這是一個關于3d打印的原理與工藝PPT，主要介紹3D打印常用材料、材料的制備方法、材料的性能、材料發(fā)展趨勢。一、塑料的組成 添加劑是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。填料(填充劑)主要起增強作用；增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；固化劑用于使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延長其使用壽命；潤滑劑用于防止塑料加工時粘在模具上, 使制品光亮；著色劑用于塑料制品著色。其他的還有發(fā)泡劑、催化 劑、阻燃劑、抗靜電劑等。 熱塑性塑料受熱時軟化，冷卻后變硬，具有可塑性和重復性，其樹脂結(jié)構(gòu)為線性或支鏈型，彈性、塑性好，硬度低。熱固性塑料加熱固化后不再軟化，形成不溶、不熔物，其樹脂結(jié)構(gòu)為體型（網(wǎng)狀型），硬度高，脆性大，無彈性和塑性。 三、塑料的性能特點塑料的優(yōu)點：相對密度小(一般為0.9 ~2.3)；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能；良好的工藝性能，歡迎點擊下載3d打印的原理與工藝PPT哦。

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一、塑料的組成 添加劑是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。填料(填充劑)主要起增強作用；增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；固化劑用于使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延長其使用壽命；潤滑劑用于防止塑料加工時粘在模具上， 使制品光亮；著色劑用于塑料制品著色。其他的還有發(fā)泡劑、催化 劑、阻燃劑、抗靜電劑等。 熱塑性塑料受熱時軟化，冷卻后變硬，具有可塑性和重復性，其樹脂結(jié)構(gòu)為線性或支鏈型，彈性、塑性好，硬度低。熱固性塑料加熱固化后不再軟化，形成不溶、不熔物，其樹脂結(jié)構(gòu)為體型（網(wǎng)狀型），硬度高，脆性大，無彈性和塑性。 三、塑料的性能特點塑料的優(yōu)點：相對密度小(一般為0.9 ~2.3)；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能；良好的工藝性能 。 單絲擠出成型單絲擠出成型 作為粉末冶金新技術，第一個引入注目的技術就是快速凝固制粉技術，快速冷凝制取金屬粉末是指金屬或合金的熔滴通過急劇冷卻，形成非晶、準晶和微晶金屬粉末的技術。它的出現(xiàn)無論對粉末合金成分的設計還是對粉末合金的微觀結(jié)構(gòu)以及宏觀特性都產(chǎn)生了深刻影響，它給高性能粉末冶金材料制備開辟了一條嶄新道路，有力地推動了粉末冶金的發(fā)展。 霧化技術特點: 使熔體在離心力、機械力或窩速流體沖擊力等外力作用下分散成尺寸極小的霧狀熔滴，并使熔滴在與流體或冷模接觸中迅速冷卻凝固。 1. 流體霧化法 通過高速、高壓的工作介質(zhì)流體對熔體流的沖擊把熔體分離成很細的熔滴，并通過對流的方式散熱而實現(xiàn)快速冷卻凝固。 熔體的冷卻速度主要由工作介質(zhì)的密度、熔體和工作介質(zhì)的傳熱能力、熔滴的直徑?jīng)Q定，而熔滴的直徑手熔體過熱溫度、熔體流直徑、霧化壓力和噴嘴設計等霧化參數(shù)控制。 1. 流體霧化法：（a）水霧化法： 水霧化法即為熔體流在高壓高速水流的沖擊下，經(jīng)過片狀、線狀、熔滴狀三個階段逐步分離霧化，并在水流冷卻下凝固成粉末。 圖中： 1、熔體 2、石英管 3、水流 4、熔滴 1. 流體霧化法：（b）氣體霧化法 ： 與水霧法相比，如果霧化熔體的流體不用水而用空氣或惰性氣體，則為氣體霧化法。 右圖為氣霧法制粉裝置示意圖，圖中自上而下分別為：電源、坩堝、霧化氣體、噴嘴、粉末、真空泵收集器。 水霧化法與氣霧化法比較： 水霧化法與氣霧化法的優(yōu)點： 設備比較簡單，工藝簡單，操作容易，可以成噸大量連續(xù)生產(chǎn)缺點： 能達到的冷卻速率比較低，粉末的粒度及其分布的影響因素較多，不易精確控制，且粉末易氧化 1. 流體霧化法：（c）超聲氣體霧化法： 超聲氣體霧化法的主要設備與水霧化法相似，但是用速度高達850 m/s的高速高頻（80~100kHz）脈沖氣流代替了水流。 高速高頻脈沖氣流可以把熔體流分離成更細、更均勻的熔滴，并且熔體也不像水霧化法中經(jīng)過三個階段，而是直接分離成細小熔滴凝固成粉末，制備的粉末更細。超聲氣體霧化法已成功應用于高溫合金和鋁合金粉末的制備。 1. 流體霧化法：（d）高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法： 如下圖所示：經(jīng)感應加熱融化后的熔體流從石英管中噴射到旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)層的淬火液（水、碳氫化合物或低溫流體）中，熔體流在旋轉(zhuǎn)淬火液的沖擊下霧化分離成熔滴并冷卻凝固成纖維或粉末，然后在離心力的作用下飛出。圖中：1、冷卻液 2、旋轉(zhuǎn)筒 3、感應線圈 4、熔體 5、石英管 1. 流體霧化法：（d）高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法： 高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法優(yōu)點：可以獲得較高的冷卻速率�，F(xiàn)今，高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法已經(jīng)應用于快速凝固高溫合金、各種鋼、鋁和銅等有色合金的生產(chǎn)中。 2. 離心霧化法： 離心霧化法主要包括快速凝固霧化法和旋轉(zhuǎn)電極霧化法。 在離心霧化法中，熔體在旋轉(zhuǎn)襯底的沖擊和離心力的作用下霧化，同時通過傳導和對流的方式傳熱。 優(yōu)點： 生產(chǎn)效率高，可以連續(xù)運作 適于大批量生產(chǎn) 2. 離心霧化法：（a）快速凝固霧化法： 該方法中，熔化的合金熔體從石英坩堝中噴到一個表面刻有溝槽的圓盤形霧化器上，圓盤以高達3500r/min的速度旋轉(zhuǎn)，噴到盤上的熔體霧化成小小的熔滴并在離心力的作用下向外飛出，同時惰性氣體流沿與熔滴運動幾乎垂直的方向高速流動，是熔滴迅速凝固成粉末。 2. 離心霧化法：（a）快速凝固霧化法： 優(yōu)點： 1）凝固冷卻速率大，一般可達105K/s； 2）粉末的尺寸與分布是可控的。 因為快速凝固霧化法中旋轉(zhuǎn)霧化器的轉(zhuǎn)速約為比熔體旋轉(zhuǎn)法中的輥輪轉(zhuǎn)速大10倍，所以熔體與霧化器接觸的時間很短，熔滴主要是在與氣流接觸時通過對流傳熱冷卻凝固的。 而通過改變?nèi)垠w噴出速度和霧化器的尺寸及轉(zhuǎn)速，可以控制粉末的尺寸與分布。 缺點：當合金的熔點較高時，石英管噴嘴容易損壞。 3.機械霧化和其它霧化法 這類霧化方法是通過機械力的作用或者電場力等其它作用分離和霧化熔體然后冷凝成粉末。 A.雙輥霧化法 (Twin Roll Atomization) 熔體流在噴入高速相對旋轉(zhuǎn)的輥輪間隙時形成空穴并被分離成直徑小至30m的熔滴，霧化的熔滴可經(jīng)氣流、水流或固定于兩輥間隙下方的第三個輥輪冷卻凝固成不規(guī)則的粉末或薄片。 超微粉末在使用過程中必須具有以下特點：粉末顆粒表面潔凈；粉末的粒徑和粒徑分布可以控制；粉末的穩(wěn)定性好，易于儲存；粉末的產(chǎn)率、產(chǎn)量高等。氣相法是制備超微粉末的有效方法，主要特點是：粉末的生成(反應)條件易于調(diào)節(jié)，可以控制超微粉末的粒度，粉末的純度高。氣相法制備超微粉末技術分為兩大類，一類是蒸發(fā)凝聚法，一類是氣相化學反應法。 采用氣相法制備超微粒子時，無論采用哪種具體工藝，都會涉及氣相中粒子形核、晶核長大、凝聚等一系列粒子生長基本過程。 氣相法制備技術蒸發(fā)凝聚法低壓惰性氣體中蒸發(fā)凝聚法 等離子體蒸發(fā)法陰極濺射法流動油面上真空蒸發(fā)法通電加熱法氣相化學反應法制備技術一、蒸發(fā)凝聚法 基本概念： 蒸發(fā)凝聚法是將金屬、合金、金屬化合物、陶瓷等材料加熱，產(chǎn)生蒸氣，并將蒸氣冷卻凝聚，發(fā)生形核、長大，生成超微粉末的技術。 1. 低壓惰性氣體中蒸發(fā)凝聚法 在1~100Torr的低壓高純惰性氣體(Ar氣或He氣等)中加熱蒸發(fā)金屬或合金原料，產(chǎn)生金屬蒸氣，蒸發(fā)原子在與惰性氣體分子碰撞過程中失去動能，發(fā)生形核、長大而生成超微粉末。 技術優(yōu)點：粉末的純度極高；粉末顆粒是在準熱平衡狀態(tài)下生成的，顆粒的結(jié)晶性好；粉末的粒度可以通過調(diào)整蒸發(fā)溫度和惰性氣體的壓力來控制，可以得到粒度分分布范圍很窄的超微粉末；適合于制備一切能夠進行蒸發(fā)的材料的超微粉末。 (1)電阻加熱蒸發(fā)法 優(yōu)點：缺點：電阻材料的損耗大，易在超微粉末中帶入雜質(zhì)，每次投料量很少。 (2)電弧放電加熱蒸發(fā)法在水冷銅坩鍋和高融點金屬電極之間放電，產(chǎn)生數(shù)萬伏的脈沖電壓，使放置在水冷銅坩鍋的中的金屬試料表面產(chǎn)生極高溫度，進行蒸發(fā)冷凝，就可以得到超微粉末。放電電壓隨稀薄氣體的種類、電極的形狀和放置位置不同而不同，為了形成穩(wěn)定的放電電壓上述條件應該穩(wěn)定不變。 (3)感應電流加熱蒸發(fā)法 原理：以中、高頻感應電流加熱坩堝內(nèi)的金屬原料，在低壓(1~10KPa)的He、Ar等惰性氣體中進行蒸發(fā)，金屬蒸氣原子在與惰性氣體原子發(fā)生碰撞的過程中冷卻，凝聚而形成超微粒子。蒸發(fā)金屬用的坩堝一般選用剛玉(Al2O3)、ZrO2、BN等陶瓷。 關鍵技術問題：蒸發(fā)源、粉末收集 超微粉末的收集采用流動的惰性氣體進行動態(tài)沉積進行捕收，這種捕收方式不僅可以降低裝置內(nèi)的溫度，促進金屬的蒸發(fā)及金屬蒸氣形核，開可以驅(qū)使初生的超微粒子迅速離開蒸發(fā)源，得到抑制粉末粒度的效果。水平：感應電流加熱蒸發(fā)法制備超微粉末的裝置規(guī)格已經(jīng)達到520m，超微粉末的月產(chǎn)量已經(jīng)達到噸級。 (4)電子束加熱蒸發(fā)法電子束加熱方法在金屬焊接和蒸發(fā)鍍膜等微細加工中有著重要的應用，操作一般是在高真空中進行的。若裝置內(nèi)殘余氣體分子數(shù)量過多，則電子就會與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生散射作用，降低電子束的加熱效果。要采用電子束加熱蒸發(fā)法制備超微粉末，必須克服這一矛盾。 工藝特點：能量密度高，加熱速度快，加熱溫度高，不僅可以蒸發(fā)常規(guī)金屬，尤其適合于蒸發(fā)高熔點金屬如W、Mo、Ta、Ti、Pt及化合物超微粉末。對于在高溫下容易與坩堝起反應的材料更有效。采用電子束加熱蒸發(fā)法制備的超微粉末粒度分布非常窄，可以獲得粒徑在幾個nm的粉末，且粉末的純度高。 不足之處：粉末的產(chǎn)量不高�，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了功率達100KV的電子槍，電子束流強度為50mA，粉末的產(chǎn)率可以達到數(shù)g/h。 (5)激光加熱蒸發(fā)法 激光加熱蒸發(fā)法是一種將連續(xù)且高能量密度的輻射光源(CO2激光、YAG激光)透過激光器窗口聚集在固體表面上，使其蒸發(fā)的物理方法。由于激光束的功率密度可以達到104W/cm2以上，激光照射在物體表面時，可以將物料迅速融化，乃至氣化。作為窗口的材料一般選用Ge或Nacl單晶板。 工藝優(yōu)點：容易制備粒度很細的超微粉末；粉末的純度很高，顆粒表面潔凈；蒸發(fā)源的能量密度比電弧加熱法要高一個數(shù)量級，材料在極短時間內(nèi)可以達到蒸發(fā)溫度，而且蒸發(fā)位置和蒸發(fā)源的能量密度可以通過調(diào)整聚光系統(tǒng)來控制；制備出來顆粒粒徑極細，且分布范圍較窄，借助于改變氣氛壓力可以自由控制粒徑。 激光加熱蒸發(fā)法主要缺點：能源轉(zhuǎn)換效率較低，一般不超過20%；不適于制備很多表面反射性強，吸熱效率低的金屬超微粉末。 由于激光輸出功率的限制，這種方法最初只能用于研究室規(guī)模的實驗，最近陸續(xù)出現(xiàn)了一些KW級輸出功率的激光裝置，為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。 2. 等離子體蒸發(fā)法 等離子體是一種高能離子束，由中性粒子、離子、電子等組成，溫度高達10000K以上，如將等離子體照射在物料上，或?qū)㈩w粒狀物料注入到等離子體內(nèi)，物料就會迅速氣化成蒸氣，在等離子體邊緣，蒸氣迅速冷卻時，達到過飽和狀態(tài)，發(fā)生凝聚形核，就可以形成超微粉末。根據(jù)這一思想，可以將等離子體作為一種流動的反應器，用于制備超微粉末。 (1)產(chǎn)生等離子體的方法利用電極間的放電電弧產(chǎn)生等離子體 將電流電壓加在陰極和陽極組成的電弧等離子體發(fā)生器上，當氣體(Ar、N2、O2和H2等)通過陰極和陰極間隙時，部分氣體電離而形成的等離子體。 利用高頻磁場感應加熱氣體 以將頻率為幾兆赫以上的高頻交變電流通到套在石英管外的螺綞管圈上，使石英管內(nèi)流過的氣體感應加熱，部分電離形成等離子體。 混合等離子體法 將上述兩者結(jié)合在一起，既具有直流電弧等離子體穩(wěn)定性的優(yōu)點，又具有高頻感應等離子體體積大的優(yōu)點，把反應物和Ar氣送至超高溫(10000℃左右)的混合等離流中，使原料粉末熔化、蒸發(fā)、然后快速冷凝，形成超微粉末。 (2)等離子體加熱蒸發(fā)法基本原理 及工藝原理：向惰性氣體如氫、氦、氮放電產(chǎn)生的等離子體中輸入固體粉末粒子，并便獲得的超高溫蒸氣通過急冷裝置在非平衡過程中凝聚，如把幾種不同的固體粒子同時注人，則可制得合金或化合物超微粒子。 基本工藝：等離子體火焰加熱蒸發(fā)法：原理與激光加熱法的類似。等離子體火焰以45度角傾斜照射在固體金屬表面上，使其受熱蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸氣。金屬蒸氣和高溫等離子流混合在一起形成火焰尾，反射到粉末收集器內(nèi)。在冷卻過程中，金屬蒸氣凝結(jié)成超微粉末，并沉積在水冷收集器上。問題：采用等離子體火焰直接加熱金屬塊進行蒸發(fā)時，高溫等離子體火焰容易將熔體吹飛，不利于控制粉末的粒度。 解決辦法：將待蒸發(fā)原料以粉末顆粒的形式加入到高溫等離子體中，使之完全蒸發(fā)形成高溫蒸氣。關鍵問題：被注入到等離子體火焰中的顆粒狀原料必須能完全被蒸發(fā)掉。金屬顆粒的蒸發(fā)效率取決于其粒徑大小和被注入時的初始速度、等離子體流動速度和熱傳導系數(shù)等。因此，為了提高等離子體的熱傳導系數(shù)，可以采用在等離子體中導入H2的方法，而且H2的加入還具有還原效果，有利于制備高純的金屬超微粉末。 反應等離子體蒸發(fā)法采用含C、N、O等的氣體做反應劑進行蒸發(fā)實驗，可以制備出化合物超微粉末。等離子體化學氣相沉積法利用高溫等離子體將反應劑氣化，并發(fā)生化學反應，生成超微粉末。 3. 陰極濺射法 原理：將兩塊板狀金屬平行放置在Ar(40~250Pa)中，在兩塊金屬板上加上幾百伏的直流電壓，使金屬板間產(chǎn)生輝光放電。放電產(chǎn)生的離子撞擊在陰極待蒸發(fā)靶材上(待蒸發(fā)材料為陰極，Al板為陽極)，將靶材上的金屬原子激發(fā)出來，形成金屬蒸氣，凝聚后形成超微粉末。 特點：靶材表面不會融化；高融點金屬也能蒸發(fā)；若將蒸發(fā)靶材做成幾種元素的混合物，還可以制備出復合超微粉末，且粉末的成分與靶材的一致。 4. 流動油面上真空蒸發(fā)法金屬在高真空環(huán)境中蒸發(fā)時，金屬原子連續(xù)不斷地在固體襯底上冷凝，形核，生長，最終形成金屬薄膜。在蒸發(fā)的初期階段，在襯底上形成的薄膜是不連續(xù)的，它是由粒度分布很窄的超微粒子組成的“島狀”結(jié)構(gòu)。利用這一現(xiàn)象，將固體襯底改為流動的低蒸氣壓液體，當金屬原子到達流動的液體表面上發(fā)生冷凝時，就可以形成超微粉末。這種在真空環(huán)境中采用蒸發(fā)冷凝的方法制備超微粉末的方法被稱之為流動油面上真空蒸發(fā)法(Vacum Evaporation on Running oil Suhstracte)，簡稱VEROS法。 VROS法制備超微粉末的特點：粉末的平均粒徑很小，可以達到3nm，比其它方法制得的粉末細得多；粉末的粒度分布范圍很窄；蒸發(fā)速度比低壓惰性氣體加熱蒸發(fā)法的大得多；超微粒子在油中的分散性好。不足之處：從液體中分離粉末的手續(xù)麻煩；粉末粒度太細，容易氧化。 5. 通電加熱法 通電加熱法最初是為了制備SiC超微粉末而開發(fā)出來的，裝置原理如圖所示：在數(shù)Torr~數(shù)十Torr的惰性氣體中，將作為電極的炭捧和放在銅板電極上的固態(tài)Si接觸，在將固態(tài)Si加熱的同時，在炭捧與銅板之間外加交流電壓，由于Si具有負的電阻溫度系數(shù)，隨著溫度上升，Si的電阻減少，所以兩極之間電流增加炭捧變赤熱狀態(tài)，硅熔化后附著在炭捧表面，發(fā)生反應，生成SiC，并進一步蒸發(fā)、冷凝，形成SiC超微粉末。 二、氣相化學反應法制備技術 氣相反應法是指金屬蒸氣或者氣態(tài)化合物通過化學反應生成超微粉末的方法�；瘜W氣相反應大多采用高揮發(fā)性金屬鹵化物、碳基化合物、烴化物、有機金屬化合物和氧氯化合物、金屬醇鹽作為原料，有時還涉及使用氧、氫、氨、氮、甲烷等一系列進行氧化還原反應的反應性氣體，因此化學氣相反應合成常被用來制備包括金屬在內(nèi)的各種超微粉體。該法所用設備簡單，反應條件容易控制，產(chǎn)物純度高且粒徑分布窄，尤其適于規(guī)模生產(chǎn)。 1. 氣相反應法分類 通過單一化合物的氣相熱分解反應來生成超微粉末。在該方法中，原料A必需含有生成超微粉末所需的全部元素，例如CH3SiCl3中含有生成SiC超微粉末所需的Si和C元素，通過分解反應，就可以生成SiC超微粉末。 A(g)B(s)+C(g) 利用兩種以上的氣態(tài)化學物質(zhì)間的化學反應來生成超微粉末。在該方法中，原料的選擇自由度很大，制備同一種超微粉末可以有很多種組合。 A(g)+B(g)C(s)+D(g) 2.工藝特點要求原料的蒸氣壓高，分解溫度低，容易制備，具有較高的反應活性等。一般可以采用金屬的鹵化物、烷氧基化合物M(OR)、烷基化合物M(R)n等。采用氣相化學反應法制備超微粉末時，生成的超微粉末性質(zhì)除取決于反應物質(zhì)的物理化學性質(zhì)之外，還取決于反應器的構(gòu)造、加熱方式、反應氣體導入反應器的方式等。誘導化學反應方法的有電阻爐加熱法、化學火焰法、等離子體法、電弧法和激光法等。 3.電阻加熱式的氣相化學反應法 電阻加熱式管式反應器是化工領域中最為典型、最為簡單的一類反應器，也可以用于合 成超微粉末。這類反應器的結(jié)構(gòu)，如管徑、長度、溫度場分布，及原料氣的供給方式，載體氣體，反應氣體的流速等都直接影響到反應的轉(zhuǎn)化率，原料的利用率，粉末的產(chǎn)率、粒度、純度等。 注意問題：由于反應器采用的是外部加熱，反應器壁溫度很高，易和反應氣體反應，所以反應器材質(zhì)選定很重要。作為反應器的材料要求在需要的溫度條件下能夠不和氣體原料發(fā)生化學反應，一般使用石英玻璃管、磁管、Al2O3管和石墨管。在使用還原氣氛合成氮化物和碳化物超微粉末時，也可以在反應器的高溫區(qū)插入Mo管，用來反應器。 考慮到反應管內(nèi)流體的溫度、速度分布特征以及傳熱學行為，選用細而長的管子有利。這樣的反應器內(nèi)的溫度梯度小，反應高溫段的溫度分布均勻，有利于均相反應的進行；反應氣體進入到反應管內(nèi)時應盡量保持穩(wěn)流狀態(tài)，壓力要穩(wěn)定，這樣，就可以控制超微粒子的形核與生長過程，達到控制超微粉末粒徑的目的。 4. 等離子體合成技術 (1)反應等離子體法 由于等離子體的溫度可以高達10000K以上，不僅可以將金屬、合金乃至陶瓷汽化，還可以誘發(fā)各種化學反應。在蒸發(fā)金屬或合金的過程中，采用含碳、含氮或含氧性氣氛，還可以制備出金屬碳化物、氮化物或氧化物超微粉末。 (2)等離子體化學氣相沉積法方法有兩種，如圖所示，一種是在等離子體中導入反應性氣體A，使之熱理解成原子態(tài)，在等離子體火焰的尾部導入反應性氣體B，兩者發(fā)生化學反應，生成化合物C超微粉末，如圖(a)所示；一種是在等離子體火焰尾部同時導入反應性氣體，進行化學反應，生成C化合物的超微粉末，如圖(b)所示。但后者的缺點是，熱效率不高，且容易在超微粉末中引入雜質(zhì)，而前者更有效。 5. 激光誘導化學反應法原理：利用反應性氣體分子對特性波長的激光光子能量的吸收，活化，誘導氣體分子的光解、熱分解、激光光敏化和化合反應等，發(fā)生超微粒子的形核與生長，最終形成超微粉末。采用的激光一般是波長為10.6m的CO2激光和波長為1.06m的Nd:YAG激光。CO2激光有連續(xù)型和脈沖型兩種。 使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學性能、物理性能、化學性能和生物性能。工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。 2.3.1材料的機械性能（力學性能）材料在載荷 (外力或能量) 以及環(huán)境因素作用下表現(xiàn)出 的變形和破斷的特性。材料受外力作用時，將會產(chǎn)生變形和破壞。其過程一般是：彈性變形－塑性變形－斷裂。材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復的變形稱為塑性變形。 金屬應力-應變 曲線（分為四階段）： 彈性變形 屈服變形 均勻塑性變形階段 局部集中塑性變形 - 頸縮 一、彈性和剛度彈性：指標為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時的應力。剛度：材料抵抗彈性變形能力。彈性模量E。 二、強度與塑性強度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和破斷的能力。屈服強度s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。是設計 和選材的主要依據(jù)之一。條件屈服強度0.2：殘余變形量為0.2%時的應力值。抗拉強度b：材料斷裂前所承受的最大應力值。是零件設計的重要 依據(jù)，也是 評定金屬材料質(zhì)量的重要指標。 鑄鐵、陶瓷、復合材料等脆性材料 σb =σs 中、高碳鋼等無明顯屈服現(xiàn)象 塑性：材料受力破斷前可承受最大塑性變形的能力。 指標為： 伸長率：三、沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。 ak = Ak / F ( J/cm2 或 MJ/m2 )     Ak-沖擊破壞所消耗的功變形功及斷裂功； F-試樣斷口截面積。 影響因素 ：材料、T、試樣大小、缺口形狀等。 應用：汽車緊急制動；蒸汽錘；沖床等動載荷。 脆性材料：斷裂前無明顯變形，斷口呈結(jié)晶狀，有金屬光澤。  韌性材料： 斷裂前明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果四、疲勞材料在低于s的重復交變應力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)定次數(shù)應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞斷口 鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關系: σ-1 = (0.45～0.55)σ b 疲勞占失效零件的70%以上，80%的斷裂由疲勞造成。疲勞原因：劃痕、內(nèi)應力集中引起微裂紋展 影響因素：循環(huán)應力特征、溫度、材料成分和組織、 夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應力等。 陶瓷、高分子材料的疲勞抗力很低；金屬材料，纖維增強復合材料疲勞強度較高。通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。 五、硬度硬度是指材料抵抗表面局部塑性變形的能力。硬度是衡量材料軟硬的指標，是一個綜合的物理量。工業(yè)上質(zhì)量檢驗、工藝設計最常用的性能指標。材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標之一。硬度的應用： ▲ 檢驗產(chǎn)品質(zhì)量 ▲ 衡量刀具、軸承等軟硬程度和耐磨性 ▲ 可換算為強度極限 布氏硬度HB 直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應的試驗力P壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后卸除試驗力，在試樣表面留下球形壓痕，如下圖所示。 壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。 布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼， 鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的b與HB之間的經(jīng)驗關系： 對于低碳鋼: b(MPa)≈3.6HB 對于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB 對于鑄鐵： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40) 洛氏硬度HR 洛氏硬度是以頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為Φ1.588㎜的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試驗力使其壓入試樣表面。試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力。壓入試樣表面之后卸除主試驗力，在保留初試驗力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。 ▲ HRB（鋼球壓頭，100kg載荷）　　▲ HRC（圓錐壓頭，150kg載荷）　　▲ HRA（圓錐壓頭，60kg載荷） 維氏硬度HV 金剛石正四棱錐壓頭，精確，但操作復雜，用于科學試驗。 壓力可選5～120kg間的特定值；適于各種硬度值的測量；壓痕小，可測表面硬化層、薄片零件。硬度之間互換的關系： 200 ~ 600HBS時： 10HRC ~ HBS 硬度小于450HBS時： HBS ~ HV 維氏硬度HV符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法—維氏硬度試驗 、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點。 六、斷裂韌性KIC 低應力脆斷 —— 應力遠小于屈服強度時發(fā)生突然脆性斷裂 。機理 —— 微裂紋、缺陷、應力集中 → 裂紋擴展 →失穩(wěn)擴展 。斷裂韌性 —— 裂紋失穩(wěn)擴展抗力。 影響因素 —— 成分、熱處理、加工工藝。 七、高溫下的機械性能 溫度升高 → 硬度、強度、彈性模量下降；塑性、韌性 增加。蠕變 – 高溫下工作的材料，隨時間的延長，應變量緩慢增加，甚至發(fā)生斷裂。ZnE紅軟基地

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