材料合成与制备—韩惠敏版
材料合成与制备新技术PPT课件
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2.溶胶－凝胶合成方法基本原理
1、醇盐的水解-缩聚反应
• 水解反应：M(OR)n + xH2O → M(OH)x(OR)n-x + xR-OH • 缩聚反应：(OR)n-1M-OH + HO-M(OR)n-1 → (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + H2O
金属无机盐
价格低廉、易产业化 受金属离子大小、电位性及配位数等多种因素影响
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4. 溶胶-凝胶工艺参数
水解度的影响
物质量比
水 解 度 R≥2 ， TEOS 水 解 反 应 使大部分的-OR基团脱离，产 生-OH基团，形成了部分水解 的带有-OH的硅烷，在这些部 分水解的硅烷之间容易反应 形成二聚体，这些二聚体不 再进行水解，而是发生交联 反应形成三维网络结构，从 而缩短了凝胶化时间.
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胶体稳定原理-DLVO理论 颗粒间的范德华力 双电层静电排斥能
粒子间总作用能
VT VAVR
➢ 溶胶是固体或大分子颗粒分散于液相的胶体体系，具有很大的界面 存在，界面原子的吉布斯自由能比内部原子高，粒子间便有相互聚结 从而降低表面能的趋势。
➢ 增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。增 加粒子间能垒通常有三个基本途径：(1)使胶粒带表面电荷；(2) 利用空 间位阻效应；(3)利用溶剂化效应。
匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等优点 。
可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等 。
成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产 。
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2.多孔材料
多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。
镁铝氢氧化物正电溶胶的制备
称 取 １ 粉 ， ２ ｍ ３Ｈ ａ ～２ｇ干 用 ０ｃ １： ＮＯ 溶解 ， 稀释 至 １０ｃ 采用 配位 滴 定 法 测定 溶胶 ０ ｍ ，
中 Ｍｇ Ａ 含量 。 、１
２ 结 果 与 讨 论
２０ ０） ５ １ ０ （ 体 与界 面化 学 国家教委 开放 实验 室 ， 东大 学肢体 与界 面化 学研 究所 ，济南 肢 山
对镁 铝氢 氧化物制备的反应条 件进行 了研 究ｔ 结果表明 溶胶 中镁铝 比随混台溶液 中镁铝 比的 增加而增 加到 一极限值 （ ， Ｉ ） 随着制备时的镁铝比的增 加， ＭｓＡ 一２ 。 溶皎的固含量增加 ， 其产率下降 ， 但 ‘电位先上升而后下降。在溶液中镁铝 比大于 ２ １ ， 时 溶胶中其有镁铝 氢氧化物。随温度 的升 高， 在胶溶过程中颗粒增大 ， 为六角片状微晶。
的不规则片层， 增大 放 大 倍 数 观 察 发 现 ： 这些
大 片层 呈 破裂 状 ， 由许 多一 片片的 六角 状 片 是
堆 集而成 ， 明 ２ ０ 说 ５℃胶溶 的溶 胶 聚结 ， 生成鱼
维普资讯
第２ 期
镁铝氢氧化橱正 电溶胶的制备
・ｌ １・ ５
胶溶 ， 可制 得稳定 的正 电溶胶 ， ２ ０ 均 而 ５ ℃胶 溶 则 发生聚 沉 ， 明胶粒 聚 结趋 势超 过 粒 子间 的 说 静 电斥 力 ， 导致 粒子 的聚 沉 。 另一 方面 ， 溶胶是 多 分散 体 系 ， 颗 粒 的 溶 解 、 颗粒 的 长大 是 小 大 必 然的 ， 升高 温度 导致 这个 过 程进 行 的速 度加 快， 成为 影响 稳 定性 的 一个 重 要 因素 。从 电
《材料合成与制备技术》课程教学大纲
《材料合成与制备技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0412课程中文名称：材料合成与制备技术课程英文名称：Materials Synthesis and Preparation Technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：材料化学专业本课程的前导课程：固体化学、有机化学一、课程简介本大纲适用于材料化学类本科。
本课程旨在介绍材料合成与加工的原理、方法和技术，着重讲述了单晶体的生长，非晶态材料的制备，薄膜的制备方法，功能陶瓷的合成与制备，结构陶瓷和功能高分子材料的制备方法等。
材料合成与加工是材料化学专业选修课，通过本课程的教学，帮助学生掌握各种材料的合成与加工的理论与方法。
本课程的重点是针对不同性能体系的材料发展起来的各种合成方法与加工制备工艺，理解各类材料合成原理和物理化学过程。
通过本课程的学习，要求学生能够使用多种类型材料的设备、分析多种类型材料的性能，并初步具备开发新设备、制备新材料的能力，为学习材料化学专业打好基础。
二、教学基本内容和要求第一章单晶材料合成与制备课程教学内容：从固相-固相平衡、液相-固相平衡和气相-固相平衡制备单晶材料的方法，提拉法制备、气相外延生长单晶硅的工艺，焰熔法制备宝石。
课程的重点、难点：重点：晶态的基本概念，晶态生长的基本原理，常见的固-液晶体生长技术。
难点：晶体生长的基本原理。
课程教学要求：要求了解固相-固相平衡的晶体生长的基本概念和机理。
了解液相-固相平衡的晶体生长的机理，掌握一些液相-固相平衡生长晶体的具体方法。
了解气相-固相平衡的晶体生长的主要方法。
第二章非晶态材料的制备课程教学内容：非晶态材料的基本概念和基本性质，非晶态材料的形成理论，非晶态材料的制备方法与原理。
课程的重点、难点：重点：非晶态的基本概念，非晶态材料生长的基本原理，常用的非晶态材料的制备原理。
新版材料合成与制备.pdf
第一章绪论1．材料按化学组成可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四类。
2．材料合成与制备是通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上及性能上不同于原材料的新材料。
研究内容：一是研究新型材料的合成方法；二是研究已知材料的新合成方法、新合成技术，从而指定节能、经济、环保的合成路线及开发新型结构和功能的材料。
3．材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。
第二章无机材料合成实验技术1．表征真空泵的工作特性的四个参量：起始压强、临界反压强、极限压强、抽气速率。
2．平衡分离过程：借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
3．速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
4．吸附分离过程：利用混合物中各组分与吸附剂表面结合力强弱的不同，即各组分在固体相（吸附剂）和流体相间的吸附分配能力的差异，使混合物中难吸附组分与易吸附组分得以分离。
特点：①多数吸附剂具有良好的选择性，同时，被吸附组分又可在不同的条件下脱附，方便被吸附组分的分别收集和吸附剂的再生利用；②吸附剂化学稳定性好，分离所得产物纯度高；③吸附与解吸速度快，为快速分离和获得小体积淋洗液创造了条件；④吸附剂价廉易得，实验操作简单；⑤为了增加表面作用位置，吸附剂通常制成多孔结构和大比表面积。
吸附机理：⑴吸附作用机理复杂，包括静电吸附、氢键作用、离子交换、络合作用等多种物理和化学过程；⑵从分子间作用力的观点来看，吸附作用是吸附剂表面的立场与吸附质分子之间相互作用的结果，主要是物理吸附；⑶硅胶、Al2O3表面含有大量羟基及O原子，能与许多物质形成氢键。
氢键和电荷转移相互作用均产生较强的吸附能；⑷极性吸附剂与极性分子之间的吸附力较强，选择性也较高。
新能源材料合成与制备智慧树知到答案章节测试2023年山东科技大学
第一章测试1.近几年，我国新材料产业发展较快的几个领域，包括（）。
A:先进基础材料B:前沿新材料三大领域。
C:关键战略材料答案:ABC2.一种新能源材料的诞生、性能改进又与材料的合成与制备技术密不可分。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.下列属于新型的干燥方法的是（）。
A:红外干燥B:冷冻干燥C:电热鼓风干燥D:微波干燥答案:ABD2.根据材料的结构，下列更容易发生低温固相反应的材料是（）。
A:三维延伸固体B:二维延伸固体C:分子固体D:一维延伸固体答案:BCD3.外力作用可以降低固体物质的熔化温度，也就是在外力作用下可以使物质在低于其熔点的温度下熔化。
（）A:错B:对答案:B4.固体的层状结构只有在固体存在时才拥有，一旦固体溶解在溶剂中，层状结构不复存在，因而溶液化学中不存在嵌入反应。
（）A:对B:错答案:A5.材料烧结过程中，不管坯体中存在不存在多晶转变都需要持续供热。
（）A:错B:对答案:A第三章测试1.金属离子的电子构型会影响到水解反应的过程，非8e构型的金属离子容易发生水解反应，比较容易采用水解反应，制备相应的氧化物粉体材料。
下列元素周期表中的元素离子易于发生水解的是（）。
A:d区B:p区C:f区D:ds区答案:ABCD2.采用镁离子和铝离子的共沉淀反应制备镁铝尖晶石的过程中，可以采用NaOH作为沉淀剂，最终都能合成镁铝尖晶石。
（）A:对B:错答案:B3.在溶胶凝胶反应过程中，水的多少不会改变反应过程，因此，添加量多少对反应产物没有任何影响。
（）A:错B:对答案:A4.气凝胶材料由于具有大的比表面积、疏松多孔性能，使实现下列那几个方面应用（）。
A:催化B:保温隔热C:结构材料D:吸附答案:ABD5.水热反应制备材料过程中前驱体与最终产物在水热溶液中不需要有一定的溶解度差，就可以实现材料的合成。
（）A:对B:错答案:B第四章测试1.以下哪个化学气相沉积合成方法要求双温区（）。
A:热分解反应B:氧化还原反应C:化学输运反应D:化学合成反应答案:C2.相比于常压化学气相沉积，低压化学气相沉积成膜速率更快。
第2章材料合成与制备的基本途径
赵雷 李亚伟 无机非金属材料系
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第二章 材料合成与制备的基本途径
材料合成与制备的基本途径：
基于液相—固相转变的材料制备 基于固相－固相转变的材料制备 基于气相—固相转变的材料制备
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2.1基于液相—固相转变的材料制备
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坩埚下降法（定向凝固法）
基本原理使装有熔体的坩 埚缓慢通过具有一定温度 梯度的温场。
开始时整个物料都处于熔 融状态，当坩埚下降通过 熔点时，熔体结晶，随着 坩埚的移动，固液界面不 断沿着坩埚平移，直至熔 体全部结晶。使用此方法， 首先成核的是几个微晶， 可使用籽晶控制晶体的生 长。
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从熔体制备非晶材料
雾化法是将熔融金属用气流、液体或机械方法破碎成小 液滴，随后凝固成粉末。冷却速率一般为103~105K／s；
急冷液态溅射是将熔融金属或合金溅射到高速旋转的具 有高导热系数的辊面上，熔体在辊面上急速降温，形成 20~50mm 厚的非晶薄带。熔体被气压溅射到高速旋转的 铜辊面上，降温速率可达 105~105K／s。
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“水热”一词大约出现在150年前, 本用于地质学中描述地壳中的水在 温度和压力联合作用下的自然过程, 以后越来越多的化学过程也广泛使 用这一词汇
工艺简单，能够制备高纯度结晶优良的外延层，但不适合生长较薄的外延层。
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2.1.2 从熔体制备非晶材料
高温熔体处于无序的状态，使熔体缓慢降温 到熔点，开始成核、晶核生长，结晶为有序 的晶体结构。
随着温度的降低，过冷度增加，结晶的速率 加快。当温度降到一定值时，结晶速率达到 极大值。进一步降低温度，因为熔体中原子 热运动的减弱，成核率和生长速率都降低， 结晶速率也因此而下降。
材料合成与制备结课论文
新型6xxx系铝合金板材热加工工艺和成分优化及其相关机理研究学号：s********姓名：***专业：材料科学与工程摘要6xxx系铝合金作为可热处理强化的合金，其具有中等的强度、良好的耐蚀性、较好的成形性以及较低的密度，但是成形性能、烤漆硬化能力和弯边性能等有待进一步提高。
其中成形性能的提高主要取决于微观组织和织构的调控，而这主要受合金成分及热加工工艺的影响。
因此，从合金成分和热加工工艺的角度合理调控Al-Mg-Si-Cu-Zn系合金的微观组织以及第二相粒子的尺寸、形状和分布是实现成形性能优化的有效方法。
本文首先针对中铝科学技术研究院制备的新型Al-Mg-Si-Cu-Zn合金采用不同热加工工艺对组织和织构演变的影响进行了研究，并且优化出一种较好的热加工工艺。
其次设计开发了新型6xxx系铝合金(Mn和Zn元素均有变化)，研究Mn 元素的变化对合金基体内富铁相粒子尺寸、形状及分布的影响，以及Zn元素的添加对合金微观组织、织构及性能的影响。
随着新型Al-Mg-Si-Cu-Zn合金在中间退火前冷轧变形量的增加，使合金基体内的粒子得到充分破碎及获得较大的形变储能，使得中间退火后细小的第二相粒子能够更加充分回溶进基体，而一些细小且难溶的富铁相粒子仍然保留在合金基体上。
因此合金的再结晶组织和织构将会发生显著变化，并使T4P态合金的力学性能达到最优。
对于新设计开发的6xxx系铝合金，随着Mn含量的改变，合金的组织、再结晶织构和性能都会发生一定程度的变化。
Mn含量的提高，会增加基体内富铁相粒子的浓度，变形过程中会形成不同尺度的粒子，它们之间在再结晶时的协同配合作用，可以显著使得再结晶晶粒的细化以及织构弱化，塑性应变比r值的提高。
添加Zn元素能够显著细化再结晶晶粒，对再结晶织构的影响不大。
关键词：Al-Mg-Si-Cu-Zn合金，热加工工艺，织构，成形性，析出规律1 引言随着对汽车的燃料经济性和排放控制要求的提高，人们将目光集中在通过替代材料、改进设计或者先进的制造工艺找到制造轻量化汽车的方法。
材料合成与制备PPT教案
不一定为理论配比，应通过实验确定。
例如：用三氯化硼和氨反应沉积氮化硼膜：
BCl3(气）+NH3→BN(固）+3HCl(气） 理论上， BCl3与NH3的流量比应等于1； 实际中，在1200℃的温度下，当NH3/BCl3＜2时， 沉积速率很低；而NH3/BCl3＞4时，反应生成物又 会出现NH4Cl一类的中间产物。
应变能释放出现刃位错
The strained film said: “We are all tired enough, please give us a break!”
Oh, it is more comfortable now, although a few of our colleagues are still suffering the pressure.
3.2 薄膜的形成机理
薄膜的生长过程分为以下三种类型：
(1) 核生长型 (2) 层生长型 (3) 层核生长型
(1) 核生长型
特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后 续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三 维方向上不断长大而最终形成薄膜。
这种类型的生长一般在衬底晶格和沉积膜晶 格不相匹配（非共格）时出现，大部分的薄膜的 形成过程属于这种类型。
要考虑的因素：
➢ 蒸发源材料的熔点和蒸气压 ➢ 蒸发源材料与薄膜材料的反应性 ➢ 蒸发源材料与薄膜材料间的润湿性
电阻加热蒸发源的形状 螺旋丝状：可以从各个方向发射蒸气
箔舟状：可蒸发不浸润蒸发源的材料，效率较高，但只能 向上蒸发。
电子束加热法
棒状薄膜材料 钽板
钽板 钨丝
钨丝
棒状料
薄
膜
基座（铜制）
材料制备与合成
《材料制备与合成[料]》课程简介课程编号：02034916课程名称：材料制备与合成/Preparation and Synthesis of Materials学分: 2.5学时：40 （课内实验(践)：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：材料科学与工程建议修读学期：6开课单位：材料科学与工程学院材料物理与化学系课程负责人：方道来先修课程：材料化学基础、物理化学、材料科学基础、金属材料学考核方式与成绩评定标准：期末开卷考试成绩（占80%）与平时考核成绩（占20%）相结合。
教材与主要参考书目：教材：《材料合成与制备》. 乔英杰主编.国防工业出版社，2010年.主要参考书目：1. 《新型功能材料制备工艺》, 李垚主编. 化学工业出版社，2011年.2. 《新型功能复合材料制备新技术》.童忠良主编. 化学工业出版社，2010年.3. 《无机合成与制备化学》. 徐如人编著. 高等教育出版社, 2009年.4. 《材料合成与制备方法》. 曹茂盛主编. 哈尔滨工业大学出版社，2008年.内容概述：本课程是材料科学与工程专业本科生最重要的专业选修课之一。
其主要内容包括：溶胶-凝胶合成法、水热与溶剂热合成法、化学气相沉积法、定向凝固技术、低热固相合成法、热压烧结技术、自蔓延高温合成法和等离子体烧结技术等。
其目的是使学生掌握材料制备与合成的基本原理与方法，熟悉材料制备的新技术、新工艺和新设备，理解材料的合成、结构与性能、材料应用之间的相互关系，为将来研发新材料以及材料制备新工艺奠定坚实的理论基础。
The course of preparation and synthesis of materials is one of the most important specialized elective courses for the undergraduate students majoring in materials science and engineering. It includes the following parts: sol-gel method, hydrothermal/solvothermal reaction method, CVD method, directional solidification technique, low-heating solid-state reaction method, hot-pressing sintering technique, self-propagating high-temperature synthesis, and SPS technique. Its purpose is to enable students to master the basic principles and methods of preparation and synthesis of materials, and grasp the new techniques, new processes and new equipments, and further understand the relationship among the synthesis, structure, properties and the applications of materials. The course can lay a firm theoretical foundation for the research and development of new materials and new processes in the future for students.《材料制备与合成[料]》教学大纲课程编号：02034916课程名称：材料制备与合成/Preparation and Synthesis of Materials学分: 2.5学时：40 （课内实验(践)：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：材料科学与工程建议修读学期：6开课单位：材料科学与工程学院材料物理与化学系课程负责人：方道来先修课程：材料化学基础、物理化学、材料科学基础、金属材料学一、课程性质、目的与任务【课程性质】材料制备与合成[料]是材料科学与工程专业重要的专业选修课。
《材料合成与制备》“课程思政”教学探索与实践
《材料合成与制备》“课程思政”教学探索与实践
马艺函;谭轶璇
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2022(50)14
【摘要】“思政教育”是一种潜移默化式的教育,影响并贯穿于学生的整个学习生涯。
理工类专业课程也蕴含着丰富的思想政治教育元素。
本文以《材料合成与制备》课程为例,深入挖掘与课程内容相关联的德育元素,与专业知识点有机融合,搭载多元化的教学手段和考核方式,有效开展“课程思政”教育,实现知识传递和核心价值观
教育相融共进,贯彻立德树人的根本任务。
【总页数】3页(P236-238)
【作者】马艺函;谭轶璇
【作者单位】中南民族大学化学与材料科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
【相关文献】
1.基于课程思政-趣味教学下《材料力学》课程教学实践探索
2.材料制备与加工实
践课程思政的探索与实践3.材料合成与制备课程思政建设的探索4.课程思政在高
校综合素养类课程中的探索与实践--以“迷人的材料世界”教学为例5.课程思政在化工与材料专业教学中的探索与实践——以生命健康材料为例
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材料合成与制备绪论.答案
19 世纪冶金工业和电力工业的兴起 , 陶瓷 成为新兴工业材料,如耐火材料、绝缘子,相继 发明了硅砖、镁砖、铬砖、电工陶瓷、碳化 硅、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。 进入 20 世纪以来 , 由于电子、通讯、能 源、军事等新兴技术的发展和需要,除了工程 陶瓷材料外,各种磁性陶瓷、电子陶瓷、生物 陶瓷、高温超导陶瓷 (86 年 ) 得到高速发展。 到今天,新型陶瓷的发展几乎已渗透到现代科 学技术的各个领域,发挥着举足轻重的作用。
进入 20 世纪 , 逐渐发展了各种 用途的硅酸盐水泥。如铝硅酸盐水 泥(1907~1909年,法国)、白色水泥 (30 年代 , 欧洲各国 ) 、膨胀水泥 (40 年代,前苏联),此后又陆续发展了硫 铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝 酸盐水泥等。目前水泥品种已 达 100余种。
0.2.2 金属材料的发展简史 人类最早使用的金属是自然铜 和金(约9000年前的西亚地区)。约 6000~7000年前人类学会了冶炼铜 (伊朗至两流河域上游)。约5000年 前两河流域上游已出现含锡青铜。 中国于4200~4500年前进入青铜时 代。
0.1.2.1 按来源分 按照材料的来源可分为天然材料 (如石料,木材,天然橡胶,棉花等)和人造 材料(如钢铁,化纤,合成橡胶,水泥,玻璃, 陶瓷 , 塑料等 ) 两类 , 是简易而直观的分 类方法。 0.1.2.2 按逻辑规则分 按照逻辑上的“有无”“是非”观, 可将材料按下图分类:
无机材料 物质 材料 有机材料
中国是瓷器发明者,在商周晚期就 出现了原始瓷器 , 汉唐时期出现真正的 瓷器 ,宋代则形成瓷器的鼎盛时期。在 唐朝,中国的瓷器和制瓷技术由海陆 “丝绸之路”传向东亚和西亚各国。 直到18世纪 ,欧洲各国才学会中国的制 瓷技术,但后来居上。欧洲19世纪大都 采用机器生产陶瓷 ,产量和质量都直线 上升。
材料合成与制备乔英杰编武科大整理版
武科大材料合成与制备复习资料一. 粉末冶金简介1.粉末冶金法：制粉（powder making）t压型（pressingl 烧结（sintering）粉末冶金的定义：将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
2.粉末冶金技术的优缺点？举例说明优点：（1）能够大量节约材料、无切削、少切削，普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%；（2）能够大量节省能源；（3）能够大量节省劳动；（4）能够制备其他方法不能制备的材料；（5）能够制备其他方法难以生产的零部件；例如：（1）可生产普通熔铸法难于生产的材料多孔材料（孔隙度可控）；假合金（如Cu-W）；复合材料，如硬质合金和金属陶瓷、弥散强化材料、纤维强化材料；特种陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷）；（2）某些P/M材料与熔铸材料相比，性能更优越①避免成分偏析、晶粒细，组织均匀，性能大幅提高。
女口：粉末高速钢、粉末高温合金。
②钨、钼、钽等难熔金属采用熔铸法晶粒粗大、纯度低, 工业上一般采用粉末冶金方法生产.（3）对制品成型有明显优势①是一种少切削、无切削工艺（近净成型near net-shape）；②可大批量生产同一零件；③形状很复杂零件（如齿轮、凸轮或多功能零件）的制造公差窄；④不需或可简化机械的精加工作业；⑤节能、省材；⑥可制造自润滑材料。
缺点：①粉末成本高②形状、尺寸受到一定限制③成形模具较贵；一般要生产量在5000〜10000个/批，才经济④烧结零件韧性相对差（但可通过粉模锻造或复烧改善）3.粉末冶金在材料制备领域的发展方向1）铁基结构合金的高精度、高质量、大数量产品2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性3）难加工材料的制造，全密度具有统一微观结构的高性能合金4 ）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强密度的工艺来制造5）非平衡材料的合成，例如非晶，微晶和亚稳合金6）具有独特组分或不常用形状的特殊附件的工艺4.粉末冶金材料的分类1.机械材料和零件减摩材料；摩擦材料；结构零件。
材料合成与制备工艺学实验
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1、适用专业：材料化学2、实验的任务、性质与目标本门实验课程是材料化学专业本科生的专业课程，其教学目的是通过学生实施实验，正确理解课堂上学习的理论知识，建立抽象的立体思维能力，并培养学生的动手能力，学会材料的基本合成和制备方法，了解各种材料的合成与制备工艺过程。
培养学生在材料合成与制备方面的动手能力与科学、系统的专业实验能力。
二、课程目标通过具体的实验过程培养学生的实际动手能力、提高学生分析问题、解决问题的能力，使学生较系统地掌握几种材料的合成与制备方法及工艺过程，为毕业后参加实际科研及新产品开发等工作打下良好基础。
三、学习要求本门课程的基本要求是，学生自己动手做实验，记录实验结果和实验现象，要求学生在实验前先预习；实验过程中要仔细认真，通过实验，对实验过程中用到的仪器- 4 -设备要有一定的了解，掌握仪器设备的操作要领；要充分运用学过的理论知识，分析和解决实验中出现的现象和问题，掌握正确的实验方法。
培养与锻炼学生的实际动手能力、分析问题、解决问题的能力。
四、教学内容- 4 -五、参考教材与主要参考书《材料合成与工艺实验》自编实验讲义六、成绩评定（一）考核方式 E.其他：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他（二）成绩综合评分体系：附：评分标准（1）实验操作评分标准- 4 -（2）实验报告评分标准七、学术诚信学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。
他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。
本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核教学院长：院学术委员会签章：- 4 -。
《材料合成与制备》课件
化学法
化学法主要包括化学气相沉积、 溶胶-凝胶法、水热法等技术。
化学气相沉积技术是利用气体反 应物在固体表面上发生化学反应 并生成固态沉积物的过程。
溶胶-凝胶法是通过溶液中的化学 反应制备出溶胶，然后将其转化 为凝胶，再经过干燥和热处理得 到目标材料。
化学法是通过化学反应将元素或 化合物转化为目标材料的技术， 其优点在于可以合成出结构复杂 、性能优异的材料。
详细描述
随着科技的发展，人类对材料性能的要求越来越高，因此需要不断探索新的材 料合成与制备方法。这些方法不仅有助于提高材料的性能和稳定性，还能降低 生产成本，为人类社会的发展提供重要的支撑。
材料合成与制备的分类
总结词
材料合成与制备可以根据不同的分类标准进行分类，如按合成方法、材料类型、应用领 域等。
化学气相沉积法
总结词
通过化学反应使气态物质在固态基体表面沉积，以制 备薄膜材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法是一种先进的材料制备技术，适用于制 备陶瓷、金属化合物等薄膜材料。在化学气相沉积法中 ，气态物质在固态基体表面发生化学反应，生成所需的 固态物质并沉积在基体表面，形成连续的薄膜。化学气 相沉积法制备的材料具有较高的纯度和致密性，且制备 过程具有较高的灵活性和可控制性。但设备成本较高， 且对于某些高分子材料而言，需要解决化学气相沉积过 程中发生的化学反应和副产物的控制问题。
的重点。
技术创新与挑战
01
新的合成方法
随着新材料需求的不断增长，探索新的合成方法成为关键。例如，化学
气相沉积、溶胶-凝胶法、微波合成等新技术的应用，为材料合成提供
了更多可能性。
02
绿色合成技术
随着环保意识的提高，绿色合成技术成为研究的热点。通过无毒或低毒
材料合成与制备技术阅读记录
《材料合成与制备技术》阅读记录1. 内容简述《材料合成与制备技术》是一本关于材料科学和工程领域中材料合成与制备技术的专业教材。
本书主要介绍了材料合成与制备的基本原理、方法和应用，旨在培养学生在材料科学与工程领域的基本理论知识和实践能力。
本书共分为五个章节，分别从材料的组成与结构、材料的合成方法、材料的表征与性能分析、新型材料与纳米技术以及材料的制备工艺等方面进行了详细的阐述。
本书既注重了基础知识的讲解，又关注了新材料与新技术的发展动态，使读者能够全面了解材料合成与制备技术的前沿研究和发展趋势。
本书还提供了丰富的实例和案例分析，以帮助读者更好地理解和掌握材料合成与制备技术的应用。
本书还配有大量的插图和表格，以便读者更直观地了解材料的结构、性质和制备过程。
《材料合成与制备技术》是一本内容丰富、实用性强的教材，对于材料科学与工程专业的学生和相关领域的研究人员具有很高的参考价值。
1.1 阅读目的本次阅读《材料合成与制备技术》的主要目的在于深入理解并掌握材料合成与制备的基本理论和技术。
随着科技的快速发展，材料科学在现代工业、制造业以及科技研发领域中的位置日益重要。
特别是新材料的研究与开发，对于推动科技进步和产业升级具有关键意义。
我对这本专业书籍进行阅读和研究，目的在于更好地了解材料合成与制备技术的最新进展，以便在实际应用中能够灵活应用。
阅读《材料合成与制备技术》的主要目的在于提升我在材料科学领域的专业素养和实践能力，为未来的职业发展打下坚实的基础。
1.2 背景知识介绍材料科学是研究材料的组成、结构、性质及其变化规律的科学，对于人类社会的发展具有重要的推动作用。
在材料科学领域，材料合成与制备技术是核心研究方向之一，涉及到多个学科领域的知识和技能。
传统的材料合成方法主要包括物理法、化学法和生物法等。
新型材料合成与制备技术不断涌现，如纳米技术、复合材料技术、高分子材料技术等，为材料科学的发展注入了新的活力。
材料制备技术的发展对材料性能的提升和成本的降低具有重要意义。
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1、共沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。
共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。
2、水热合成法水热与溶剂热合成：在一定温度(100～1000℃)和压力(1～100MPa)条件下，利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成：在水体系中进行。
即在一定温度(100～1000℃)和压力(1～100MPa)条件下，利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。
在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。
又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。
它的优点：所的产物纯度高，分散性好、粒度易控制。
3、化学气相沉积（CVD）气相沉积：利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的一类技术化学气相沉积：热CVD，等离子体CVD，激光CVD一种或数种反应气体在热、激光、等离子体等作用下发生化学反应析出超微粉的方法，称作化学气相沉积法（是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程）。
4、Ostwald RipeningOstwald ripening是一种材料生长的机理，简单点说就是材料从分子阶段开始，首先形成一定尺寸的晶核，然后所有的分子都依附于晶核生长，这个阶段不会再形成新的晶核了，只是晶核生长的越来越大。
最经典的一种，就是“从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶”。
5、Oriented attachment ripening多个取向不一致的单晶纳米颗粒，通过粒子的旋转，使得晶格取向一致，然后通过定向附着生长（oreinted attachment）使这些小单晶生长成为一个大单晶。
（Banfiled又提出了一种新的晶体生长机制也能形成单晶结构，oriented ttachment, 多个取向不一致的单晶纳米颗，通过粒子的旋转，使得晶格取向一致，向后通过定向附着生长（oreinted attachment）使这些小单晶生长成为一个大单晶，当然定向附着的过程出难免会出现一些位错和缺陷，这种生长机理形成的单晶的特点同Ostwald ripening不同，OR形成的单晶大多是规则的，给材料本身晶体结构相关，而OA形成的单晶结构在形貌上则没有限制，任何形状和结构的单晶材料都能通过此机理形成）6、介电常数介电常数 ：描述分子被电场极化的能力，也可以认为是样品阻止微波能通过能力的量度（或介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米(F/m) 定义为电位移D和电场强度E之比，ε=D/Ε）。
7、烧结烧结末或压坯粉在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品性能的方法。
宏观定义：在高温下（低于熔点），陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。
微观定义：固态中分子（或原子）间存在互相吸引，通过加热使质点获得足够的能量进行迁移，使粉末体产生颗粒黏结，产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。
粉体材料成型后，用热、微波等方式将其烧结成固体材料。
对陶瓷生坯进行高温焙烧，使之发生质变成为陶瓷产品的过程，也称烧结。
目的是去除坯体内所含溶剂、粘结剂、增塑剂等，并减少坯体中的气孔，增强颗粒间的结合强度。
8、物理气相沉积物理气相沉积(Physical Vapor Deposition ，简称PVD)：物理气相沉积是通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。
物理气相沉积方法有真空镀，真空溅射和离子镀三种，目前应用较广的是离子镀。
如真空蒸发法、溅射法、离子镀等“物理气相沉积” 通常指满足下面三个步骤的一类薄膜生长技术:1.所生长的材料以物理的方式由固体转化为气体2.生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底3.蒸汽在衬底表明上凝结，形成薄膜9、真空“真空”是指在指定的空间内压力低于101325Pa的气体状态“真空度”用来表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力表示。
10、Langmuir-Blodgett制膜法LB法建立的一种单分子膜制备技术：在水-气界面上将不溶解的成膜材料分子加以紧密有序排列，形成单分子膜，然后再转移到固体衬底上的制膜技术。
11、功能材料功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。
12、材料的纳米效应纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点。
其特有的效应：表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
（1）小尺寸效应：由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
在熔点，磁性，热阻，电学性能，光学性能，化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了变化，产生一系列奇特的性质。
（2）表面与界面效应：随着颗粒的直径的减小，表面积和比表面积都将会显著地增大，表面原子数也将迅速增加。
表面原子具有高的活性，且极不稳定，它们很容易与外来的原子相结合，形成稳定的结构。
（3）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级会由准连续变为离散能级。
纳米微粒的声、光、电、磁、热以及超导性与宏观特性有着显著的不同,这被称为量子尺寸效应。
（4）宏观量子隧道效应：隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力,人们发现一些宏观量,如磁化强度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效应,称之为宏观量子隧道效应。
13、分子束外延（MBE）制备纳米薄膜的原理及其特点。
外延就是在一定的单晶体材料衬底上沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶暴膜基本原理：是在超高真空的条件下利用Kunsen蒸发器中的蒸发出的分子束或原子束在真空室中不受碰撞直接沉积在衬底表面，沿着原来衬底的晶格方向进行生长的一种方法。
特点：1)超高真空条件下生长，残余气体分压小，杂质污染少、外延膜纯度高；2)生长速率低（0.1-2.0μm/h），在合适的生长条件下能实现二维层状生长，可精确的控制单原子层厚度的生长和获得原子级平整的表面和界面；3)生长温度低、扩散效应小，可获得十分陡变的掺杂分布和异质界面；4)可任意改变外延层的组分、掺杂和连续生长复杂的多层异质结构。
利用异质材料的晶格失配应力和不同晶向上材料的生长速率不同，可直接生长出不同维度的低维纳米材料；5)在生长过程中，可利用配置在生长室上的高能电子衍射仪等表面分析手段，原位观察研究外延表面的结构和生长机理；6)可将MBE设备与其他某些半导体工艺设备进行真空连接，使材料生长、蒸发、镀膜、注入和刻蚀等，半导体器件制造工艺全部在真空中连续进行。
14、冷冻干燥法制备材料的步骤及其特点。
步骤：1)首先要配制成所要求浓度的盐水溶液2)用玻璃制喷嘴把配好的盐水溶液喷射到被致冷剂冷却的冷浴中，急速冷冻3)把冷冻物放入预先冷却的烧瓶中，迅速接入真空系统。
边冷冻，边减压排气，随即加热，使冰升华4)冷冻干燥物在一定温度下进行煅烧热分解，即得到所要求的化合物粉末特点：①盐的水溶液易配制，与沉淀相比，由于不添加沉淀剂，可避免杂质的混入。
②因为冷冻的液滴中仍保存着溶液中的离子混合状态，所以组成不发生分离，可实现原子级的完全混合。
③用冷冻干燥法制备无水盐的工艺简单，此无水盐的热分解温度与其他方法制备的无水盐相比要低得多，还可避免水合盐溶化的问题。
④用冷冻干燥法能得到多孔质粉体，热分解时气体放出容易，利用流动床煅烧时，气体透过性好。
⑤用该法得到微粒子的大小为0.1～0.5μm15、图示Sol-Gel 法制备纳米颗粒的过程。
一般是先用金属无机盐或金属醇盐在一定的溶剂中超过慢速水解的方法制备成胶体溶液，再通过浸涂法或旋涂法等在衬底上制备形成薄膜，溶胶法制备薄膜。
16、建筑陶瓷的基本制造工艺流程图。
17、陶瓷注浆坯料中陈腐的作用。
1) 通过毛细管的作用使泥料中水分更加均匀分布。
2) 粘土颗粒充分水化和离子交换； 一些硅酸盐矿物(如白云母、绿泥石和末风化的长石等)长期与水接触发生水解转变为粘土物质，从而提高可塑性。
3) 增加腐植酸物质的含量，改善泥料肋成型性能。
4) 发生一些氧化与还原反应，使泥料松散而均匀。
18、化学气相沉积的特点。
1) 在中温和高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体2) 可以在大气压(常压)或者低于大气压(低压)下进行沉积。
一般来说低压效果要好些。
3) 采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，可在较低的温度下进行沉积。
4) 镀层的化学成分可以改变，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。
5) 可以控制镀层的密度和纯度。
6)绕镀性好，可以在复杂形状的基体上镀制。
7)气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。
8)沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。
但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。
9)可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。
19、水热与溶剂热合成化学的特点。
水热与溶剂热合成化学：研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律。
1)由于反应物反应性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成法有可能代替固相反应以及难于进行的合成反应，并产生一系列新的合成方法。
2)由于中间态、介稳态以及特殊物相易于生成，因此能合成特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物。
3)能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在水热与溶剂热低温条件下晶化生成。
4)水热与溶剂热的低温、等压、溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向好、完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度。
5)由于易于调节水热与溶剂热条件下的环境气氛，因而有利于低价态、中间价态与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。
20、硅酸盐水泥的主要生产原料有那些，画出其生产工艺流程图。
生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。