材料合成与制备期末考点

名词解释
1溶胶：具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停的进行布朗运动的体系。

2凝胶:具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量极低。

3水热法：指在特制的密闭容反应器中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度，在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种方法。

4溶剂热法：在水热法的基础上发展起来的一种新型材料制备方法，将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒，采用类似水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成、易氧化、易水解或对水敏感的材料。

5阳极效应：指端电压急剧升高，电流则强烈下降，同时，电解质与电极之间呈现润湿不良现象，电极周围还出现细微火花放电的光圈。

6化学气相沉积：通过化学反应的方式，利用加热，等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经过化学反应形成固态沉积物的技术。

7定向凝固：在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，获得具有特定取向柱状晶的技术。

8潜伏期：固体反应物间的扩散及产物成核过程构成固相反应特有的潜伏期。

9热压烧结：指在对置于限定形状的石墨模具中的松散粉末或对粉末压坯加热的同时对其施加单轴压力的烧结过程。

10自蔓延合成：是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，变会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完成。

也称燃烧合成。

11等离子体：指电离程度较高，电离电荷相反，数量相等的气体，通常是由电子，离子，原子或自由基等粒子构成的集合体。

1溶胶-凝胶法制备过程：采用具有高化学活性的含材料成分的液体化合物为前驱体(通常是金属有机醇盐或无机化合物)，在液相下将这些原料均匀混合，并进行一系列的水解，缩聚反应，通过抑制各种反应条件，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成了三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂。

凝胶再经过低温干燥，脱去其间溶剂而成为一种多孔空间结构的干凝胶或气凝胶，最后，经过烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。

2水热条件下晶体生长的步骤：1,营养料在水热介质中溶解，以离子，分子或离子团的形式
进入溶液（溶解阶段）；2，由于体系存在十分有效的热流以及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子，分子或离子团被运输到生长区（运输阶段）；3，离子，分子或离子团在生长界面上的吸附分解与脱附；4，吸附物质在界面上的运动；5，结晶3.4.5统称为结晶阶段。

3电极上产生超电位的原因：1.浓差过电位。

由于电解过程中电极发生了化学反应，消耗了电解液中的有效成分，使得电极附近电解液的浓度和远离电极的电解液的浓度发生差别所造成。

2.电阻过电位。

由于电解过程中在电极表面形成一层氧化物的薄膜或其他物质，对电流的通过产生阻力所造成的。

3.活化过电位。

由于在电极上进行的电化学反应速率往往不大，易产生电化学极化，从而引起过电位。

4隔离器置于电化学装置中的阴极和阳极之间的作用：1.使极性不同的两个电极隔离，防止短路；2.阻止阳极液与阴极液的混合，限制悬浮颗粒或胶体在两电极之间转移；3.保存电极上的活性材料，防止他们的破碎和脱落。

5定向凝固的基本原理：利用晶体的生长方向与热流方向平行且相反的自然规律，在铸型中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流方向相反的方向，按照要求的结晶取向进行凝固铸造工艺。

6获得定向凝固柱状晶的基本条件：合金凝固时热流方向必须是定向的，在固液界面应有足够高的温度梯度，避免在凝固界面的前沿出现成分过冷或外来核心，使径向横向生长受到限制。

还应该保证定向散热，绝对避免侧面型壁生核长大，长出横向新晶体，因此，要尽量抑制液态合金的形核能力。

7温度对低热固相反应的影响：温度越高，扩散越快，成核越快，潜伏期越短；相反，温度越低，扩散越慢，成核越慢，潜伏期越长，当温度低于成核温度，固相反应不能发生8SHS烧结的3种方式：1.在空气中燃烧合成；2.将经过预先热处理的混合粉末放在真空反应器内进行合成；3.在充有反应气体的高压反应容器内进行合成
9放电等离子烧结相比常规烧结技术的优点：1.烧结速度快，改进陶瓷显微结构和提高了材料的性能；2.放电等离子体烧结融等离子活化，热压，电阻加热为一体，升温速度快，烧结时间段，烧结温度低，晶粒均匀，有利于控制烧结体的细微结构，获得材料的致密度高；3.操作简单，再现性高，安全可靠，节省空间，节省能源及成本低
填空：固化的过程：干燥，烧结，（热处理）
溶胶凝法的设备：具有恒温加热的搅拌器，热压烧结：热压机，水热与溶剂合成法：高压釜电解合成设备：电解槽
水热法的驱动力：最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差，即反应向吉布斯焓减小的方向进行。

三大传递现象:热能的传递，动量的传递，质量的传递
热能传递的三种方式：传导，对流，辐射
流体流动的方式：层流，湍流
柱状晶包括：柱状树枝晶和胞状柱晶
固相化学反应将发生的温度分为三类：低于100为低热固相反应，100至600为中热固相反应，高于600为高热固相方应
产生等离子体的手段：气体放电
1CVD技术的热动力学原理：e
CVDa：参与反应的气体将从反应器的主气流里，借着反应气体在主气流及基片表面间的浓度差，易扩散的方式通过边界面边界层；b：这些达到基片的表面的反应气体分子，有一部分将被吸附到基片的表面上；c：当参与反应的气体在表面相会后，借着基片表面所提供的能量，化学沉积反应发生;d：这包括前面所提及到的化学反应及产生的生成物在基片表面运动（及表面迁移），将从基片的表面上解吸，部分生成物已扩散通过边界面边界层；e：这些参与反应的反应物与生成物进入主气流，将一起被CVD设备里的抽气装置或真空装置所抽离，并离开系统。

因为进行这五个的发生顺序成串联形式，因此CVD反应的速率是这五个步骤里面最慢的一个来决定。

2固液界面相区内形成成分过冷的条件：1.由于溶质在固相和液相中的固溶度不同，即溶质原子在液相中固溶度大，在固相中固溶度小，当单向合金冷却凝固时，溶质原子被排挤到液相中去，在固液界面液相一侧堆积着溶质原子，形成溶质原子的富集层，随着离子固液界面距离增大，溶质质量分数逐渐降低；2.在凝固过程中，由于外界冷却作用，在固液界面一侧不同位置上的实际温度不同，外界冷却能力强，实际温度低，相反，实际温度高。

成分过冷理论的评价：提供了判断液固界面稳定性的第一个简明而实用的判据，对平界面的稳定性，甚至胞晶和枝晶形态稳定性都能够很好的做出定性的解释，但是这一判据本身还有一些矛盾，如成分过冷理论把平衡热力学应用到非平衡热力学过程，必然带有很大的近似性；在固液界面上引入局部的曲率变化要增加系统的自由能，这一点成分过冷理论中被忽略了；成分过冷理论没有说明界面形态的改变机制。

随着快速凝固新领域出现，上述理论已不能适用。

3热压法的优点：1.热压时，由于粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化；2.由于同时加温，加压，有助于粉末颗粒的接触和扩散，流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑制了晶粒的长大；3.热压法容易获得结晶理论密度，气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织，容易实现晶体的取向效应，容易得到具有良好机械性能，电学性能的产品；4.能生产形状较复杂，尺寸较准确的产品
热压法的缺点:生产率低，成本高
4根据粉末变化情况划分烧结阶段：1.烧结初期，开始产生颗粒间的键合和重排过程，粒子因重排而相互靠拢，大孔隙逐渐消失，气孔的总体积迅速减少，但颗粒间仍以点接触为主，总面积并没减小；2.烧结中期，开始有明显的传质过程，颗粒间由点接触逐渐扩大为面接触，粒界面积增大，固气表面积相应减小，但气孔仍然是联通的，坯体变得致密化；3.烧结后期，随着传质的继续，粒界进一步发育扩大，气孔则逐渐缩小和变形，最终转变成孤立的闭气孔，与此同时，颗粒粒界开始移动，粒子长大，气孔逐渐迁移到粒界上消失。

烧结体致密度提高，坯体可以达到理论密度的95%左右
实现定向凝固的总原则：金属熔体中的热量严格的按单一方向导出，并垂直于生长中的固液界面，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长。