第一章 前言与绪论

接受。
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功能材料的功能及其示例 热学性能——热容、热传导、热稳定； 光学性能——与光的作用、吸光、发光和透光性； 电学性能——导电、介电和压电性等； 磁学性能——永磁、硬磁、软磁等； 化学性能——反应性、催化等； 生物功能——适应、生物活性、保健等。
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注意：一种材料属于结构材料还是功能材 料，由使用目的决定。 举例： ①弹性材料 ②结构陶瓷 ③普通玻璃 ④普通玻璃 应用力学性能——用于非结构 目的 ——属于功能材料； 应用力学性能——用于结构目 的 ——属于结构材料； 应用力学性能——用于结构目
材料是制成成品的东西。例如：高分子、 金属、陶瓷等等。
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材料的专业涵义
●国内外3部大型辞书对材料的定义： ①《Longman Dictionary》《朗曼词典》 anything from which something is or may be made。 ②《Oxford Advanced Learner’English-Chinese Dictionary》 that of which something is can be made or which something is done。
材料合成与制备 技术
材料科学与工程学院
王娟娟

课程介绍
材料已成为当今科学技术和社会发展的重要支柱，材
料科学与基础科学亦日益融合形成了新的边沿科学——材 料化学和材料物理。在该专业本科生大三的第二学期开设 材料合成这门课，旨在将同学们在大学初期的知识模块融 和在一起，是专业培养的很重要的一个环节，也是对大学 所学知识的一次汇总应用，是理论知识与实践结合的一次 训练，属于综合性质很强的高级专业课，共32学时，讲 课28，实验4。通过学习，要求学生掌握几种材料的制备 技术，理解其制备原理，知道所用的主要仪器设备和基本 实验思路、知道不同制备方法的特点，扩大视野，最终学 会自己设计实验，合成材料。
无机、金属材料在原子、分子水平上杂化，从而产生
具有新型原子、分子集合结构的物质，属于分子复合 材料的范畴。构造机制：离子界面消失，完全结晶化。 这种材料具有许多新的性能和用途。
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按材料的性能分类
任何材料在使用过程中都能提供可利用的某种或某
些功能。根据这些性能可以将材料分为2大类： 结构材料（Structural material）：以力学性能， 如受力形变、脆性断裂和强度等作为应用性能，具有抵 抗外力作用而保持自己的形状、结构不变的特点。如制
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《辞海》定义可以总结为：
经过人类劳动而取得的劳动对象称为原料。
经过二次加工的原料称为材料。
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●上述定义的欠缺 共性 3个定义都指出了：材料是用来制作
某种物件或完成某一事情的。
差异
两种英文定义均未能指出材料使用过 程中本质方面的变化。辞海的定义虽 然阐明了原料和材料之间的联系和区 别，但也没有指出材料在使用中本质 的变化。
燧石，这种容易制成工具的石头， 开始了制陶业的发展。
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铜器时代：人类大量制 造和使用第2种人造材 料 ——“ 红 铜 ” 和 “ 青 铜”。 “红铜”时代约 在公元前4~5前年，即 原始社会到奴隶社会初 期；“青铜”时代约在 我国商周时代和私有制 建立的前夜。
5500BC天然金与铜被用作工具 与武器，开始了人类金属的使用。
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3 材料的发展历程
第一代为天然材料 在原始社会生 产技术水平低下，人类使用的材料只能是 自然界的动物、植物和矿物，主要的工具
是棍棒，用石料加工的磨制石器。
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第二代为烧炼材料 烧炼材料是烧结材
料和冶炼材料的总称。人类用天然的矿土
烧结砖瓦和陶瓷，制出了玻璃和水泥，这
些都属于烧结材料；从各种天然的矿石中 提炼铜、铁等金属，则属于冶炼材料。
造工具、机器、车辆用的钢铁材料，建筑房屋、桥梁和
铁路用的混凝土材料。
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功能材料（Functional material）：指具有优良的电
学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生
物学功能及相互转化的性能，被用于非结构目的 高技术材料。如光致变色材料、电致变色、形状 记忆材料等。此概念1965年由美国贝尔研究所的 J.A.Morton博士提出，现已被各国材料界重视和
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埃及古墓壁画 是人类冶金业 的最早纪录之 一
3500BC 从矿石中提炼铜-冶金业的黎明
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铁器时代：人类制造和使用第3种 人造材料——铸铁，此后是钢铁工 业的迅猛发展,成为18世纪产业革 命的重要内容和物质基础。
人类社会发展到20世纪中叶以 来，科学技术突飞猛进，日新月异， 作为发明之母和产业粮食的新材料 研制更是异常活跃，出现了称之为 聚合物时代、半导体时代、先进陶 瓷时代和复合材料时代等种种提法。 在当前新技术革命涉及整个国际社 会的浪潮冲击下，人类进入了一个 材料革命的新时代。
总评积分公式为 100＝70＋10＋20，即 总评＝考试成绩＋ 实验成绩＋平时成绩 1、考试成绩 2、实验成绩 3、平时成绩 常规闭卷，满分100，占70％ 试验老师给出，满分100，占10％ 到课情况、课堂听讲、回答问题
情况为主，满分100，占20％
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绪 论
1、材料的定义

通俗定义：
原料中取得的生产物质的原料。
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③《辞海》： 把自然界经过开采而获得的劳动对象称为原料。 因此，自然存在的，而未经过人类任何劳动输入的就 不能称为原料。例如，开采出来的矿物是冶金的原料， 种植出来的小麦是制造面粉的原料，单采掘工业中就 没有原料，而自身长出也未收割的小麦就不是原料。 同样，在加工工业中，一般把来自采掘工业和农 业的劳动对象称为原料，把经过工业加工的原料（如 钢铁、水泥）称为材料。材料和原料合称为原材料。
的 ——属于结构材料；
应用光学性能——用于非结构目 的 ——属于功能材料。
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按材料的化学组成分类
化学纤维
钢材
高性能陶瓷
纸张
有机材料 布料
材 料
无机材料
陶器 人工晶体
塑料
木材
石材
砖瓦
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新材料体系的混合分类法
金属材料
金属结构材 料 超耐热合金 非晶合金 轻质合金等 金属功能 材料 导电材料 形状记忆 合金 贮氢合金 超导合金
在20世纪初期出现了化工合成产品，其中合成塑料、
合成橡胶和合成纤维已广泛地是用于生产和生活中。 从1907年第一个小型酚醛树脂厂建立，到1927年第一 个热塑性聚氯乙烯塑料的生产实现商品化，1930年建 立了聚合物概念后，聚合物工业迅猛发展起来，这一 领域的进展经历了新型塑料和合成纤维的深入研究 （1950-1970年）、工程塑料、聚合物合金、功能聚 合物材料的工业化（1970-1980年）、分子设计、高 性能、高功能聚合物的合成（1990年）等几个发展进
金属基复合 功 能 高 分 子 材 材料 料 无机基复合 液晶材料 材料
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根据性质分类 物理性质——高强、超塑性、高温、低温、导 电、半导体、绝缘、绝热等 其它功能性质——结构材料、功能材料

按技术成熟程度及发展前景划分 传统材料，如普通金属、钢铁、有机物 新型材料，如智能材料、传感材料、光纤等
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因此，现代材料学可以如此来定义材料：
经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍 然保持原质的劳动对象称为材料（ Materials ）。例 如：钢铁、金属、陶瓷、木材等。
原料（ Raw materials ）:潜入了劳动价值，但在 以后应用中原质会发生变化的劳动对象。如烧碱、中 和反应所用的盐酸等化工原料。
结构陶瓷
功能陶瓷
电子陶瓷通讯器件（压电陶瓷变压器、扬声器)生产技术
功能高分子制备技术 纳米合成技术
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参考资料
曹茂盛等主编，材料合成与制备方法，哈尔滨 工业大学出版社，2001年8月。
1、教材：
2、其它信息库：
－课堂
－图书馆（各章所需的参考书将会在每章列出来） － 网络 －实验课程中
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课程考察与成绩评定
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使用这些定义在实际中带来不便
如 ① 化工品烧碱(NaOH)？ 按定义应是材料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。 ② 来自采掘工业的沙石、木材等等？
按定义似乎应是原料，但习惯上将其归入建筑材料。

思考？食盐在加工中失去了其原质， 烧碱在应用于其它化工 加工过程时，也要失去原质，而食盐和烧碱一般都被看作是 化工原料，故原料在加工中一般均失去了原质。
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学习方式
课程以课堂讲授为主，配有实验课程， 同时可通过查阅文献及课堂讨论等形式， 借以促进学生了解并学习材料化学和材料 物理领域内材料合成的基本方法以及理论， 同时掌握一些新的材料合成技术。
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课程重点及学习内容
单晶制备
非晶材料的制备
薄膜制备技术 复合材料及其制备技术（高聚物基、金属基、陶瓷基）
31ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绪 论
1886AD，电化学 方法冶炼铝-使铝 成为一种常用金属。
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1855AD， Henry Bessemer拥有钢铁 冶炼的专利-当代钢 铁冶炼的出现。他 的方法使钢铁制品 性能大大改观而成 本也降低不少。
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廉价的冶铁业
1500AD 炼铁的需要促使了鼓风机与熔炉的发明
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第三代材料为合成材料
以脂肪族或芳香族的C-C共价键为基础 有机高分子材料 结构的大分子组成。一般又分为塑料、 橡胶和纤维。 金属、无机非金属和有机高分子材料 复合材料 等有机结合 15
“杂化材料”：从80年代开始，日本理部化学研究 所山田瑛、雀部博之等人，应用化学中“杂化” （hybrid）概念而提出。指两种以上不同种类的有机、
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2、材料的分类

从来源上分，材料可以分为：
天然的——木材，石料
合成——化学纤维，塑料，金属，陶瓷
半天然——纸张，布料
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按照材料的化学属性可以分
金属材料 黑色金属 （铁、锰、铬及其合金） 有色金属 无机非金属材料 单晶形态
多晶形态。新型陶瓷材料（New Ceramics）或精细陶瓷（Fine Ceramics）
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（2）材料的使用程度是人类社会发展的里程碑
从人类社会发展来看，使用材料 经历了三大里程碑： 石器时代：以石头制造工具。 可以划分为旧石器时代（公元前 2~3百万年至约1万年），从原始 部落到母系社会；中石器时代 （公元前约1万年至7~8千年）； 新石器时代（公元前7~8千年至6 千年）。这期间，我们的祖先以 石器为主要工具，在寻找石器的 过程中认识了矿石，发明了火， 制造了第1种人造材料——陶，并 在烧陶过程中发展了冶铜术，开 创了冶金技术。
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青铜：第一种合金
3000BC，青铜的使用-制造合金
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1450BC，铁的发现
注：人类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等金属的 混合物）。在约公元前1500年左右，埃及和美索不达米亚开始有炼铁业：至 公元前1000年左右，铁器才基本上从日常用具中排挤了铜器而占统治地位、 中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国在公元前1000多年就熟悉了铁的锻 造性能。化学符号Fe来自铁的拉丁文名ferrum。
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5500BC，天然金与铜被用作工具与武器 人类开始了金属的使用
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5000BC，熔炼和锤击改变了铜 的性能，金属材料开始发展
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最早的模铸件一个铜制杖头
4000BC ，通过金属铸造工艺-人们得到了 他们需要的形状。
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这张埃及古墓壁画 是人类冶金业的最 早纪录之一
3500BC ，从矿石中提炼铜-冶金业的黎明
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4 材料与人类社会的关系
材料是人类社会进步的物质基础和先 导，是人类进步的里程碑。
将从以下几个方面来阐述。
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（1）材料和人类社会发展关系密切
1000 1200 1500 1700 1900 1950 1980 1990 2000 2010
43% 18%
9.1% 6.9% 3.6% 3.6% 3.9%3.9%3.8%3.7%
非金属材料
新型陶瓷 材料 电气陶瓷 工程陶瓷 特种 玻璃
高分子材料
复合材料
优异机械性能 塑料、橡胶、 纤 维 增 强 材 料 特种玻璃 纤维 导电性能玻璃 涂料、粘合剂 工程高分子 聚合物基复 合材料
超硬陶瓷
光学性能玻璃 敏感元件 陶瓷 耐辐射性能玻 璃 快离子导 体 集成电路材料 纳米陶瓷 磁记录材料 人工单晶材料
程.
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1939 尼龙商业发展迅速发展 高分子材料发展的关键时期
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第四代为
可设计的材料
该技术发展并不满足于现有的材料，近代出现了
根据实际需要去设计特殊性能的材料，金属陶瓷、
铝塑薄膜等复合材料属于这一类。
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第五代为智能材料
智能材料是近三四十年来研制的一类 新型功能材料，它们随时间、环境的变化 改变自己的性能或形状，好像具有智能。 例如形状记忆合金就属于这一类。