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粉末冶金的优缺点范文1
关键词：树脂基；成型剂；硬质合金；压坯强度；热分解
中图分类号：TF125.3 文献标志码：B
0 前言
目前国内硬质合金厂家广泛采用的成型剂是：橡胶、石蜡和聚乙二醇（PEG）三类。中小企业基本上采用橡胶作为成型剂。采用喷雾干燥工艺的一般用PEG或者石蜡作成型剂。有的企业几种成型剂都用，还有的橡胶石蜡混用。各种成型剂各有优缺点：橡胶粘性好，但残留碳较高；石蜡，高温能完全挥发，无残留物，在真空也易脱除，但粘性低；而PEG是一种水溶性聚合物，提高了生产的安全性能，但吸湿性强，对工作环境的湿度和温度要求极为苛刻[1-2]。
树脂基成型剂是用树脂作主粘结成份。树脂纯度高、灰份少、易排除、制粒性与成形性好，并且价格较其他物质低，可以大大节约生产成本。加入顺丁橡胶与SBS能使胶液的粘度增大；加入环烷油能使顺丁橡胶与SBS顺利应用，使其变成塑性非常好的“充油橡胶”[3]。
1 实验部分
1.1 实验原料
本公司制备的混合料：牌号YJ2.1（WC-Co8%，WC晶粒尺寸2.4μm），燕山牌聚丁二烯橡胶，巴陵牌SBS，145树脂（松香季戊四醇酯），特级萜烯树脂，C5石油树脂，环烷油。
1.2 实验过程
1.2.1 成型剂配方设计
按表2设计9组不同配比的成型剂配方，并采用丁钠橡胶成型剂作为对比样，记为10号。
1.2.2 压制工艺与压坯抗弯强度测定
压制在30t单柱油压机上进行，压坯尺寸37×16×10mm，单重40g，压制压力5 t/cm2。
使用美国Instron3369材料力学试验机测定压坯抗弯强度。
1.2.3 烧结工艺与合金性能检测
压坯试样采用加压烧结工艺，烧结温度1430℃，保温时间90min，同炉烧结后检测试样物理机械性能。
2 结果与讨论
2.1 压坯抗弯强度结果讨论
试验中树脂基胶液配方表现出很强的粉末颗粒初粘力。本研究摆脱了过去总是以橡胶（包括SBS）、石蜡等为主要成份的理念，看来树脂同样可以做为成型剂主要成份。这是成型剂研发的一个新思路，能很好地解决复杂异形产品的难成型问题。
表3物理机械性能数据表中压坯强度结果表明，树脂基成型剂的压坯强度与合金抗弯强度比丁钠橡胶高，10号丁钠橡胶做成型剂的压坯抗弯强度是1.60MPa，6号树脂基成型剂的压坯抗弯强度是3.26MPa，是前者的两倍。树脂基成型剂压制出来的产品压坯表面光亮，毛坯强度高，不掉变掉角。使用树脂基成型剂能大大提高产品的压坯性能，并能适用于难成型复杂异形产品的成型。
2.2 合金物理机械性能检测结果讨论
表3物理机械性能数据表中合金横向断裂强度结果表明，树脂基胶液做的合金强度总是高一些。这一结果说明，如果成型剂的增塑和能力相同，粘结力强的成型剂有助于压坯缺陷减少，烧结后制品强度有提高的趋势。
表6合金矫顽磁力统计分析表表明，成型剂各成份配比对合金矫顽磁力有显著影响，分析可能是每种胶液在实际排除与烧结过程中增碳量稍有差异。
综合实验中的考察指标取最佳水平，可得出实验最佳配方为树脂10g，SBS+顺丁胶6g，环烷油2g。
2.3 树脂基成型剂热分解曲线研究
成形剂选择与脱除工艺不当，易造成硬质合金产品的渗碳或脱碳，因此成形剂的选择与脱除工艺的制订对硬质合金质量控制至关重要。压坯内成形剂的脱除是一个较复杂的过程，不仅包含成形剂的熔融与分解等一系列物理化学变化过程，而且还包含成形剂热分解产物从压坯体内的脱除迁移过程。成形剂热分解特性的研究对多组元复合成形剂体系的开发与成形剂脱除工艺的制订均具有重要的指导意义[1]。
取干燥后掺入成形剂的混合料在德国Netzsch公司生产STA449C/3/MFC/G同步热分析仪上进行TG与DSC分析。仪器的测量灵敏度极限为TG：0.1μg；DSC：0.02μW。分析气氛为高纯氩气，分析温度范围为室温～650℃，升温速率为5℃/min，380℃、440℃、500℃分别保温1h。DTG数据是在TG原始数据基础上通过求导数获得。DTG曲线上的峰顶点（质量损失速率最大值点）与TG曲线拐点相对应，峰数与TG曲线的台阶数相等，峰面积则与质量损失成正比[10]。
由图1可知，丁钠橡胶为主要成份的成形剂从室温到380℃为失重第一台阶，质量变化从380℃到440℃为失重第二台阶，440℃到500℃为失重第三台阶。由图2可知，树脂基成形剂到了440℃就已基本排除，440℃以后质量变化很小。由此可见，树脂基成形剂排除温度低，残余碳低，易排除。
需说明的是，由于所用混合料的载体量较小，采用常规成形剂的掺入方法难以保证其掺入的均匀性，而且分析用样品的质量在毫克级，可能是导致两种混合料质量损失稍有不同的主要原因。
3 结论
（1）树脂基成形剂成形效果好，压坯强度高，易排除，具有非增碳性，适合于难成形的异形硬质合金的成形，并且价格成本低。
（2）由于新成形剂是在原成形剂上做改进，只需稍微改变一下排除工艺，基本不需改变原工艺模具与设备，具有较强的应用性。
参考文献：
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[12]新型水溶性MIM粘结剂的研制与性能研究.
粉末冶金的优缺点范文2
机械制造技术基础是高等本科教育中机械类及近机类专业的一门重要专业基础课程,是一门讲述有关机械产品制造过程的综合性技术课程。在本校的相关专业教学大纲中规定该课程的教学内容由工程材料及成形技术和机械制造技术两大部分构成:工程材料及成形技术部分讲述现代工业常用材料(金属、高聚物、陶瓷、复合材料等)和热加工工艺基础(铸造、锻造、焊接、粉末冶金、热处理等)的相关知识;机械制造技术部分讲述机械加工工艺基础的相关知识。课程的教学目的是通过本课程的学习,要求学生能总体地了解和把握机械制造活动,掌握金属切削过程基本规律和机械加工的基本知识,能合理选择材料、毛坯制备、机械加工方法,具有产品质量、公差与配合的基本知识,初步具有解决生产现场工艺问题,决策制造模式方面的能力。
1 机械制造技术基础的教学现状
机械制造技术基础是一门传统的课程,多年来人们积累了许多宝贵的教学经验和教学方法,教学质量也得到一定的提高和改善,但由于其教学内容比较抽象、复杂且涉及实际生产经验等特点,还存在一些问题。
1.1 教学手段的不正确使用
随着科学技术的发展,许多先进的教学手段进入课堂教学,如幻灯片、投影仪、语音设备、多媒体等。最初将这些手段引入教学的目的是使教学内容化繁为简,化难为易,由抽象变为直观,便于观察和认识,有利于学习和掌握教材,提高教学速度和质量。目前,教学过程中存在两种极端情况:一种是有些教师,特别是经验较少的青年教师,在教学过程中把这些设备当做减轻备课任务的一种工具,如把所有内容都打进PPT,上课过分依赖PPT,以此减少备课时间;另一种是有些教师对这些教学手段过于排斥,认为他们的应用会分散学生的注意力,仍然采用传统的教学方式,即讲授+板书,这样一来教学过程显得过分呆板,课堂气氛不活跃,很多抽象的东西如机床的结构、加工过程等使学生难以理解,渐渐失去学习的热情。
1.2 实验与金工实习时间安排不合理,不足以理论联系实践
机械制造技术基础这门课是一门与实践密切相关的专业基础课,材料在不同工作环境中的各种特性、设备的各种结构、工艺的各种优缺点及在生产中可能会造成的后果等,学生必须结合大量实践经验才能更好地理解,很多操作步骤和原理听起来很费解,但只要到车间或现场看一眼就不难明白。已有的教学模式将理论和实践在时空上分离,先将理论全部学完再实践,或先实践完再进行理论学习。缺少工程实践的理论教学,由于学生缺少感性认识而变得十分难解,处于云里雾里的迷糊状态;没有理论支撑的工程实践必然只能停滞在获得一些感性知识和操作技能的较低的层次上[1]。
1.3 考核方式欠合理
目前机械制造技术基础这门课程的学习效果评价方式绝大多数仍然以书面答卷的方式进行,如此一来,学生在学习过程中单纯地追求卷面分数,与考试相关的内容就重视,与考试无关的内容就不重视。有的甚至平时根本不听课,连书本都不翻,凭考前“临时抱佛脚”来死记硬背书中的一些概念、术语和简单理论来达到修完这门课程的目的。这样一来,学生考完这门课后,什么也没学到,什么也没得到。
1.4 教学内容相对陈旧
机械制造技术基础的教学内容主要涉及传统知识的介绍,缺乏先进性和时代感,导致一些学生主观上认为该课程无用而对它产生排斥思想[2]。尽管有些负责任的教师在教学中采用各种不同挂图、实物模型、动画等方法以适应不同章节的教学需要,仍难以取得较好的教学效果。
针对机械制造技术基础课程教学中存在的问题,为了激发学生对本课程的学习兴趣,提高教学质量,提出教改措施。
2.1 有效地选用灵活多变的教学方法
为了保证课程教学质量,宜采用灵活多变的教学方法和手段。例如,讲解一些机床结构、刀具夹具结构等知识时,仅靠教师的理论讲述无法使学生完全理解,通过采用直观教学、现场教学和电化教学等手段,利用实验室的机械装备,可在短时间解决黑板上难讲透的问题[3]。此外,还可以通过交互式、讨论式、研究式和启发式教学方法,营造师生互动的教学环境,增强学生的学习积极性和学习热情[4]。
2.2 充分发挥实践在教学过程中的作用
机械制造技术基础不同于纯粹的理论课,它具有很强的实践性和应用性。实践效果对教学质量的好坏起到重要的作用。根据学校已有或周边生产工厂的条件,将理论教学和生产实践结合起来,通过实践与学习相互穿插的方式,或者理论教学与现场教学并行的方式,使学生的参与意识和工程能力大为增强,不仅能很好地消化所学的理论知识,而且能提高解决工程实际问题的能力。
2.3 采用合理考核方式
高等教育应为国家培养对社会有用的人才。卷面考试成绩的好坏很难全面说明一个人能力的高低。宜采用合理的考核方式,使学生在学习过程中不再单纯为了通过考试而功利地受迫学习,而是自觉、勤奋、紧张地学习,真正在知识、能力和素质等多方面得到全面的提高。为此可以对学生在实践环节、设计环节、课堂环节、答辩环节、操作环节等分别进行考核,从而较全面地考核学生对该门课程的学习情况。
2.4 强化教学内容和专业发展的动态结合
科学技术日新月异,新的机械制造方法不断涌现。要提高学生的学习兴趣,在备课时教师宜结合具体教学内容,及时收集学科最新的发展态势,介绍一些与之相关的最新的材料、成形、制造等方面的相关知识,使学生在感受到现代先进制造技术的同时理解学习传统知识的重要性,增加对这门课的学习兴趣。此外,还可以让学生在课后自己收集感兴趣的前沿科技,培养自学能力。
2.5 加强师资队伍建设
要实现良好的教学目标,过硬的师资队伍是关键。机械制造技术基础的课程性决定了该课程的教师不仅要具有扎实的专业理论功底,也要具有较熟练的实践技能,更要具有理论与生产结合的综合能力。许
粉末冶金的优缺点范文3
关键词：材料表界面；多元化教学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0073-03
一、引言
材料产业是国民经济中的支柱产业之一，而任何材料都有与外界接触的表面或者与其他材料区分的界面，材料表界面的结构和性能直接影响材料的整体性能，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、粘结、复合等无不与材料的表界面密切有关。因此了解材料表面及界面的有关基础知识，并在此基础上掌握材料表面与界面问题的控制规律和改善措施，对材料行业的从业者以及技术研究人员具有重要意义。鉴于此，我院材料化学本科专业将“材料表界面”设置为专业必修课程，第5个学期开课。本课程主要包括表面化学、表面活性剂、以及四大类材料（高分子材料、金属材料、无机非金属材料和复合材料）表界面和表面测试技术等四大部分内容[1]。当前，深化高等教育教学改革，提高教学质量始终是高等院校的核心任务之一。在本课程授课过程中，笔者发现由于本课程与表界面工程实际问题紧密联系，单一的课堂理论授课方式收效不明显，难以激发学生学习兴趣，因此尝试将将录像教学、多媒体教学、自学、科研文献辅助教学等方法引入常规课堂教学，并与开放式讨论、以及实践性教学等方法相结合，将多元化教学应用到本课程的教学中，对该课程进行了一系列教学改革。
二、常规课堂教学中的新尝试
（一）从日常生活中的表界面现象入手，激发学生的学习兴趣
兴趣是点燃智慧的火花，是探索知识的动力。在教学中只有激发学生学习的兴趣，才能充分调动其学习的主观能动性。因此，教师应注意教学的趣味性，以及教学内容和日常生活的联系，能使学生在愉悦的气氛中学习，唤起学生强烈的求知欲望。如笔者在讲到材料表面浸润性的内容时，对学生提出一连串的问题：“荷叶为什么能出淤泥与不染”，“耐油污材料的设计关键在哪里”，“决定液体在固体表面浸润性的最本质因素是什么”等？学生们听了这一连串的问题后感到学习相关知识可以解决很多实际问题，大大激发了他们的学习积极性。在介绍表面活性剂的相关知识时，先举一系列与日常生活贴近的例子，如活性剂在日常清洁用品、在油田采油、在农业生产如农药中的应用实例，引导学生从身边司空见惯的事物中进行思考，启发学生将材料表界面知识应用于生活实践，从而激发学生的学习兴趣。
（二）引用科研论文资料，丰富教学内容，帮助学生理解
现有教材的编写一般偏重于强调知识系统的逻辑性，偏重理论教学和反映学科体系的基本原理，由于篇幅原因在培养学生应用能力、创新意识和探索精神方面的内容较少。而高等教育教学改革强调培养创新人才。因此在课堂教学中，根据所授课内容，适当引入一些科学研究文献进行介绍和剖析，帮助学生培养研究型和探索型思维是创新教育理念的体现。科学研究文献辅助教学在拓宽学生思维的同时也加深了学生对相关基础理论知识的理解，达到了更深层次的教学效果。比如在无机非金属材料表界面教学内容中，在介绍陶瓷三相结构，即玻璃相、晶相以及气相三相结构时，以“高温过滤支撑体用SiC基多孔陶瓷的制备与表征”[2]一文为例，以实际的扫描电镜微观结构图片对烧结过程中粘结剂用量多少对陶瓷晶粒大小、气孔大小以及玻璃相存在比例的影响进行了直接展示，并通过实际数据的介绍使学生充分理解陶瓷材料界面微观结构特征对多孔陶瓷气孔率、抗弯强度等主要性能具有直接的影响作用。这样学生不仅了解到陶瓷材料存在三相结构，还充分认识到三相比例及微观结构的复杂影响因素以及陶瓷材料相结构所决定的陶瓷复杂界面特征。而在介绍固—固—固三相晶界构型中讲到“从能量角度考虑，弯曲晶界不稳定，如果温度足够高，弯曲的晶界会沿着曲率运动，使界面减小，通过消耗周围的小晶粒使多边形晶粒长大。”时，为了让学生充分理解，除了在原理上从表面张力的角度进行解释，还以“烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响”[3]一文为例，以扫描电镜微观图片展示了不同烧结温度下SiC陶瓷的断面形貌，学生可以直观观察到烧结温度为2130℃时，晶粒细小，但孔隙较多，致密度不高；2190℃时，结构细密，晶粒尚未明显增大；而2220℃时，晶粒开始长大，大小晶粒并存，致密度最好；继续升高到2250℃，晶粒异常长，晶间疏松反而引起致密度下降。通过这一实例的展示，同学们不仅能够更深的体会在高温下，晶粒长大，即弯曲的晶界沿曲率运动使界面减小的过程，还了解到对于陶瓷来讲，晶粒的大小要控制到比较合适的尺度，并非越大越好。从以上实例可以看到，对于教材中的一些结论，加以实际科研素材中的实例进行实物阐述，一方面激发了学生科学研究的兴趣，另一方面可以加深学生对相关知识的理解和把握，达到学以致用的目的。
（三）适当的自学环节
人类知识的总量随着社会的发展不断增加。在知识激增、科学技术日新月异的今天，自学是人们适应不断发展变化新生活的重要途径。因此，培养学生的自学能力是大学教育的重要环节。对于教材中的少数章节，属于常识性知识的介绍，涉及的内容以及相关原理相对简单，若在课堂上花大量时间讲解，因学生觉得太通俗易懂，可能会缺乏兴趣和热情。对于这样的内容安排学生自学，一方面可以提高学生的学习主动性，同时也可以锻炼他们的自学能力。比如在第10章“复合材料的界面”第三节中关于“高性能纤维表面处理”一节中，主要介绍了碳纤维和有机纤维的表面处理方法，包括表面清洁处理、表面氧化处理、表面涂层、表面沉积无机物、电聚合处理、低温等离子处理以及表面接枝等七大类方法，每一类方法里面还有具体的分类。
（四）录像教学
视频资料以其直观、信息量大，使学生获得视角、听觉、感觉、文字等全方位的刺激并提高学生的学习兴趣为特点，能够大幅提高教学效果与教学效率[4]。在本课程54学时的教学过程中，为了调剂学生的学习状态，在部分内容中穿插使用了视频资料。比如在讲完聚合物的表面张力相关内容后，播放了一段对低表面能含氟聚合物的分子结构、特殊性能进行介绍的录像，通过生动的录像资料，使学生领会聚合物表面张力与其实际应用的紧密联系。通过观看录像，寓学于乐，给学生营造了一种宽松、自由、的学习氛围，调动了学生的学习气氛。但是在录像教学中，要遵循适度性原则，过于频繁或者录像时间太长，可能导致教学缺乏严肃性，使学生思想跑题。在本课程的学习中，总共使用了3次录像教学，每次时间在10～15分钟左右。
三、学生老师角色互换法
学生与老师之间进行角色互换是一种新颖的教学方法，它把老师对学生的教育建立在师生平等的基础上，把课堂还给学生，让每个学生都融入课堂，主动参与到教学当中，每一个学生都有表现自己的机会，他们对知识的被动接受也就变为了主动吸收，不仅大大提高了教学效果，也实现了素质教育中以点带面、全面合作型的学习方式[5]。比如本课程第8章“金属材料的表面”中第5节为“金属的表面改性”，而由于篇幅有限，在教材中主要针对“干式被覆方法”进行了介绍，虽然“湿式被覆方法”也是金属表面改性处理方法中应用得比较多的一大类方法，但在教材中只是提及，没有进行阐述。而恰好本院“材料化学”专业第6学期的“材料化学专业实验课”中有三个实验主要则针对金属表面的湿式被覆改性方法进行体验。因此考虑到对本课程内容的扩充以及对实验课内容进行先修理论学习两方面的需求，将这部分内容添加到教学设计中。
主要教学方法为老师先给出三个相关主题，分别为“铝的阳极氧化”，“钢铁的磷化处理”以及“钢铁表面电镀锌”。然后将学生分成小组，5～6人为一组，为营造竞争的气氛，每两组分派同一个主题，相同主题的小组可以选择不同侧重点，要求同学们自己搞好分工协作，通过查阅图书馆资料，电子文献资料等制作ppt。主要内容要求包括该方法的目的、原理、主要体系的特点分析，影响因素（前处理/电流密度/添加剂/后处理等）和影响规律以及整个技术的优缺点及发展前景。准备工作完成后各小组在指定的课堂时间进行讲解，讲解过程中要求每个成员都参与，每人讲解一个小部分。在该方法实施的过程中老师的主要责任在于首先从讲稿的写作和PPT制作开始把关，在学生讲解过程中进行纠错和补充；讲解完毕后教师针对学生的讲解进行总结。这种教学方式中学生参与性的提高极大地提升了学生的积极性，同时也锻炼和提高了学生的自学能力和表达能力，对学生利用各种资源获取信息和知识的能力进行了初步培训。
四、实践性教学
实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。然而在现有教学体系中，往往是实践教学和理论教学体系完全分开。比如在本课程第11章“材料表面表征技术”的教学中，给学生介绍了显微镜和能谱技术等理论知识体系后，利用学校现有资源，组织学生参观了大型表面测试仪器，扫描探针显微镜、透射电子显微镜、XRD衍射仪等，通过相关仪器负责老师对现场仪器的组成介绍以及实际样品的测试演示，促使学生把理论知识与实际操作相结合，可以更深刻体会材料表面微观分析手段在材料研究中的重要意义，并了解主要测试方法的原理和适用性，为自己在以后的技术研究工作或者科学研究工作中正确使用这些仪器打下基础。
五、结束语
多元化教学方法在材料表界面课程中的应用，是笔者在教学实践的基础上，针对材料化学专业学生知识结构的需求进行的新尝试，通过教学实践证明，多元化教学的教学效果明显，大大提高学生学习的主观能动性，学生学习兴趣明显增加。这种多元化教学方式已取得了一定的成效，但仍需完善，尤其在对学生的实践能力和创新能力的培养方面，需要在今后的实践教学中不断探索和改进，以取得更好的效果。
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