不均匀，性能较差，还需进一步研究。

NiAl比目前的Ni基高温合金轻，且具有高熔点，优良的抗氧化性以及高的热导率，但是由于低温下的断裂韧性差，高温下强度差，抗蠕变能力差，在结构材料方面的应用受到限制。NiAl中滑移主要发生在<001> {011}和<001> {100}滑移系，只有三个独立的滑移系。若不能改善滑移系，NiAl材料的脆性问题可能无法解决，虽然目前这还无法实现。但已经有人试图通过合金化方法提高其蠕变强度，通过在NiAl单晶体中形成一种有序L21Heusler相，其抗拉强度和应力诱发断裂性能可以与Ni基超合金相比，然而这种相的存在使得这种单晶合金脆性更大。因此，NiAl用于结构材料还有很长的路要走。有关NiAI的物理和力学性能方面的大量研究和NiAl基合金的发展在许多文献资料上都有报导。NiAl由于其熔点高(1638℃，比一般Ni基高温合金高300℃，比Ni3A1高250℃)，密度低(仅及高温合金的2／3)，热导率大(是高温合金的4-8倍)，而且抗氧化腐蚀性能优异，多年来一直用作高温合金零件的表面防护涂层。GE公司经过多年的系统研究，发展了两种性能优异的单晶NiAl合金，其中AFN-20合金的持久强度、抗蠕变性能、疲劳强度和高温抗拉强度已达到第二代镍基单晶高温合金ReneN4的水平，而比持久强度达到第三代镍基单晶高温合金Rene6的水平。其高温强度主要来自热处理产生的细小而均匀的Heasler(L2，β)相沉淀强化

1.1.5金属问化合物的发展趋势与存在的问题

大约从20世纪80年代，金属间化合物的研究处于高潮，从1999年开始，金属间化合物结构材料研究论文总数开始有下降趋势，但EI收录数不降，这种情况反映金属间化合物结构材料研究工作开始走向成熟，面上的研究开始下降，工作集中于成熟合金和合金的应用。虽然普遍认为金属间化合物结构合金的研究已有基本的结论，但仍有不同看法，不过有人认为下述结沦仍是主导研究工作的主流趋势。

1)有些研究已开始进入实用化，例如：TiAl，Fe3A1，Ni3A1，Ni3(SiTi)。

2)有些研究虽然已做了大量工作．但由于不同原因而逐步停止，例如：A13Ti，Nb3Al，GE公司已停止单晶NiAl叶片研究。

3)集中研究发展最有前途的合金系和探索某些新合金系，发展高温高性能金属间化合物合金，其中最有前途的合金系是新一代TiAl合金。

4)新合金系的探索主要是硅化物和LAVES相结构材料，例如MosSi3、MoSi2等，另外还有少量昂贵的高熔点金属间化合物系研究。此外，Fe-A1、Ni-A1系也还仍在研究之中。

1．1.5．1金属间化合物的发展趋势

Ti-A1和Ni-A1金属间化合物中的Ni3A1和Ti3A1由于最接近端际固溶体，其金属性结合的特点最强，又可以利用端际固溶体增韧，使其综合力学性能和使用特性最接近高温合金和钛合金，因而最易投入使用。但Ni3A1与镍基高温合金相比，Ti3A1和钛合金相比，其优越性都不大，这成为不能推广到关键部件上应用的主要困难。1990年以后，TiAI和NiAI成为研究热点，由于它们已处于相图的中间部分，远离端际固溶体，电子结构上定向键更强，虽然难于利用端际固溶体增韧，但是TiAl和NiAl合金却具有高比强度、低塑性和韧性的特点，因此力学性能和使用性能上与传统的合金有较大的区别。TiAl的高比强度和NiAl的高热导性带来很大的吸引力，但也要求改变设计，以符合合金特点，这就增加了应用的难度。目前，TiAl合金已发展出三代合金，正处于发展和投入应用的关键时期。

目前金属间化合物结构材料研究的重点是发展和应用高温高性能材料，金属间化合物结构材料研究正处于关键时刻。一方面是以TiAl合金的发展和应用为核心的攻关，另一方面是探索高熔点的金属间化合物结构材料。如果通过对材料设计一生产一应用一体化攻关，能够突破应用上的种种困难，使TiAl合金，特别是高温高性能TiAl合金得到成功的应用，金属间化合物结构材料研究将会发展到一个新阶段。

概括起来Ti-A1金属间化合物的发展趋势包括：

1)研究开发使用温度更高，可在1000—2000℃之间工作的新型金属间化合物，主要是以高熔点金属Nb、W、Mo、Ta与TiAl形成的多元化合物

2)发展以TiAl化合物为基的复合材料。用SiC、A1203、TiB2纤维和TiB2、TiC、Ti2AC、NbC等质点作为增强剂，强化化合物基体，发展一系列新工艺，充分发挥其潜在的使用价值。

3)通过纤维组织的控制和采用先进的加工工艺(如粉末冶金、机械合金化、定向凝固、热机械处理等)改善其力学性能，也是目前提高TiAl化合物性能的方向之一。

4)进一步研究Ti-Al金属间化合物的室温脆性机制，从理论上解决其韧性问题。

5)加强TiM基合金近净形成形技术的研究，进一步展开对近净形成形技术如精密铸造技术、粉末冶金近净形成形技术以及超塑成型技术的研究。

硅化物和LAVES相金属间化台物硅化物和LAVES相研究的目标是要提高使用温度到1000~C以上。但是由于晶体结构复杂，问题还很多，不仅涉及到材料发展问题，而且涉及到物理金属学的理论问题。例如，这些合金的晶体结构复杂，其电子结构及其作用尚不清楚；翠晶变形是基本的变形方式，而复杂晶体中的孪晶变形理论还有待发展；对这种复杂形变会带来的复杂结构变化知之甚少等等。因此，在国家支持下进行广泛基础研究是非常必要的。

Fe-A1金属间化合物

Fe-A1合金主要缺点是材料脆忭大、塑性和韧性差、抗拉强度低，从而造成材料难加-仁成形，不宜用于重要结构件和高精度复杂零件。但是上述缺陷不是一成不变的，微合金化和各种新的制备和实用化技术可有效的改善其缺陷，从而拓宽该材料实用化进程，预计其主要发展趋势为： 1)进一步开展Fe-A1合金的合金化研究，提高材料的力学性能。

2)研究Fe-A1合金的精密铸造技术，获取高精度复杂零件，最大程度的减少加工量。3)开发Fe-A1合金的热形变技术，尤其是模锻成型技术，使同时获取精密形状和良好件能成为可能。

4)研究Fe-A1合金的切削加工性能，解决难加工问题。

5)研究Fe-A1基复合材料或陶瓷基复合材料，扬长避短，发挥Fe-A1合金的突出优点。6)开发Fe-A1合金的粉体制备工艺，研究Fe-A1的喷涂技术，充分利用该材料良好的耐腐蚀性。

金属间化合物制备工艺

1、Ti—AI金属间化合物的制备

熔炼铸造是Ti—Al金属间化合物的主要制备方法，此外目前文献中报道较多的Ti—A1系金属间化合物的制备工艺及过程还包括：

1．粉末冶金法

粉末冶金法是制备TiAl基合金比较常用的一种方法。近年来，随着TiAl基合金粉末制备技术的发展，人们已经能够制备出粒度小而且球形度好的TiAl基合金粉末。目前用于TOT基合金(包括Ti3Al在内)的粉末冶金近净成型技术主要有热等静压技术和准热等静压技术。此外，还有注射成型、粉末锻造、热挤压、粉末轧制、热爆成型等。

热等静压工艺是制造全致密近净形状零件，尤其是形状复杂、大尺寸零件的一种非常有效的技术，它能在高温下通过气体将高压传递给金属粉末或预成型坯，并使其在高温高压下实现全致密化。最近，美国Orucible公司还开发出了一种采用陶瓷模的热等静压近净成型工艺(Ceramic Mold—HIP Process)。

准热等静压一自蔓延反应合成工艺(Psedo HIP。SHS)是利用SHS过程中释放的热量和过渡的液相，使压坯在合成TiAl金属间化合物的同时实现致密化。这种工艺的优点是可以利用元素粉末成型，避免了TiAl基合金粉难成型的问题；而且可以根据零件性能的要求，在TiAl元素粉末中加入各种合金元素实现复合；其缺点是成型时压坯不是处于等静压状态，可能造成压坯中密度不均匀或压坯形状畸变。

2．机械合金化法

该技术是利用高能球磨机把纯的Ti粉和AI粉放入球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨直至生成金属间化合物，机械合金化是一种固态反应过程。目前普遍接受的观点认为，元素粉末在球磨时，晶粒反复地断裂、冷焊，晶粒细化并形成层状精细结构，Ti和Al原子通过界面扩散而逐渐实现合金化。

混合物的球磨时间是确保反应彻底完成达到足够的合金化程度的关键工艺参数，但球磨时间并非越长越好。这种方法的优点是使用方便，对样品的处理量大，制得的样品颗粒较细，达到微米级甚至亚微米级。但是，机械球磨往往易于混入杂质使样品的纯度降低，引起产品的性能耍秒

NiAl合金的制备特点

NiAl合金可以用Ar气感应熔炼(AIM)、真空感应熔炼(VIM)、电渣重熔(ESR)和真空双电极电弧重熔(VADER)，AIM熔炼合金后可以直接铸造。227kg的IC一50、IC218合金可以直接离心铸造成长305cm，直径12．7 cm(厚2．54 cm)的管子，也可以直接铸成棒和板，已经用双滚法铸出1~2mm厚板，并可以进一步冷加工。

美国橡树岭国家试验室发展了一种称为放热熔炼方法(Exo—MeltTM)，示于图10一15，用一半的镍放在上部，用Al包围，使在加热时发生NiAl放热反应，另一半的镍放在下部，中间放合金元素，在氩气下熔化，这种布料方法最有效利用反应发热。这种熔炼方法可节省1／2～2／3的能量，节省一半熔化时间，质量也高。

铸造合金一般晶粒粗大，精密铸造的Ni3Al合金(IC一221M)的650℃HCF寿命高于Ni基高温合金IN一713C。Ni3AI合金可以在1100℃挤压或冷轧，加10％Fe可以大大改善Ni3A1的加工性能。细晶铸件也可在1100℃等温锻造0.5／min变形速率)用粉末法制备Ni3Al合金时可以采用热压法、反应烧结合成、HIP、HIP+挤压等方法，也可直接用粉末挤压而成(8：1挤压比)，HIP一般在120 MPa，l100～1150℃下进行3h，得到100％完全致密度，晶粒10～15um的合金。

Ni3Al合金可焊，但不容易焊好，质量决定于合金成分和焊接速度，含B为2×10_4时只有在13mm／s焊接速度以下才能焊好。Fe改善焊接性，焊接不当易产生热影响区裂纹。

Fe3AI和FeAI合金的制备和应用

Fe—Al金属间化合物合金可以用通常的熔炼方法冶炼。包括感应炉(AIM)、真空感应炉(VIM)、真空自耗重熔(VAR)和电渣重熔(ESR)。但VIM熔炼的质量较好，采用VIM+VAR可以得到高质量的合金，高Al合金熔炼时要防止坩埚反应，如用MgO坩埚，则熔炼金属中的Al可以部分还原坩埚中的Mg进入熔池，一般有20×10-6 Mg水平，这种Mg含量对合金没有坏作用。已经证实Fe3Al合金中含有一定数量的Mg，会起到改善塑性和热加工性的作用(在熔炼Ni3Al时也有类似情况)，现在一般采用74 %MgO+24％AI2O3坩埚进行熔炼。铸态条件下Fe3Al合金的塑性较差，只有在650～1100℃之间进行热加工。一般首先在1000℃左右进行50％变形，再在800℃，50％轧制变形，最后在650℃进行50％～70％的温加工，这种处理后得到拉长晶粒，得到最高的塑性，Fe3A1合金的管子可以用离心铸造方法获得，也可以热穿孔方法获得，仔细控制热加工过程也可以得到质量良好的Fe3Al丝、板等产品。

Fe3Al和Fe—Al合金的焊接是很关键的问题。现已证明可以用气体钨弧焊(gas—tungsten arc或GTA)和电子束焊(EB)成功地进行焊接，但容易出现冷裂和热裂。所谓冷裂是指在焊好后几个小时或几天以后出现裂纹，研究认为这种裂纹是环境诱导的氢脆，如果预先在200℃预热或焊后进行400℃、lh去应力处理，可以减小冷裂发生，热裂倾向与合金元素的微量变化有关，一般Nb、Cr、少量C有利焊接，而Zr、B、TiB2相反。

用N2或Ar气雾化可以得到Fe3Al和FeAl合金粉末，再经烧结和1000℃热挤(挤压比9：1)可以得到全致密的合金，晶粒为100um左右，用快速凝固得到的粉末，同样也可以烧结挤压成材。Fe—Al系金属间化合物主要应用方向是作为耐含硫气氛和耐氧化气氛的结构件。为了保证表面产生具有良好保护性的Al2O3膜，含A1量必须大于16％～18％。如果要耐水溶液腐蚀，合金中往往要含较高的Mo。图12—19显示Fe—A1有序合金的耐腐蚀性能比不锈钢的好得多。目前，Fe—A1有序合金已经用做加热元件、炉子中用的抗氧化固定件、热交换用的薄片结构和触媒转换器的底座(均为0．05mm薄片)、烧结的多孔气体一金属过滤器等。

结束语

Ti－A1和Ni－Al金属间化合物中的Ni3Al和Ti3Al由于最接近端际固溶体，其金属性结合的特点最强，又可以利用端际固溶体增韧，使其综合力学性能和使用特性最接近高温合金和钛合金，因而最易投入使用。但Ni。A1与镍基高温合金相比，Ti3Al和钛合金相比，其优越性都不大，这成为不能推广到关键部件上应用的主要困难。1990年以后，TiAl和NiAI成为研究热点，由于它们已处于相图的中间部分，远离端际固溶体，电子结构上定向键更强，虽然难于利用端际固溶体增韧，但是TiAl和NiAI合金却具有高比强度、低塑性和韧性的特点，因此力学性能和使用性能上与传统的合金有较大的区别。Tim的高比强度和NiAl的高热导性带来很大的吸引力，但也要求改变设计，以符合合金特点，这就增加了应用的难度。目前，TiAI合金已发展出三代合金，正处于发展和投入应用的关键时期。

目前金属间化合物结构材料研究的重点是发展和应用高温高性能材料，金属间化合物结构材料研究正处于关键时刻。一方面是以Ti3Al合金的发展和应用为核心的攻关，另一方面是探索高熔点的金属间化合物结构材料。如果通过对材料设计一生产一应用一体化攻关，能够突破应用上的种种困难，使TiAl合金，特别是高温高性能TiAl合金得到成功的应用，金属间化合物结构材料研究将会发展到一个新阶段。

参考文献

1、潘洪革著 《R3 Fe，Mo 29金属间化合物的成相、结构和内禀磁性》

高等教育出版社

出版日期:2002

2、庞来学著

《铁铝基纳米复相金属间化合物材料》

兵器工业出版社

出版日期:2008

3、黄伯云著 《钛铝基金属间化合物》

中南工业大学出版社

出版日期:1998

4、陈国良，林均品编著 《有序金属间化合物结构材料物理金属学基础》

冶金工业出版社 出版日期:1999

5、孙康宁等著

《金属间化合物/陶瓷基复合材料》

机械工业出版社

出版日期:2003

6、（日）山口正治，（日）马越佑吉著；丁树深译《金属间化合物》科学出版社

出版日期:1991.12