本書主要介紹了金屬粉末的非水基凝膠注模成形技術(shù)，包括凝膠體系的選擇，凝膠注模成形工藝在鐵基、銅基、鋁基、鈦鋁合金材料制備方面的應(yīng)用，并詳細分析了各種材料的燒結(jié)特性。
目前凝膠注模成形多用于制備陶瓷材料，在粉末冶金方面的應(yīng)用還處于研究階段，市面上尚未有相關(guān)圖書。本書的出版將填補此領(lǐng)域的空白。
另外，本書對于從事陶瓷材料凝膠注模成形研究的人員也有一定的借鑒意義。
隨著材料學(xué)與高分子化學(xué)、膠體化學(xué)、生物酶化學(xué)、計算機學(xué)、微電子學(xué)等學(xué)科的相互滲透，新型成形技術(shù)得到迅速發(fā)展，為各種精密部件的制備提供了更多更有效的工藝手段。
凝膠注模成形技術(shù)是20世紀90年代初由美國橡樹嶺國家重點實驗室發(fā)明的材料濕法成形技術(shù)，將傳統(tǒng)陶瓷工藝和聚合物化學(xué)有機結(jié)合起來，是一種近凈成形工藝。該技術(shù)克服傳統(tǒng)成形的缺點，繼承其優(yōu)點，成為一種獨具特色又極具前景的新型成形工藝，已經(jīng)被應(yīng)用于多種陶瓷材料體系。
隨著具有優(yōu)異特性的粉末冶金材料的不斷實用化，制作復(fù)雜形狀金屬零件的需求日益強烈。為獲得具有預(yù)期性能與形狀的粉末冶金制品，粉末的成形工藝在粉末冶金的整個制作過程中尤為重要，必須成形出密度均勻、尺寸形狀精度良好的成形體，而且要求成形工藝簡單、成本低廉。由于凝膠注模成形工藝的諸多優(yōu)點，人們逐漸開始把此工藝應(yīng)用于粉末冶金生產(chǎn)工藝中金屬零部件坯體的成形工藝，并取得了一定的研究進展。但是，由于水基凝膠注模使用水作為溶劑，在用于金屬粉末成形時，很容易與粉末發(fā)生反應(yīng)，從而嚴重影響燒結(jié)體的質(zhì)量。而且原有的非水基體系應(yīng)用于金屬粉末時存在工藝性不夠好，聚合物排除困難等缺點。因此，開發(fā)一種能夠適用于金屬粉末凝膠注模成形的凝膠體系，對于凝膠注模工藝廣泛應(yīng)用于金屬粉末成形領(lǐng)域具有重要的意義。
本課題組自2003年以來一直致力于金屬粉末的非水基凝膠注模成形的研究，積累了一些經(jīng)驗，取得了一些成果�，F(xiàn)在將其總結(jié)出來，希望能夠為相關(guān)領(lǐng)域人員提供一定的參考與借鑒。
課題組先后有劉衛(wèi)華、王聰聰、Karima、范濤等博士，史延濤、張秀麗、韓躍朋、高杰、王召利、袁海英、唐怡等碩士參與這項工作。本書的內(nèi)容包含著他們的汗水與心血，在此對上述同學(xué)表示由衷的感謝。
金屬粉末非水基凝膠注模成形的項目得到了國家自然科學(xué)基金的支持（51274041），在此對國家自然科學(xué)基金委員會表示衷心的感謝！
書中的疏漏與不妥之處，懇請各位專家與廣大讀者不吝批評指正。
編著者
2016年11月
賈成廠，北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院教授，博士生導(dǎo)師。主要從事粉末冶金成形技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，在國內(nèi)外發(fā)表論文200余篇，其中被SCI檢索76篇，被EI檢索127篇。獲教育部科技進步二等獎，中國冶金教育協(xié)會**教材一等獎，中國有色金屬學(xué)會期刊二等獎，中國金屬學(xué)會**工作者，復(fù)合材料學(xué)會《復(fù)合材料學(xué)報》杰出編委。
1概述001
1.1膠態(tài)成形技術(shù)的發(fā)展001
1.2凝膠注模成形技術(shù)002
1.3凝膠注模成形技術(shù)的分類003
1.4凝膠注模成形技術(shù)的特性004
1.5非水基凝膠注模成形技術(shù)的研究進展006
1.5.1非水基凝膠體系的研究006
1.5.2凝膠機理的研究008
1.5.3應(yīng)用領(lǐng)域的研究009
1.6凝膠注模成形存在的問題與發(fā)展方向009
參考文獻010
2凝膠體系的選擇013
2.1凝膠注模成形工藝機理分析013
2.2凝膠體系對單體的需求015
2.2.1單體聚合速率015
2.2.2長鏈的側(cè)基結(jié)構(gòu)016
2.2.3聚合物排除017
2.2.4單體選擇019
2.3凝膠體系對溶劑的要求020
2.3.1形成溶液階段020
2.3.2單體聚合階段021
2.3.3凝膠開始階段022
2.3.4凝膠階段023
2.3.5膠體干燥階段024
2.4凝膠體系對引發(fā)劑的需求024
2.4.1溶解性024
2.4.2引發(fā)劑的活性024
2.4.3引發(fā)劑的選擇025
2.5凝膠體系選擇總結(jié)027
參考文獻027
3新型非水基凝膠體系分析028
3.1聚合單體分析028
3.1.1單體對凝膠性能的影響028
3.1.2交聯(lián)劑對凝膠性能影響030
3.1.3凝膠溫度對凝膠性能的影響033
3.1.4聚合物排除研究034
3.2溶劑分析035
3.2.1溶劑對凝膠性能的影響036
3.2.2溶劑對坯體性能的影響037
3.2.3溶劑排除性能的研究038
3.3引發(fā)劑分析043
3.3.1引發(fā)劑對凝膠性能的影響043
3.3.2溶劑對引發(fā)劑的影響044
3.4新型非水基凝膠體系制備坯體性能研究046
3.4.1坯體力學(xué)性能046
3.4.2坯體的形狀復(fù)雜性047
3.4.3坯體的均勻性048
3.4.4坯體微觀形貌分析048
3.5凝膠體系分析049
參考文獻049
4凝膠注模成形工藝在鐵基材料中的應(yīng)用050
4.1制備工藝050
4.1.1原料與凝膠體系選擇050
4.1.2凝膠注模工藝流程053
4.1.3性能測試054
4.2用凝膠注模成形工藝制備純鐵零件055
4.2.1燒結(jié)工藝055
4.2.2組織與性能055
4.3用凝膠注模成形工藝制備碳鋼零件057
4.3.1燒結(jié)工藝057
4.3.2組織與性能057
4.4凝膠注模成形工藝制備Fe-Cu-C合金零件060
4.4.1燒結(jié)工藝061
4.4.2組織與性能061
4.5凝膠注模成形工藝制備高氮鎳不銹鋼063
4.5.1燒結(jié)工藝063
4.5.2組織與性能063
參考文獻065
5凝膠注模成形工藝在銅基材料中的應(yīng)用066
5.1銅粉凝膠注模成形的體系選擇066
5.1.1原料與工藝過程067
5.1.2料漿固相含量對成形坯體密度的影響068
5.1.3燒結(jié)制度的制定070
5.1.4燒結(jié)體的微觀組織與性能071
5.2工藝參數(shù)對材料性能的影響075
5.2.1單體含量的影響076
5.2.2單體/交聯(lián)劑比例的影響077
5.2.3引發(fā)劑含量的影響078
5.2.4分散劑含量的影響079
5.2.5溫度的影響080
5.3銅粉末非水基凝膠注模的燒結(jié)081
5.3.1坯體燒結(jié)制度的確定082
5.3.2燒結(jié)的影響因素分析083
5.4凝膠注模法制備銅錫多孔材料090
5.4.1凝膠注模成形銅錫多孔材料的工藝過程090
5.4.2凝膠注模銅錫多孔材料坯體性能103
5.4.3凝膠注模成形多孔CuSn材料的性能105
參考文獻109
6凝膠注模成形工藝在鋁基材料中的應(yīng)用110
6.1鋁粉的凝膠注模成形110
6.1.1燒結(jié)過程分析110
6.1.2壓成形燒結(jié)鋁應(yīng)用研究125
6.2凝膠注模成形制備泡沫鋁126
6.2.1制備工藝設(shè)計126
6.2.2發(fā)泡劑凝膠注模成形制備泡沫鋁134
6.2.3凝膠注模成形低溫發(fā)泡法制備泡沫鋁145
6.2.4凝膠注模成形高溫發(fā)泡法制備泡沫鋁153
6.2.5三種制備工藝的比較157
6.3凝膠注模成形制備多孔鋁銅合金158
6.3.1原材料與工藝過程158
6.3.2鋁銅合金燒結(jié)體的組織與性能163
6.3.3鋁銅合金燒結(jié)體的孔結(jié)構(gòu)研究172
參考文獻178
7凝膠注模成形工藝在其它金屬材料中的應(yīng)用179
7.1鈦與Ti-6Al-4V合金179
7.2TiAl合金182
參考文獻184
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