推荐高中化学必修一第四章第一节非金属及其化合物导论实用word文档 10页Word格式.docx

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富市场竞争力，因而可成为高效高精度切削加工有色金属及其合金、复合材料和硬脆非金属材料的最理想的新一代刀具材料。

关键词:

CVD金刚石薄膜涂层刀具化学气相沉积法刀具性能

1引言

金刚石薄膜在力学方面具有许多独特的优良性能，它接近天然金刚石的硬度和耐磨性，具有低摩擦系数、低热膨胀系数、高热导率以及高化学稳定性等特性，从而使其在工模具和耐磨器件领域具有广阔的应用前景,已成为理想的刀具材料。

用金刚石刀具切削硅铝合金等硬质材料时具有加工精度高、切削寿命长、切削力小及加工效率高等优点。

随着汽车工业的发展对金刚石刀具需求量越来越大，天然单晶金刚石和人造聚晶金刚石刀具制造工艺复杂成本

较高，而用化学气相沉积方法在硬质合金表面生长一层金刚石薄膜制成的刀具具有金刚石的特性，而且制造简单成本较低，是较好的替代品。

目前国内外研究单位都在积极开发金刚石薄膜涂层刀具，但未形成规模生产和应用，原因是涂层工艺基体材料及刀具几何参数还不能保证。

CVD金刚石薄膜涂层刀具是在刀具基体上直接沉积金刚石薄膜，因而适用于制造复杂形状的刀具。

与其他金刚石刀具相比，CVD金刚石薄膜涂层刀具制造设备投资小，性能价格比高，极富市场竞争力，因而可成为高效

高精度切削加工有色金属及其合金、复合材料和硬脆非金属材料的最理想的新一代刀具材料。

CVD技术的沉积温度太高，超过了许多材料的热处理温度，在这样高的沉积温度下。

镀层和硬质合金基体材料都面临着晶粒长大和失碳问题，从而产生一种或几

2CVD金刚石薄膜涂层刀具制备工艺-化学气相沉积法（CVD）

化学气相沉积（CVD）属于原子沉积类，是利用气态的先驱反应物通过原子、分子间化学反应的途径生成固态涂层的技术。

基于此特点，CVD过程大多在相对较高的压力和较高的沉积温度环境下进行，因为较高的压力有助于提高涂层的沉积速率。

较高的沉积温度可保证化学反应的顺利进行。

CVD涂层工艺温度约为1000℃，结合力可靠，但也带来了一些性能上的缺陷，如刀具切削刃需经过钝化预处理，刀具表面易出现残余拉应力，且不能用于高速钢刀具表面涂层；

另外

种复式碳化物，即所谓的η相，且通常生成在涂层和基体的界面特别是刃口上。

这种相很脆，降低硬质合金的抗弯强度，同时增大刃口的脆性，从而导致刀刃在使用过程中过早损坏。

涂层表面状态和切削用量对金刚石薄膜涂层刀具损坏形式有很大影响。

未研磨的金刚石薄膜涂层刀具表面较粗糙，切屑沿前刀面流出时摩擦阻力较大，切削铝合金等时被切削材料容易在前刀面粘附并进而形成较大的积屑瘤，切削过程中积屑瘤频繁脱落，将对金刚石薄膜产生周期性的剥离作用，从而容易使金刚石薄膜从基体剥落。

相反，对金刚石薄

膜涂层刀具前刀面进行适当的研磨后，切屑在前刀面的粘附大幅度下降，只在刀刃处有较小的积屑瘤产生，金刚石薄膜涂层刀具的切削性能得到极大提高，可以

较高的切削速度进行长时间稳定

切削

（图）7切削用量对金刚石薄膜

涂层刀具损坏形式的影响

2.1CVD金刚石薄膜涂层刀具

原料

硬质合金

硬质合金是由难熔金属碳化

物（wc，Tic等）和金属粘结剂（如Co）的粉末高温下烧结而成的，硬质合金可分为WC基和TiC基两大类。

我国最常用的碳化钨基硬

质合金有钨钻类和钨钛钴类。

（1）wc—co（YG）类硬质合金，这类合金由wC和Co组成。

常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含Co量分别为3％、6％、6％、

8％，主要用于加工铸铁及有色金属。

（2）wc～Tic—co（YT）类硬质合金，这类合金中的硬质相处wc

外，还含有5～30％的TiC。

常用牌号有YT5、YTl4、YTl5及YT30，以上三类都是wc基硬质合金，在实际生产中较为常用，表1Tic含量分别为5％、14％、15％和30％，相应的钴含量为10％、8％、6％及4％，主要用于加工钢料。

随着合金成分中Tic含量的提高和co含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗弯强度则降低。

与YG类硬质合金比较，YT类台金的硬度提高了，但抗弯强度、特别是冲击韧性却显著降低。

（3）WC—TiC—Tac（NbC）一Co（YG）类硬质合金，这是在YT类硬质合金成分中加入一定数量的Tac（Nbc），常用牌号有Ywl和Yw2，加入Tac（№c）可提高抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高合金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性，这类合金既可加工铸铁和有色金属，也可加工钢，因此常称为通用硬质合金。

为常用硬质合金的化学成分、机械性能及用途。

2.2CVD金刚石薄膜涂层刀

具制造

1）表面预处理①表面的净化与粗化

基体表面净化、粗化处理的主要目的是清除硬质合金刀具在制造过程中不可避免地残留在基体表面上的污染物、吸附物、氧化物,改变基底表面的微观结构,去除表面附着强度较低的WC颗粒,增加反应气源与基体的接触面积,增加基底表面的表面能,提高金刚石在硬质基体上的成核密度,从而增强膜/基的附着力。

常用方法有:

化学清洗、液体超声清洗、机械研磨微粉镶嵌、液体超声处理等。

②表面植晶处理

篇二：

河南理工材料导论前三章作业参考答案

第一章问答题

1、什么叫材料？

材料必须具备的几个要点是什么？

简述人类所使用材料的演变过程。

答：

材料是人们用来制造有用的物品、器件和构件的物质。

材料必须具备以下几个要点：

①一定的组成和配比。

制品的使用性能主要取决于组成的化学物质（主要成分）及各成分（主要成分与次要成分）之间的配比。

②成型加工性。

即有一定的形状和结构特征。

③形状保持性。

即以一定的形状出现，并在该形状下使用。

④经济性。

即质优价廉，富有竞争性，乐于为社会和人们接受。

⑤回收和再生性。

材料应为绿色产品，符合人类可持续发展战略，并应满足已经确定的社会规范、法律等。

在原料的生产、材料的制造、施工、使用和废弃物的处理等环节，都应对维护健康、保护环境负责。

人类所使用材料的演变过程也是人类文明进步的过程，具体如下：

旧石器（250万年前）→新石器（1万年前）→陶器→青铜器公元5000年前）→钢铁（公元1400年前）→合成材料（近200年，经历蒸汽机、电、原子能、计算机4次革命）→新型材料（现在的信息技术）。

2、材料如何进行分类？

按化学组元分，可分为金属、无机非金属、有机高分子材料。

按状态分，可分为单晶、多晶质、非晶态、复合材料。

按物理性质分，可分为高强度、高温、超硬、导电、绝缘、磁性、

透光、半导体材料。

按物理效应分，可分为压电、热电、铁电、光电、电光、声光、磁光、激光材料。

按用途分，可分为建筑、结构、研磨、耐火、耐酸、电工、电子、光学、感光、包装材料。

3、材料在现代社会中有哪些重要作用？

材料在现代社会中对新技术和高技术起着十分关键的作用，没有新材料就没有发展高新技术的物质基础，因此，所有工业发达国家都把新型材料的研究放在特别重要地位。

例如新型材料可用作敏感元件。

新型无机材料以及它所具有的全失电、压电、半导、磁性能及对外界环境产生的敏感反应等，使它可用作制造稳定可靠的敏感元件或感应器。

例如压电陶瓷可用作测压力、应力及振动的传感器；

半导性陶瓷是氧分压测定的最常用传感器；

氧化钛、氧化锌材料是作为若干碳氧化合物气体敏感元件的基础。

这些传感器越来越普遍地以薄膜的形式使用，因此它们与半导体集成电路相结合是今后的发展方向。

新型材料可用作集成电路及电容器，变阻器等。

先进无机材料中的电子陶瓷，利用无机材料一般具有较大的禁带宽度，可在很宽的范围内调节它们的介电，光及导电性能。

近年来，薄膜多层结构用于集成电路及电容器方面进展迅速。

其集成度、速度成百倍的提高，无机多层封装结构日趋微小，精度越来越高。

铁电陶瓷、陶瓷变阻器要求严格的显微结构与晶界组成的控制，研究进展同样很快。

目前超细结构的变阻器材料已使它的耐压特征从5kV/cm提高到120kV/cm。

新型材料可用作结构材料。

新型无机材料的许多性能特征使它在结构材料领域具有许多现实的和潜在的应用价值。

它们的重要应用领域包括切削工具，在各种恶劣环境下的耐磨材料，防弹等军用材料，人工骨骼、牙齿等生物陶瓷材料，以及近年来颇能引起关注的陶瓷发动机材料等。

4、根据你掌握的情况，展望一下未来材料的发展趋势。

材料是一切技术发展的物质基础。

随着现代科学技术的飞速发展,各种适应高新科技的新型材料不断涌现，为新技术划时代的突破创造了条件。

新型材料的特点是高性能化，高功能化，高复合化。

材料科学已成为多学科互相交叉、相互渗透的科学。

进入21世纪，各种新型材料的研制、开发与应用，日新月异，与日俱增。

新型材料应用的实例，已是随处可见。

未来材料的发展趋势如下：

1）继续重视高性能的新型金属结构材料。

高性能材料就是指具有高强度、高韧度、耐高温、耐低温、抗腐蚀、抗辐射等性能的材料。

在我国，新型金属材料仍然是21世纪的主导材料。

2）结构材料趋于复合化——先进的多相复合材料。

由于单一材料存在难以克服的某些缺点，所以把不同材料进行复合以得到优于原组分的新型材料，就成为结构材料发展的一重要趋势。

第二章问答题

1、材料结构的测试方法？

材料结构的测试方法有以下几种：

（1）宏观组织结构测试，是人们用肉眼或放大镜所能观察到的粗大晶粒或相的集合状态。

（2）显微组织结构测试，即借助光学显微镜和电子显微镜观察到的晶粒或相的集合状态，其尺度约为10-7～10-4m。

（3）原子排列结构测试，即用X－衍射测试，约为10-10m。

（4）原子的电子结构测试，这种结构的尺度更小，电子间相互作用，需用量子力学、量子化学和固体物理等方面的知识研究。

2、聚集态原子间是如何相互作用的？

聚集态原子间是由无数的原子或晶粒聚集而成的固体，对处于这类状态的材料称之为聚集体。

聚集态原子间的作用力有吸引力与排斥力。

每一种力的大小均是原子间距离的函数。

引力FA是异性电荷之间的库仑吸引力；

斥力FR的来源有二:

同性电荷之间的排斥和泡利不相容原理所引起的斥力，泡利斥力是主项，它是两个原子的闭壳层（即核外排满电子的壳层）开始重叠后所产生的强烈的排斥作用。

总作用力FN即是二者之和，即FN=FA+FR

3、原子间结合键的类型，什么是一次键、二次键？

原子间存在着结合力，好像有很多小弹簧把原子联接起来，使材料保持一定的几何形状，这种结合力又称为结合键（化学上称化

学键）。

原子间结合力的大小对材料的性质有显著影响。

根据结合力的强弱，可把结合键分成一次键和二次键两大类。

（1）正、负离子经库仑静电引力相互结合起来的化学键即离子键；

相邻原子共同占有其部分价电子，使每个原子的最外层电子处于满壳层状态，将相邻原子结合起来，这种化学键称为共价键；

金属及合金中的主要化学键（金属键）。

氢键和范德瓦尔斯键均为二次键。

一个中性的氢原子通常只和一个另外的原子形成共价键；

但由于氢的特殊性，它与负电性大的原子X结合后，还可以与第二个负电性大的原子Y结合，以X-H…Y表示，例如F-H…F，O-H…O，N-H…O等，其中X-H基本上是共价键，H…Y则是一种很强的偶极矩相互作用，称作氢键。

范德瓦尔斯键即电子在原子中瞬时位置的变化产生电偶极矩彼此相互作用，引起原子或饱和分子间的吸引而相互结合，这种结合键也称为分子键。

篇三：

材料科学与工程导论

材料科