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粉末冶金的優缺點范文1
關鍵詞:樹脂基;成型劑;硬質合金;壓坯強度;熱分解
中圖分類號:TF125.3 文獻標志碼:B
0 前言
目前國內硬質合金廠家廣泛采用的成型劑是:橡膠、石蠟和聚乙二醇(PEG)三類。中小企業基本上采用橡膠作為成型劑。采用噴霧干燥工藝的一般用PEG或者石蠟作成型劑。有的企業幾種成型劑都用,還有的橡膠石蠟混用。各種成型劑各有優缺點:橡膠粘性好,但殘留碳較高;石蠟,高溫能完全揮發,無殘留物,在真空也易脫除,但粘性低;而PEG是一種水溶性聚合物,提高了生產的安全性能,但吸濕性強,對工作環境的濕度和溫度要求極為苛刻[1-2]。
樹脂基成型劑是用樹脂作主粘結成份。樹脂純度高、灰份少、易排除、制粒性與成形性好,并且價格較其他物質低,可以大大節約生產成本。加入順丁橡膠與SBS能使膠液的粘度增大;加入環烷油能使順丁橡膠與SBS順利應用,使其變成塑性非常好的“充油橡膠”[3]。
1 實驗部分
1.1 實驗原料
本公司制備的混合料:牌號YJ2.1(WC-Co8%,WC晶粒尺寸2.4μm),燕山牌聚丁二烯橡膠,巴陵牌SBS,145樹脂(松香季戊四醇酯),特級萜烯樹脂,C5石油樹脂,環烷油。
1.2 實驗過程
1.2.1 成型劑配方設計
按表2設計9組不同配比的成型劑配方,并采用丁鈉橡膠成型劑作為對比樣,記為10號。
1.2.2 壓制工藝與壓坯抗彎強度測定
壓制在30t單柱油壓機上進行,壓坯尺寸37×16×10mm,單重40g,壓制壓力5 t/cm2。
使用美國Instron3369材料力學試驗機測定壓坯抗彎強度。
1.2.3 燒結工藝與合金性能檢測
壓坯試樣采用加壓燒結工藝,燒結溫度1430℃,保溫時間90min,同爐燒結后檢測試樣物理機械性能。
2 結果與討論
2.1 壓坯抗彎強度結果討論
試驗中樹脂基膠液配方表現出很強的粉末顆粒初粘力。本研究擺脫了過去總是以橡膠(包括SBS)、石蠟等為主要成份的理念,看來樹脂同樣可以做為成型劑主要成份。這是成型劑研發的一個新思路,能很好地解決復雜異形產品的難成型問題。
表3物理機械性能數據表中壓坯強度結果表明,樹脂基成型劑的壓坯強度與合金抗彎強度比丁鈉橡膠高,10號丁鈉橡膠做成型劑的壓坯抗彎強度是1.60MPa,6號樹脂基成型劑的壓坯抗彎強度是3.26MPa,是前者的兩倍。樹脂基成型劑壓制出來的產品壓坯表面光亮,毛坯強度高,不掉變掉角。使用樹脂基成型劑能大大提高產品的壓坯性能,并能適用于難成型復雜異形產品的成型。
2.2 合金物理機械性能檢測結果討論
表3物理機械性能數據表中合金橫向斷裂強度結果表明,樹脂基膠液做的合金強度總是高一些。這一結果說明,如果成型劑的增塑和能力相同,粘結力強的成型劑有助于壓坯缺陷減少,燒結后制品強度有提高的趨勢。
表6合金矯頑磁力統計分析表表明,成型劑各成份配比對合金矯頑磁力有顯著影響,分析可能是每種膠液在實際排除與燒結過程中增碳量稍有差異。
綜合實驗中的考察指標取最佳水平,可得出實驗最佳配方為樹脂10g,SBS+順丁膠6g,環烷油2g。
2.3 樹脂基成型劑熱分解曲線研究
成形劑選擇與脫除工藝不當,易造成硬質合金產品的滲碳或脫碳,因此成形劑的選擇與脫除工藝的制訂對硬質合金質量控制至關重要。壓坯內成形劑的脫除是一個較復雜的過程,不僅包含成形劑的熔融與分解等一系列物理化學變化過程,而且還包含成形劑熱分解產物從壓坯體內的脫除遷移過程。成形劑熱分解特性的研究對多組元復合成形劑體系的開發與成形劑脫除工藝的制訂均具有重要的指導意義[1]。
取干燥后摻入成形劑的混合料在德國Netzsch公司生產STA449C/3/MFC/G同步熱分析儀上進行TG與DSC分析。儀器的測量靈敏度極限為TG:0.1μg;DSC:0.02μW。分析氣氛為高純氬氣,分析溫度范圍為室溫~650℃,升溫速率為5℃/min,380℃、440℃、500℃分別保溫1h。DTG數據是在TG原始數據基礎上通過求導數獲得。DTG曲線上的峰頂點(質量損失速率最大值點)與TG曲線拐點相對應,峰數與TG曲線的臺階數相等,峰面積則與質量損失成正比[10]。
由圖1可知,丁鈉橡膠為主要成份的成形劑從室溫到380℃為失重第一臺階,質量變化從380℃到440℃為失重第二臺階,440℃到500℃為失重第三臺階。由圖2可知,樹脂基成形劑到了440℃就已基本排除,440℃以后質量變化很小。由此可見,樹脂基成形劑排除溫度低,殘余碳低,易排除。
需說明的是,由于所用混合料的載體量較小,采用常規成形劑的摻入方法難以保證其摻入的均勻性,而且分析用樣品的質量在毫克級,可能是導致兩種混合料質量損失稍有不同的主要原因。
3 結論
(1)樹脂基成形劑成形效果好,壓坯強度高,易排除,具有非增碳性,適合于難成形的異形硬質合金的成形,并且價格成本低。
(2)由于新成形劑是在原成形劑上做改進,只需稍微改變一下排除工藝,基本不需改變原工藝模具與設備,具有較強的應用性。
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粉末冶金的優缺點范文2
機械制造技術基礎是高等本科教育中機械類及近機類專業的一門重要專業基礎課程,是一門講述有關機械產品制造過程的綜合性技術課程。在本校的相關專業教學大綱中規定該課程的教學內容由工程材料及成形技術和機械制造技術兩大部分構成:工程材料及成形技術部分講述現代工業常用材料(金屬、高聚物、陶瓷、復合材料等)和熱加工工藝基礎(鑄造、鍛造、焊接、粉末冶金、熱處理等)的相關知識;機械制造技術部分講述機械加工工藝基礎的相關知識。課程的教學目的是通過本課程的學習,要求學生能總體地了解和把握機械制造活動,掌握金屬切削過程基本規律和機械加工的基本知識,能合理選擇材料、毛坯制備、機械加工方法,具有產品質量、公差與配合的基本知識,初步具有解決生產現場工藝問題,決策制造模式方面的能力。
1 機械制造技術基礎的教學現狀
機械制造技術基礎是一門傳統的課程,多年來人們積累了許多寶貴的教學經驗和教學方法,教學質量也得到一定的提高和改善,但由于其教學內容比較抽象、復雜且涉及實際生產經驗等特點,還存在一些問題。
1.1 教學手段的不正確使用
隨著科學技術的發展,許多先進的教學手段進入課堂教學,如幻燈片、投影儀、語音設備、多媒體等。最初將這些手段引入教學的目的是使教學內容化繁為簡,化難為易,由抽象變為直觀,便于觀察和認識,有利于學習和掌握教材,提高教學速度和質量。目前,教學過程中存在兩種極端情況:一種是有些教師,特別是經驗較少的青年教師,在教學過程中把這些設備當做減輕備課任務的一種工具,如把所有內容都打進PPT,上課過分依賴PPT,以此減少備課時間;另一種是有些教師對這些教學手段過于排斥,認為他們的應用會分散學生的注意力,仍然采用傳統的教學方式,即講授+板書,這樣一來教學過程顯得過分呆板,課堂氣氛不活躍,很多抽象的東西如機床的結構、加工過程等使學生難以理解,漸漸失去學習的熱情。
1.2 實驗與金工實習時間安排不合理,不足以理論聯系實踐
機械制造技術基礎這門課是一門與實踐密切相關的專業基礎課,材料在不同工作環境中的各種特性、設備的各種結構、工藝的各種優缺點及在生產中可能會造成的后果等,學生必須結合大量實踐經驗才能更好地理解,很多操作步驟和原理聽起來很費解,但只要到車間或現場看一眼就不難明白。已有的教學模式將理論和實踐在時空上分離,先將理論全部學完再實踐,或先實踐完再進行理論學習。缺少工程實踐的理論教學,由于學生缺少感性認識而變得十分難解,處于云里霧里的迷糊狀態;沒有理論支撐的工程實踐必然只能停滯在獲得一些感性知識和操作技能的較低的層次上[1]。
1.3 考核方式欠合理
目前機械制造技術基礎這門課程的學習效果評價方式絕大多數仍然以書面答卷的方式進行,如此一來,學生在學習過程中單純地追求卷面分數,與考試相關的內容就重視,與考試無關的內容就不重視。有的甚至平時根本不聽課,連書本都不翻,憑考前“臨時抱佛腳”來死記硬背書中的一些概念、術語和簡單理論來達到修完這門課程的目的。這樣一來,學生考完這門課后,什么也沒學到,什么也沒得到。
1.4 教學內容相對陳舊
機械制造技術基礎的教學內容主要涉及傳統知識的介紹,缺乏先進性和時代感,導致一些學生主觀上認為該課程無用而對它產生排斥思想[2]。盡管有些負責任的教師在教學中采用各種不同掛圖、實物模型、動畫等方法以適應不同章節的教學需要,仍難以取得較好的教學效果。
針對機械制造技術基礎課程教學中存在的問題,為了激發學生對本課程的學習興趣,提高教學質量,提出教改措施。
2.1 有效地選用靈活多變的教學方法
為了保證課程教學質量,宜采用靈活多變的教學方法和手段。例如,講解一些機床結構、刀具夾具結構等知識時,僅靠教師的理論講述無法使學生完全理解,通過采用直觀教學、現場教學和電化教學等手段,利用實驗室的機械裝備,可在短時間解決黑板上難講透的問題[3]。此外,還可以通過交互式、討論式、研究式和啟發式教學方法,營造師生互動的教學環境,增強學生的學習積極性和學習熱情[4]。
2.2 充分發揮實踐在教學過程中的作用
機械制造技術基礎不同于純粹的理論課,它具有很強的實踐性和應用性。實踐效果對教學質量的好壞起到重要的作用。根據學校已有或周邊生產工廠的條件,將理論教學和生產實踐結合起來,通過實踐與學習相互穿插的方式,或者理論教學與現場教學并行的方式,使學生的參與意識和工程能力大為增強,不僅能很好地消化所學的理論知識,而且能提高解決工程實際問題的能力。
2.3 采用合理考核方式
高等教育應為國家培養對社會有用的人才。卷面考試成績的好壞很難全面說明一個人能力的高低。宜采用合理的考核方式,使學生在學習過程中不再單純為了通過考試而功利地受迫學習,而是自覺、勤奮、緊張地學習,真正在知識、能力和素質等多方面得到全面的提高。為此可以對學生在實踐環節、設計環節、課堂環節、答辯環節、操作環節等分別進行考核,從而較全面地考核學生對該門課程的學習情況。
2.4 強化教學內容和專業發展的動態結合
科學技術日新月異,新的機械制造方法不斷涌現。要提高學生的學習興趣,在備課時教師宜結合具體教學內容,及時收集學科最新的發展態勢,介紹一些與之相關的最新的材料、成形、制造等方面的相關知識,使學生在感受到現代先進制造技術的同時理解學習傳統知識的重要性,增加對這門課的學習興趣。此外,還可以讓學生在課后自己收集感興趣的前沿科技,培養自學能力。
2.5 加強師資隊伍建設
要實現良好的教學目標,過硬的師資隊伍是關鍵。機械制造技術基礎的課程性決定了該課程的教師不僅要具有扎實的專業理論功底,也要具有較熟練的實踐技能,更要具有理論與生產結合的綜合能力。許
粉末冶金的優缺點范文3
關鍵詞:材料表界面;多元化教學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)12-0073-03
一、引言
材料產業是國民經濟中的支柱產業之一,而任何材料都有與外界接觸的表面或者與其他材料區分的界面,材料表界面的結構和性能直接影響材料的整體性能,材料的腐蝕、老化、硬化、破壞、印刷、涂膜、粘結、復合等無不與材料的表界面密切有關。因此了解材料表面及界面的有關基礎知識,并在此基礎上掌握材料表面與界面問題的控制規律和改善措施,對材料行業的從業者以及技術研究人員具有重要意義。鑒于此,我院材料化學本科專業將“材料表界面”設置為專業必修課程,第5個學期開課。本課程主要包括表面化學、表面活性劑、以及四大類材料(高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料和復合材料)表界面和表面測試技術等四大部分內容[1]。當前,深化高等教育教學改革,提高教學質量始終是高等院校的核心任務之一。在本課程授課過程中,筆者發現由于本課程與表界面工程實際問題緊密聯系,單一的課堂理論授課方式收效不明顯,難以激發學生學習興趣,因此嘗試將將錄像教學、多媒體教學、自學、科研文獻輔助教學等方法引入常規課堂教學,并與開放式討論、以及實踐性教學等方法相結合,將多元化教學應用到本課程的教學中,對該課程進行了一系列教學改革。
二、常規課堂教學中的新嘗試
(一)從日常生活中的表界面現象入手,激發學生的學習興趣
興趣是點燃智慧的火花,是探索知識的動力。在教學中只有激發學生學習的興趣,才能充分調動其學習的主觀能動性。因此,教師應注意教學的趣味性,以及教學內容和日常生活的聯系,能使學生在愉悅的氣氛中學習,喚起學生強烈的求知欲望。如筆者在講到材料表面浸潤性的內容時,對學生提出一連串的問題:“荷葉為什么能出淤泥與不染”,“耐油污材料的設計關鍵在哪里”,“決定液體在固體表面浸潤性的最本質因素是什么”等?學生們聽了這一連串的問題后感到學習相關知識可以解決很多實際問題,大大激發了他們的學習積極性。在介紹表面活性劑的相關知識時,先舉一系列與日常生活貼近的例子,如活性劑在日常清潔用品、在油田采油、在農業生產如農藥中的應用實例,引導學生從身邊司空見慣的事物中進行思考,啟發學生將材料表界面知識應用于生活實踐,從而激發學生的學習興趣。
(二)引用科研論文資料,豐富教學內容,幫助學生理解
現有教材的編寫一般偏重于強調知識系統的邏輯性,偏重理論教學和反映學科體系的基本原理,由于篇幅原因在培養學生應用能力、創新意識和探索精神方面的內容較少。而高等教育教學改革強調培養創新人才。因此在課堂教學中,根據所授課內容,適當引入一些科學研究文獻進行介紹和剖析,幫助學生培養研究型和探索型思維是創新教育理念的體現。科學研究文獻輔助教學在拓寬學生思維的同時也加深了學生對相關基礎理論知識的理解,達到了更深層次的教學效果。比如在無機非金屬材料表界面教學內容中,在介紹陶瓷三相結構,即玻璃相、晶相以及氣相三相結構時,以“高溫過濾支撐體用SiC基多孔陶瓷的制備與表征”[2]一文為例,以實際的掃描電鏡微觀結構圖片對燒結過程中粘結劑用量多少對陶瓷晶粒大小、氣孔大小以及玻璃相存在比例的影響進行了直接展示,并通過實際數據的介紹使學生充分理解陶瓷材料界面微觀結構特征對多孔陶瓷氣孔率、抗彎強度等主要性能具有直接的影響作用。這樣學生不僅了解到陶瓷材料存在三相結構,還充分認識到三相比例及微觀結構的復雜影響因素以及陶瓷材料相結構所決定的陶瓷復雜界面特征。而在介紹固—固—固三相晶界構型中講到“從能量角度考慮,彎曲晶界不穩定,如果溫度足夠高,彎曲的晶界會沿著曲率運動,使界面減小,通過消耗周圍的小晶粒使多邊形晶粒長大?!睍r,為了讓學生充分理解,除了在原理上從表面張力的角度進行解釋,還以“燒結溫度對碳化硅陶瓷力學性能的影響”[3]一文為例,以掃描電鏡微觀圖片展示了不同燒結溫度下SiC陶瓷的斷面形貌,學生可以直觀觀察到燒結溫度為2130℃時,晶粒細小,但孔隙較多,致密度不高;2190℃時,結構細密,晶粒尚未明顯增大;而2220℃時,晶粒開始長大,大小晶粒并存,致密度最好;繼續升高到2250℃,晶粒異常長,晶間疏松反而引起致密度下降。通過這一實例的展示,同學們不僅能夠更深的體會在高溫下,晶粒長大,即彎曲的晶界沿曲率運動使界面減小的過程,還了解到對于陶瓷來講,晶粒的大小要控制到比較合適的尺度,并非越大越好。從以上實例可以看到,對于教材中的一些結論,加以實際科研素材中的實例進行實物闡述,一方面激發了學生科學研究的興趣,另一方面可以加深學生對相關知識的理解和把握,達到學以致用的目的。
(三)適當的自學環節
人類知識的總量隨著社會的發展不斷增加。在知識激增、科學技術日新月異的今天,自學是人們適應不斷發展變化新生活的重要途徑。因此,培養學生的自學能力是大學教育的重要環節。對于教材中的少數章節,屬于常識性知識的介紹,涉及的內容以及相關原理相對簡單,若在課堂上花大量時間講解,因學生覺得太通俗易懂,可能會缺乏興趣和熱情。對于這樣的內容安排學生自學,一方面可以提高學生的學習主動性,同時也可以鍛煉他們的自學能力。比如在第10章“復合材料的界面”第三節中關于“高性能纖維表面處理”一節中,主要介紹了碳纖維和有機纖維的表面處理方法,包括表面清潔處理、表面氧化處理、表面涂層、表面沉積無機物、電聚合處理、低溫等離子處理以及表面接枝等七大類方法,每一類方法里面還有具體的分類。
(四)錄像教學
視頻資料以其直觀、信息量大,使學生獲得視角、聽覺、感覺、文字等全方位的刺激并提高學生的學習興趣為特點,能夠大幅提高教學效果與教學效率[4]。在本課程54學時的教學過程中,為了調劑學生的學習狀態,在部分內容中穿插使用了視頻資料。比如在講完聚合物的表面張力相關內容后,播放了一段對低表面能含氟聚合物的分子結構、特殊性能進行介紹的錄像,通過生動的錄像資料,使學生領會聚合物表面張力與其實際應用的緊密聯系。通過觀看錄像,寓學于樂,給學生營造了一種寬松、自由、的學習氛圍,調動了學生的學習氣氛。但是在錄像教學中,要遵循適度性原則,過于頻繁或者錄像時間太長,可能導致教學缺乏嚴肅性,使學生思想跑題。在本課程的學習中,總共使用了3次錄像教學,每次時間在10~15分鐘左右。
三、學生老師角色互換法
學生與老師之間進行角色互換是一種新穎的教學方法,它把老師對學生的教育建立在師生平等的基礎上,把課堂還給學生,讓每個學生都融入課堂,主動參與到教學當中,每一個學生都有表現自己的機會,他們對知識的被動接受也就變為了主動吸收,不僅大大提高了教學效果,也實現了素質教育中以點帶面、全面合作型的學習方式[5]。比如本課程第8章“金屬材料的表面”中第5節為“金屬的表面改性”,而由于篇幅有限,在教材中主要針對“干式被覆方法”進行了介紹,雖然“濕式被覆方法”也是金屬表面改性處理方法中應用得比較多的一大類方法,但在教材中只是提及,沒有進行闡述。而恰好本院“材料化學”專業第6學期的“材料化學專業實驗課”中有三個實驗主要則針對金屬表面的濕式被覆改性方法進行體驗。因此考慮到對本課程內容的擴充以及對實驗課內容進行先修理論學習兩方面的需求,將這部分內容添加到教學設計中。
主要教學方法為老師先給出三個相關主題,分別為“鋁的陽極氧化”,“鋼鐵的磷化處理”以及“鋼鐵表面電鍍鋅”。然后將學生分成小組,5~6人為一組,為營造競爭的氣氛,每兩組分派同一個主題,相同主題的小組可以選擇不同側重點,要求同學們自己搞好分工協作,通過查閱圖書館資料,電子文獻資料等制作ppt。主要內容要求包括該方法的目的、原理、主要體系的特點分析,影響因素(前處理/電流密度/添加劑/后處理等)和影響規律以及整個技術的優缺點及發展前景。準備工作完成后各小組在指定的課堂時間進行講解,講解過程中要求每個成員都參與,每人講解一個小部分。在該方法實施的過程中老師的主要責任在于首先從講稿的寫作和PPT制作開始把關,在學生講解過程中進行糾錯和補充;講解完畢后教師針對學生的講解進行總結。這種教學方式中學生參與性的提高極大地提升了學生的積極性,同時也鍛煉和提高了學生的自學能力和表達能力,對學生利用各種資源獲取信息和知識的能力進行了初步培訓。
四、實踐性教學
實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑,是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。然而在現有教學體系中,往往是實踐教學和理論教學體系完全分開。比如在本課程第11章“材料表面表征技術”的教學中,給學生介紹了顯微鏡和能譜技術等理論知識體系后,利用學校現有資源,組織學生參觀了大型表面測試儀器,掃描探針顯微鏡、透射電子顯微鏡、XRD衍射儀等,通過相關儀器負責老師對現場儀器的組成介紹以及實際樣品的測試演示,促使學生把理論知識與實際操作相結合,可以更深刻體會材料表面微觀分析手段在材料研究中的重要意義,并了解主要測試方法的原理和適用性,為自己在以后的技術研究工作或者科學研究工作中正確使用這些儀器打下基礎。
五、結束語
多元化教學方法在材料表界面課程中的應用,是筆者在教學實踐的基礎上,針對材料化學專業學生知識結構的需求進行的新嘗試,通過教學實踐證明,多元化教學的教學效果明顯,大大提高學生學習的主觀能動性,學生學習興趣明顯增加。這種多元化教學方式已取得了一定的成效,但仍需完善,尤其在對學生的實踐能力和創新能力的培養方面,需要在今后的實踐教學中不斷探索和改進,以取得更好的效果。
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