新型无机材料思考题答案.doc

1、材料的分类及特点分类：按材料的发展过程来分，可分为传统材料和新型材料特点：传统材料：需求量大，生产规模大，但环境污染严重 新型材料：建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上，以材料的优异性能、高品质、高稳定性参与竞争，属高新技术的一部分；投资强度高，更新换代快，风险性大，知识和技术密集程度高增补信息：般将材料分为传统材料与新型材料两大类。传统材料：是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于用量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。新型材料(或称为先进材料)：是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。 从原子结合键类型，或者说从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料组成的复合材料。金属材料的结合键主要是金属键，无机非金属材料的结合键主要是共价键或离子键，而高分子材料的结合键主要是共价键、分子键、氢键。按材料用途或者性能要求的特点来分，又可分为结构材料和功能材料两大类。2、新型材料的定义及特点新型材料是指新出现的或正在发展中的，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术(工艺,装备)，使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料；一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新型材料的范畴。特点：高附加值、低碳环保、功能性强（比如导电导热率高、比强度比模量高等）等等。3、临界条件下新型材料制备特征临界技术包括：低温技术，超低温技术, 冷冻干燥, 超高压技术, 元件工作速度的高速化技术, 超纯、超净、超精细加工技术，超临界萃取技术，强磁场技术。材料在普通条件下难以实现所需性能，为了达到特定要求，研究了各种临界技术，开发临界条件下新型材料。该技术开发的新型材料往往具备一些特定性能，比如超导、超纯等等。4、论材料科学中的矛盾运动材料在人类物质生活巾的重要性早已为人们所熟知。当今, 材料和能源、信息被称为现代科学技术的三大支柱, 一个国家所生产的材料品种、产量和质量, 是衡量这个国家科学技术、经济发展水平的重要标志之一。但是, 由于历史的种种原因, 目前我国的材料工业及材料科学水平, 与一些经济发达国家相比,尚有一定的差距。为了改变这种状况, 这里除了应在材料科学本身作大量、长期的研究工作外, 运用马克思哲学原理, 探讨材料科学中的矛盾运动及其发展规律, 这对于推动我国材料科学的发展, 同样具有重要的意义。从古到今, 人类使用的材料种类繁多, 千姿百态, 性能各异。我们不禁要问# 为何某种材料具有某些性能而其它材料则不然呢 为何同一种材料在不同的环境或加工条体下又具有不同的性能呢？我们知道, 所谓材料的性能, 是指材料在某种物理场或化学场的作用下所表现的宏观特征, 它可以由人们观察或由仪器测定, 而材料的物质属性, 即组成材料的化学成分、结构和组织则是人们借助各种特殊仪器测试, 再经理论分析而得到的微观特征。正是材料这种宏观表象和微观本质之间的对立统一,构成了整个材料科学的基本矛盾, 而这个基本矛盾的运动则推动着材料科学不断向前发展。今天, 随着科学技术的进步、生产的发展, 人类文明正向纵深发展, 从海洋开发到星际旅行, 从微观粒子到宏观宇宙, 人类活动和探索的领域不断扩大, 各种新技术领域不断诞生。这样, 传统的材料再也不能满足生产和技术的要求, 从而对材料科学和技术提出了一个又一个新的任务。这种生产的需要与材料工业现状的对立统一, 就构成了当今材料科学的主要矛盾, 即材料单一性能和综合性能的矛盾。概括起来, 这个主要矛盾主要表现在以下几个方面。1）材料强度和韧性的矛盾；2）材料表面性能和心部性能的矛盾；3）材料的机械性能和其性能之间的矛盾。综上所述, 人类认识和使用材料的历史、实际上也是人类运用唯物辩证法!不管是自觉地还是不自觉地认识和改造客观世界的历史。因此, 在材料科学研究中, 以马克思主义哲学基本原理为指导, 运用现代科学技术所提供的理论和物质手段, 分析材料内部组成和性能的关系, 揭示材料变化发展的内在规律, 对于材料科学技术的发展是非常重要的。当前, 材料科学已进入一个崭新的发展阶段, 层出不穷的新材料正直接或间接地改变着世界的面貌。在这样的形势下, 如果我们材料科学工作者能从哲学的角度, 按照辩证法的原理, 阐明其发展趋势及可行性, 从而从根本上为材料科学研究指明方向, 这对于促进我国材料工业的发展, 推动现代化建设, 将产生深远的影响。参考文献：科学、技术与辩证法 1988年 第一期 应用辩证法 论材料科学中的矛盾运动 程树红5、列举几个对近代科技发展起关键作用的新材料 1) 硅：高纯的单晶硅是重要的半导体材料。集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造，在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。 金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。光导纤维通信，最新的现代通信手段将会使 21世纪人类的生活发生革命性巨变单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。2) 钛及其合金：因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域尤其是航空航天领域，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，记忆钛合金在航空航天领域内的广泛应用，人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状3) 激光材料：实现了激光在工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域的广泛应用石英光纤是以二氧化硅（SiO2）为主要原料光纤通讯（Fiber-optic communication）也作光纤通信,是指一种利用光与光纤（optical fiber）传递资讯的一种方式。属于有线通信的一种。光经过调变（modulation）后便能携带资讯。自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性 ，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信 传输容量大，保密性好等 优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。6、列举几个浙江省新材料的重点发展领域，并加以说明1) 磁性材料：浙江省是最主要的磁性材料生产基地，目前，磁电共存这一基本规律导致磁性材料必然与电子技术相互促进而发展。人们正在研究新的非晶态和稀土磁性材料，磁性液体已进入实用阶段2) 硅材料：重点发展大功率LED封装技术，照明灯具和芯片设计制造及其相关检测设备3) 太阳能：重点发展太阳能电池用低成本多晶硅和单晶硅及其生产装置，太阳能薄膜电池，太阳能热利用技术等等4) 纳米材料：一些新兴领域例如纳米制造，纳米量衡，功能和分子纳米技术。人们应该在不夸大纳米技术，积极调整传统产业结构，发展纳米技术7、传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别新型无机材料指由非金属元素组成的或由非金属元索与金属元素或由它们与常温下呈气态的单质组成 的、具有特殊结构、特定性能、可为新技术服务的固体材料。不同的化学组成，构成形形色色的新型无机材料非金属元素与金属元素化台形成的无机材料，如金娼碳化物、碳化钨、碳化钍等，均属硬质材料非金属元素与气态单质化合形 成的水晶(压电晶体、氧化碲( 声光晶体)氮化硅 ( 高温高强材料)氮化硼(超硬材料)等前2种属氧化物材料，后2种属非氧化物材料金属元素在周期表中占大多数，与气态元素化台构成的无机材 料也最多如Al2O3，、 MgO、ZrO2、ZnO、AIN、MgF2等这些氧化物和非氧化物尚可形成各种复台物如氮化物和氧化物结合成氨氧化物、氟化物和氧化物结合成氟氧化物等除了上述各种单质、化合物和复合物外，尚有各种盐类和复合盐类构成的无机材料传统的硅酸盐 用作各种建筑材料、日用陶瓷和玻璃等 已有几千年历史随着无机材料的发展和扩大硅酸盐专业已不限于传统的硅酸盐材料还包括各种不含硅的新型无机材料为与传统的硅酸盐材料区别开来人们提出了无机材料。或无机新材料。这些名词，其范围涉及：铝酸盐、锗酸盐、钛酸盐、锆酸盐、铌酸盐、钮酸盐等，当然也包括新型的非传统的硅酸盐材料所以，从化学的角度看无机材料大致可分5类非金属元素材料、无机化台物材料、无机复台物材料无机盐类材料和无机复合盐类材料其中具有特定性能和应用价值、能为新技术服务的就有可能发展为新型无机材料。它是以人工合成的高纯原料经特殊的先进工艺制成的材料。与高新技术发展相辅相成8、新型玻璃的特点及分类，列举并几种典型的新型玻璃材料定义：新型玻璃是指除平板玻璃和日用器皿玻璃以外的，采用精确、高纯或新型原料，采用新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制得的具有特殊功能或特殊用途的玻璃。新型玻璃的特点：1) 成分：（硅、硼、磷、锗、铅）酸盐、卤族、硫族等2) 形状：板状、薄膜、纤维3) 玻璃态：单一玻璃态、乳浊玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃4) 功能：光、电、磁、声、生物等5) 制备工艺：坩埚、池窑、电加热、真空熔炼等新型玻璃材料的分类：1) 光学玻璃材料：SiO2光学纤维、激光玻璃、红外玻璃2) 电磁玻璃材料：液晶显示器用导电玻璃、磁性玻璃3) 热学玻璃材料：抗热震性、耐热、导热、透明微晶玻璃4) 力学及机械玻璃材料：云母切削微晶玻璃、氧氮玻璃等5) 生物化学玻璃材料：生物微晶玻璃、自清洁玻璃、多孔玻璃举例：1) 光导纤维：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1100m左右。它是由内芯和外套（如聚氨基甲酸酯）两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。光导纤维可以用在通信领域，具有许多突出的优点（例如频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰度能力强、保真度高等），同时还可用在医学领域（光导纤维内窥镜）、传感器、光纤艺术以及井下探测技术应用等。2) 微晶玻璃（CRYSTOE and NEOPARIES）又称微晶玉石或陶瓷玻璃，是将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件（一定温度）下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶体由玻璃相与结晶相组成。两者的分布状况随其比例而变化。玻璃相占的比例大时，玻璃相为连续的基体，晶相孤立地均匀地分布在其中；如玻璃相较少时，玻璃相分散在晶体网架之间，呈连续网状；若玻璃相数量很低，则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。性能特点：机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高。应用举例：计算机硬盘基板、天文望远镜镜坯、微晶玻璃轴承、LCD面板、微晶玻璃装饰板、电器配套面板等。9、 新型陶瓷的特点、分类及发展趋势新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。按化学成分划分，主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。按性能与特征划分，可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。按其应用不同划分，又可将它们分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。 发展趋势：发展纳米陶瓷材料、梯度材料、智能材料10、光导纤维制备的工艺原理及控制手段方法：1) 两步法：沉积反应SiCl4 (Ge)O2SiO2，沉积后熔缩成透明预制棒；拉丝：将预制棒一端加热至1600度进行拉丝2) 棒管法和坩埚法3) 复合纺丝法控制手段：11、溶胶-凝胶法制备太阳能薄膜电池的特点1) 在超低温条件下，制备材料；大多数Sol-gel过程都在低温下进行，热处理温度也较其它方法低2) 工艺成本相对便宜，设备简单，但工艺过程要求高，使工业化应用受到限制3) 够在其它材料(金属、陶瓷颗粒和三维物体)涂覆一种或多种材料4) 均匀性好，由于溶胶由溶液制得，化合物在分子级水平混合，材料的均匀性很好，可以合成相当均匀的化合物及复合材料5) 度，制备过程无需机械混合，不易引入杂质，获得高纯度材料,可以合成高纯度(99.9999)的材料6) 材料合成在分子水平上执行，可以在过程早期对材料复合进行早期设计制作7) 控制最终材料的微观结构及物理、机械及化学性能8) 上镀膜 ,可以明显地改善基体的光学性质，增大光的透过率9) 适合大面积制膜12、碳纤维制备原理、研究现状及发展趋势1) 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。2) 碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，广泛用于民用，军用，建筑，化工，工业，航天等领域。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。同时，碳纤维发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。3) 未来碳纤维行业将加快发展，碳纤维生产将加大力度，生产能力将以空前的速度增长。研究者莫不致力于改善其性质及降低制造成本。13、无机材料制备技术的分类及特点无机材料的制备方法分：固相合成法：热分解法，固相反应法，自蔓延高温燃烧合成法；液相合成法：溶胶凝胶，水热法，共沉淀法，化学气相法合成CVD。1) 热分解法：金属的冶炼方法之一。加热金属氧化物、碘化物、羰基化合物等使其分解制取纯金属。比如碘化钛在钨丝上加热分解，沉积出金属钛。方法简单，但体系局限性大。2) 固相反应法：高温下使两种以上的金属氧化物或盐类的混合物发生反应而制备粉体的方法。方法简单，但是合成出的颗粒大，不均匀。3) 自蔓延高温燃烧合成法：利用物质反应热的自传导作用，使不同的物质之间发生化学反应，在瞬间形成化合物的一种高温合成法。4) 溶胶凝胶：溶胶凝胶法由于能在材料制备的初期进行控制，使材料的均匀性达到亚微米、纳米级 甚至分子级水平，从而控制材料的显微结构， 进而控制材料的性能，即可以制备多种形式的 材料及复合材料。有点粒径可控，并且均匀。5) 水热法：水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。1）合成的晶体具有晶面，热应力较小，内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。 2）密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观； 3）设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬）、技术难度大（温压控制严格）、成本高； 4）安全性能差。6) 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。化学共沉淀法不仅可以使原料细化和均匀混合，且具有工艺简单、煅烧温度低和时间短、产品性能良好等优点。7) 化学气相法合成：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)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。与之相对的是物理气相沉积（PVD）。1)在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。2)可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)。 3)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。 4)涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。 5)可以控制涂层的密度和涂层纯度。 6)绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。 7)沉积层通常具有柱状晶体结构，不耐弯曲，但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动，以改善其结构。 8)可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。14、溶胶凝胶法制备新材料的特点 Sol-gel是指在低温下液相合成溶胶，经胶化(陈化) 过程成为凝胶(gel) ，再经干燥和焙烧(煅烧/热处理)后成为块体、颗粒(粉末)、薄膜、纤维(晶须)等形状、尺寸的氧化物、其它化合物固体材料。特点：1) 在超低温条件下，制备材料；大多数Sol-gel过程都在低温下进行，热处理温度也较其它方法低2) 工艺成本相对便宜，设备简单，但工艺过程要求 高，使工业化应用受到限制3) 可以同时合成2到3种材料4) 能够在其它材料(金属、陶瓷颗粒和三维物体)涂覆一种或多种材料5) 化学均匀性好，由于溶胶由溶液制得，化合物在分子级 水平混合，材料的均匀性很好；可以合成相当均匀的化 合物及复合材料6) 超纯度，制备过程无需机械混合，不易引入杂质，获得 高纯度材料,可以合成高纯度(99.9999)的材料7) 由于材料合成在分子水平上执行，可以在过程早期对材 料复合进行早期设计制作8) 精确控制最终材料的微观结构及物理、机械及化学性能15、溶胶-凝胶技术的产业应用存在的问题？1) 原料成本较高2) 较长的反应时间，对于产业应用有一定的限制3) 反映涉及大量的过程变量4) 多金属离子体系难以获得均匀溶胶5) 有开裂，气孔，残留碳16、溶胶-凝胶技术工艺过程及控制手段1）原料前驱体，也称先驱体，起初基本上都采用金属醇盐，要求其具有易蒸馏、重结晶技术纯化、可溶于普通有机溶剂、易水解等特性。近几年，采用无机盐、有机聚合单体、有机络合剂等替代或部分金属醇盐为前驱体,大大降低了溶胶凝胶工艺成本，使研究领域更为扩展, 可以说是前驱体的替代成为了溶胶凝胶技术的转折点原料还包括有机溶剂、催化剂以及一些添加剂前驱体的不同必然导致不同的水解机理。前驱体的水解：a) 无机盐水解金属盐在水中的性质受金属粒子半径大小、电负性、配位数的影响。它们溶于纯水中常电离析出MZ+离子并溶剂化。根据溶液的酸度和相应的电荷转移大小，水解反应存在下列平衡关系:MOH2 Z+MOH(Z-1)+H+ M = O (Z-2)+2H+特点：化学过程简化，没有或很少有有机残余物；但不易形成溶胶，不易形成单相凝胶。b) 金属醇盐的水解金属醇盐除铂醇盐外均极易水解。水解反应是溶胶凝胶法中醇盐原料转化为凝胶的主要反应。水解过程可表示为:MOR+H2 OMOH+ ROH特点：溶胶化过程较易发生,可控性好;但对于多组分化学成分,有时形成双相凝胶,材料化学计量、相组成不易保证,醇盐应用具有局限性。c) 有机聚合物的水解这类聚合物主要是一些烷氧基硅烷、脂类(正硅酸乙脂)，特点: 利用有机网络结构，可以制备有机无机杂化材料2）溶胶的提纯在实验过程中所采用的原料与最终所期望的产物之间仍有差别,产物中存在不希望的离子,而且溶胶中少量电解质的存在会影响溶胶的稳定性。常用的提纯法有渗析法、电渗析法及超过滤法。在这几种提纯过程中常常用到半透膜。3）凝胶的形成凝胶是针对溶胶而言的。溶胶向凝胶的转变过程可描述为：缩聚反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为粒子簇，充满整个容器即可称为凝胶。溶胶粒子的凝聚是通过PH值和浓度变化引起的。溶胶在敞口或密闭容器中放置时，或由于溶剂蒸发，或由于缩聚反应继续进行而导致向凝胶的逐步转变。胶体粒子逐渐聚集形成网络结构，液相被包裹在固相骨架中，整个体系失去流动性。完成从溶胶到凝胶转变所需的时间即胶凝时间或陈化时间。4） 凝胶的干燥在干燥阶段, 颗粒间的水会通过毛细管力将它们拉紧、拉近,在脱水的最后阶段, 其它金属的盐类杂质还会在颗粒间形成结晶盐固相桥, 从而形成团聚体。干燥方式对该阶段的团聚程度具有显著影响。目前主要以下几干燥方法：一是利用自然蒸发或低温烘箱干燥得到干凝胶；二是利用超临界干燥技术在高层釜中进行，该技术是利用液体临界点以上气液界面消失，表面张力不复存在,此时毛细孔中就不存在由表面张力产生的附加压力,可保持凝胶原先的分散结构, 就可避免“硬”团聚的形成。三是采用添加控制干燥的化学添加剂(DCCA) 法。DCCA 一种具有低蒸气压的有机液体,其作用机理不尽相同。如在制作硅凝胶时加入甲酰胺,可提高网络强度,使凝胶孔径增大,且布均匀,但加入丙三醇时,在于其对胶体粒子有较强的吸附能力从而改变凝胶表面的润湿性能。但其共同特点是能将不同孔径中的醇溶剂的不均匀蒸发大大减少, 从而减少干燥应力。四是冷冻干燥技术，先冷冻凝胶，再使溶剂升华。固气接转化避免了在孔内形成弯曲液面，从而减少了应力的产生，可以获得无团聚的材料5）干凝胶的热处理干燥后的凝胶中可能还含有水分子、有机溶剂以及一些有机、无机离子等杂质，热处理的目的是去除这些杂质，同时获得所需材料及其特性，如晶型、结构及粒径等。热处理所获得得材料具有极大的比表面积和高的活性, 在较低温度下, 紧密接触的颗粒之间即会发生烧结、形成烧结颈而产生硬团聚体。因此, 选择合适的煅烧温度是必要的。煅烧温度过高易产生硬团聚体和超微颗粒的长大, 而温度过低则会因残留有未分解的氢氧根及一些有机杂质。目前有人在热处理中引入压力及气氛控制，目的在于针对具体的材料采用不同的热处理方法。通过热处理后，即可获得所需制品。17、溶胶-凝胶技术未来的发展趋势1) 在基本理论方面，主要包括非硅体系的水解动力学研究，H2O、乙醇等普通溶剂相反的惰性溶剂的开发，陈化过程的物理化学变化的研究，多组份水解过程研究等；2) 在工艺方面，主要包括粉体团聚方面控制及解聚，凝胶干控制，溶胶粒子稳定性控制及其在功能材料、复合材料中用机理研究等；3) 应用方面，继续在一些低温合成材料中广泛应用，尤其在光、电、磁、热等特殊领域得到推广应用；开展微小、纳级功能器件制备的应用开发；4) 在工业应用方面，重在促进溶胶凝胶法制备材料的工业化应用研究，包括减少工艺成本，缩短工艺过程，工艺重复性好等。18、水热法制备无机材料特点，并列举几种新兴的水热法特点：1）合成的晶体具有晶面，热应力较小，内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。 2）密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观；3）设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬）、技术难度大（温压控制严格）、成本高； 4）安全性能差；水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多19、均匀沉淀法和共沉淀法制备新材料的特点及差异特点：制得的新材料化学成分均一，颗粒粒径小且分布均匀差异：均匀沉淀法通常只含有一种阳离子，而共沉淀法含有两种或多种阳离子。20、 烧结的主要推动力？固相、液相及气相烧结的机理及驱动力烧结推动力：表面自由能降低。位错、结构缺陷，弹性应力等的消失，以及外来杂质的排除等，亦将使体系自由能降低烧结模型 烧结机理 驱动力气相 蒸发-凝聚 蒸汽压的差异液相 粘滞流动, 溶解-沉淀 毛细管力, 表面张力固相 扩散 自内能或化学位差异21、常见的新型无机材料烧结方式常压、热压、微波烧结、自蔓延烧结、电弧等离子。1) 常压烧结主要有(1) 空气常压气氛烧结；(2) 气氛(即通氧气、氮气、氢气等)常压烧结；(3) 控制挥发气氛( PbO等)常压烧结；2) 热压烧结主要有间歇热压烧结、连续热压烧结、等静压热压烧结、反应热压烧结、超高热压烧结。22、热压烧结的原理、特点以及在新材料制备中的重要作用热压烧结与一般烧结工艺不同之处，在于高温烧结过程中，对工件施加了很大的机械作用力。有两种传质机制: 粒界滑动传质, 挤压蠕变传质。挤压初期，粒界之间的压力差较大，空格点浓度差及扩散速度也比较大，故密度增加还不算很慢。到挤压后期，各处粒界压已趋近平衡，蠕变式的传质已不明显，致密化速度将大为降低。热压后期外加压力的作用已很不明显，传质基 质与常态烧结相似，界面压力差推动下的粒界移动和 气孔沿粒界的进一步排除。分为热等静压烧结，反应热压烧结，超高热压烧结等等。特点：1）可降低烧结温度；2）可避免二次晶粒长大, 对于烧结温度较窄、结晶能力强的粉料是比较有益的；3）压力可有效促进器件收缩,可获得较高的致密陶瓷。23、在纳米科学技术的发展史的重要事件，你认为其中哪几个事件特别重要（选择2-3个）？为什么重要？ 1962年，久保（Kubo）等人提出了超微粒子的量子限域理论，推动了实验物理学家向纳米尺度微粒进行探索。理论的提出使人们在研究的过程中与一定的知道方向，不再是完全的盲目探索。1982年科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜， 为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生 了积极促进作用。作为一种新的实验检测工具，大大促进了纳米科技的发展。1991年：碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点。碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值，如：其独特的结构是理想的一维模型材料;巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。24、纳米科技的体系范畴构成1) 纳米材料物理学2) 纳米材料化学3) 纳米材料学4) 纳米测量学5) 纳米电子学6) 纳米机械学7) 纳米生物医学25、纳米材料的效应及特性，举例说明纳米效应(量子限域效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应）纳米材料特性幻数结构，磁、力学等特性，小尺寸效应，宏观量子隧道效应，量子尺寸效应，表面效应。举例：纳米微器件纳米材料，特别是纳米线，可以使芯片集成度提高，电子元件体积缩小，使半导体技术取得突破性进展，大大提高了计算机的容量和进行速度，对微器件制作起决定性的推动作用。世界最小的激光器：纳米激光器该激光器比一根头发还细1000倍，能发射紫外光，且能将蓝色光变成远紫外光。该激光器可在室温下工作，纳米激光器最终可能用来制造一些器件，而这些器件可用于鉴别化学物、增加计算机磁盘存储信息量及用于光计算机中。26、纳米材料的应用的涉及领域应用：微电子学、航空航天、光电、生物工程、医学、化工、环境雨能源、建筑、陶瓷等。1) 微电子学领域： 研制成功各种纳米器件、单电子晶体管、红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管 利用纳米丝、巨磁阻效应制成超微磁场探测器研制成功具有奇特性能的碳纳米管，为纳米电子学的发展起到了关键作用 用磁性纳米微粒制备纳米磁记录材料可提高信噪比，改善图像质量 纳米磁性材料：纳米微晶软磁性材料的应用领域将沿着高频多功能发展(如功率变压器、脉冲变压器、高频变压器、扼流圈、互感器磁头、磁开关、传感器等)，它将成为铁氧体有力的竞争者；尤其新近发现的纳米微晶软磁材料在高频场中具有巨磁阻抗效应。纳米微晶稀土永磁材料，其磁性高于铁氧体58倍且稀土含量减少生产成本下降，并且不易被氧化或腐蚀，可以作为粘结永磁体的原材料，用于磁制冷具有效率高、功耗低、噪声小、体积小、无污染等优点。 微器件：纳米材料，特别是纳米线，可以使芯片集成度提高，电子元件体积缩小，使半导体技术取得突破性进展，大大提高了计算机的容量和进行速度，对微器件制作起决定性的推动作用。 传感材料：纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征，是适合用作传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳米粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化，利用其电阻的显著变化可做成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。2) 航天航空领域： 用于机身及其辅助装置、机翼、发动机及其部件、螺旋桨、火箭喷嘴、点火器等 纳米氧化物弥散强化高温合金已部分用于航空发动机导向叶片、涡轮工作叶片 把金属钨制成纳米介孔的金属骨架，把相对低熔点的铜或银等填充在孔隙中，制成“发汗金属” 利用纳米微粒材料的尺寸远小于红外和雷达波波长及磁损耗大的特点，可制成电磁波吸收率非常高的隐身材料3) 光电领域： 将纳米发光材料用于阴极射线发光、场发射及电致发光等技术，获得比传统材料更优越的发光特性，提高发光器件的分辨率 用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察 美国的研究人员把被激发的钡原子单个送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，效率很高4) 生物工程领域： 利用生物分子在运动中的状态变化，结合纳米技术，可以设计量子计算机 美国科研人员应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法，有效地解决了目前计算机无法解决的问题“哈密顿路径问题”，使人们对生物材料的信息处理功能和生物分子的计算技术有了进一步的认识 利用纳米技术制备分子生物芯片，实现对细胞、蛋白质、DNA及其其它生物组份的准确、快速、大信息量的检测，应用于疾病诊断、预测、药物筛选、基因测序等众多领域。5) 医学领域： 科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等 利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展 利用纳米技术获取生命信息，制造出分子机器人 利用纳米Fe3O4和-Fe2O3的顺磁性，包敷药物后制得纳米磁粒子，在外磁场作用下，将药物引至病灶，利用交变磁场加热，起到治病效果。 纳米类骨磷灰石晶体可用于制备高性能仿生组织修复和替换生物材料的核心材料。6) 化工领域： 纳米Si02和橡胶分子的接技作用，制造出多功能的纳米Si02改性彩色橡胶，也可制成纳米Si02改性彩色防水卷材及配套胶粘剂，纳米Si02改性场地材料以及彩色轮胎等 纳米ZnO用于制造高速耐磨的橡胶制品，例如飞机轮胎、高级轿车用子午胎等具有防老化、抗摩擦着火，使用寿命长等功能 纳米技术是未来微型化工厂的基础和关键7) 环境和能源领域： 能源存储：物理和化学储氢设备昂贵，碳纳米材料是一种有效而清洁的储氢方式，碳储氢材料只要储存其自重6.5%的氢即使燃料电池汽车具有实用价值(设定两个加油站间的距离是500km) 能源转换：当金属细分到小于光波波长的尺寸时，金属超微颗粒对光反射很低，通常小于1%，大约几微米的厚度即可完全消光，利用这一特殊的光学特性，可制造高效率的光热、光电转换材料，以很高的效率转变为热能或电能。 节省资源：纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品技术。这种从小到大的制造方式需要的材料很少，造成环境污染程度低，产品微型化，使所需资源减少，不仅可以达到可持续发展目的，而且价格低廉。可以预测，将来资源浪费、造价昂贵的大型机械设备会逐渐淘汰，以实现资源消耗的“零增长”。 水处理：纳米级净水剂吸附吸收能力是普通氧化铝的10-20倍，将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，再采用纳米磁性物质、纤维和活性碳的净化装置，最后通过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可得到高质量的纯净水。 防止电磁辐射：在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，可以加入纳米涂层，能达到提高遮挡电磁波辐射性能。 环境监测：碳纳米碳管可以探测有毒的二氧化氮和氨气，造价低廉，并且体积微小，只有3um长，仿佛是用微芯片进行化学分析的“芯片实验室”。8) 建筑领域： 在涂料中引入TiO2纳米粒子制备得到光催化涂料、抗菌防霉涂料、金属闪光面漆及特殊纳米界面涂料 引入CaCO3纳米粒子有效提高涂料附着力，耐水、耐碱、耐擦洗性能趋好 引入SiO2纳米粒子使涂料的干燥时间缩短，耐洗刷和老化性能提高，且附着力、表面硬度、涂膜自洁能力显著提高 纳米ZnO粒子可显著提高涂料的耐人工老化能力，还具有很好的抗菌性能 各种功能涂料(吸波、除味、储光、杀虫、防辐射)和下一代的智能涂料(气敏、温敏、光致变色等)也正在开发中，预计3-5 年陆续进入市场 内装修用的具有杀虫、防放射性纳米材料改性的涂料也在实验室研制成功，应用前景看好 纳米材料减轻建筑玻璃重量的研究也开始进行布署，一些超细化和纳米添加剂两项技术可以使水泥性能全面升级，提高水泥抗弯折的能力，在建筑和采油工业上应用前景看好 纳米塑料、纳米防水密封材料、纳米材料改性混凝土等技术也在建筑中得到广泛应用9) 陶瓷领域：在陶瓷领域中应用表现在：(1)纳米陶瓷；(2)微/纳米复合陶瓷；(3)纳米材料低温助烧、增强陶瓷；(4)纳米表面工程；(5)纳米抗菌陶瓷；(6)无机纳米材料改性古陶瓷27、 描述未来纳米材料的发展趋势纳米制造：指在不少于100 nm的尺寸范围进行材料的制备纳米量衡：所制备的尺寸小于100 nm结构的精确测量，也包括这些检测技术的发展功能纳米技术：纳米结构的应用，并产生光、电、磁性能纳米机械设备及仪器：将目前毫米级机器和毫米制动器进入纳米级尺寸分子纳米技术：在分子水平进行的技术，如生物/医学、无机/有机复合等颗粒、团簇及催化剂：产生数10亿英镑的工业产值，超过了19世纪和20世纪的胶体科学纳米结构材料: 可以提供高强、耐磨和耐腐蚀等潜在性能“极致”纳米技术: 原子和分子操作和组装，是最有风险， 又有很大前途的技术仿生学：通过复制自然生物技术，创造奇异性能的材料， 或者修复现有材料，或者利用有机体制备新兴材料p计算机模拟：模拟原子水平需要纳米世界的新的物理学， 通过计算机模拟来预测新兴材料的性能、物化特性等28、流延成型法定义、特点以及应用定义：流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分，得到均匀分散的稳定料浆，在流延机上制得要求厚度薄膜的一种成型方法。特点：具有可连续操作、生产效率高、自动水平高、工艺稳定等特点。应用：在功能材料的成型工艺中得到广泛运用，为电子设备、电子元件的微型化及超大规模集成电路的实现提供了广阔的前景。29、 热压铸成型的基本过程及特点热压铸成型的工艺流程： 1) 陶瓷粉体中加入表面改性剂如油酸、硬脂酸等，球磨混合，使之具有亲油性，和蜡液良好融合。 2) 将改性后的粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀。 3) 将混好的料浆加入热压铸成型机中，以适当压力和温度注入模具成型。 4) 脱模并对坯体进行适当修整。 5) 将坯体埋入吸附剂中，以适当速度升温至900-1100，使坯体完全排除石蜡并具有一定强度。 6) 再将坯体放入烧结炉中烧成最终制品。 热压铸工艺的优点： 1) 可成型形状复杂的陶瓷制品，尺寸精度高，几乎不需要后续加工，是制作异形陶瓷制品的主要成型工艺 2) 成型时间短，生产效率高。 3) 相比其它陶瓷成型工艺，生产成本相对较低，对生产设备和操作环境要求不高。 4) 对原料适用性强，如氧化物、非氧化物、复合原料及各种矿物原料均可适用。 热压铸工艺的缺点： 1) 气孔率高、内部缺陷相对较多、密度低，制品力学性能和性能稳定性相对较差。 2) 需要脱蜡环节，增加了能源消耗和生产时间。因受脱蜡限制，难以制备厚壁制品。 3) 不适合制备大尺寸陶瓷制品。 4) 难以制造高纯度陶瓷制品，限制了该工艺在高端技术领域的应用。30、电子陶瓷常用的几种电学性质参数及其意义电容量、介质损耗、电容温度系数、介电强度、绝缘电阻。1) 电容量是电容器基本特征，电容量与、极板面积S、单板厚度h及层数n相关。在S、h、n一定，电容量主要与有关，即电容量(其余条件一定)；是衡量电介质储存电荷能力的参数，通常又叫介电系数或电容率， 也是材料的特征参数。2) 陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变为热能。单位时间内消耗的电能叫介质损耗。介质损耗仅由电导(直流下)引起，用电导率表示介质损耗。单位体积的介质损耗p=E23) 介电强度是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度. 它定义为试样被击穿时, 单位厚度承受的最大电压, 表示为伏特每单位厚度. 物质的介电强度越大, 它作为绝缘体的质量越好.4) 绝缘电阻是在直流下, 电容器抗漏电能力的量度5) 电容温度系数是在给定的温度间隔内，温度每变化1时，电容的变化数值与该温度下的标称电容的比值。31、MLCC结构特点、与单层电容差异及其在电子信息产业中的应用片式多层陶瓷电容（MLCC）具有体积小、比电容高、介质损耗小等特点，广泛应用于电子整机的振荡、耦合、滤波 和旁路电路，是世界上用量最大、发展最快片式元件。MLCC 的结构主要包括三大部分：陶瓷介质，金属内电极，端电极。而MLCC 是一个多层叠合的结构，简单地说它是由多个简单平行板电容器的并联体。MLCC(1类)微型化,高频化,超低损耗,低ESR,高稳定,高耐压,高绝缘,高可靠,无极性,低容值,低成本,耐高温.主要应用于高频电路中. MLCC(2类)微型化,高比容,中高压,无极性,高可靠,耐高温,低ESR,低成本.主要应用于中,低频电路中作隔直,耦合,旁路和滤波等电容器使用。单层的就是瓷片电容。陶瓷材料作介质,在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜,再经高温烧结后作为电极而成的电容器。通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容器及垫整电容器优点：稳定，绝缘性好，耐高压 缺点：容量比较小。瓷片电容分高频瓷介和低频瓷介两种。具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合包括高频在内。这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。33、预测MLCC今后的发展趋势MLCC是片式多层陶瓷电容，广泛应用于电子整机的振荡、耦合、滤波和旁路电路。在今后电子设备需要它小型化；通信产业的快速发展对元器件要求的高频化；更为经济应用广泛的低成本化；高可靠性；和为适应整机小型化、多功能化的需求的复合化；电源电路、开关电源、变换器和显像管高压电路中高压化的趋势。34、LTCC技术特点、零收缩LTCC 材料优点及实现途径 结合了共烧技术和厚膜技术的优点,所有电路被叠层热压并一次烧结,有利于生产效率的提高,降低了成本可实现无源器件的高度集成,减少表面安装元件的数量,提高布线密度,减少了引线连接与焊点的数目,提高了电路的可靠LTCC材料的介电常数可在很大范围内变化,增加了电路设计灵活性。材料具有高特性,保证电路系统高品质因数和低信号损失可适应大电流及耐高温特性要求,比普通PCB(印制电路基板)路具有优良的热传导性具有较好的温度特性,如小膨胀和频率温度系数。实现途径：流延:致密、厚度均匀、有一定强度和韧性，适合于流延成型料浆粘度范围5002000mPa.s厚度控制:控制刀高打孔:三种方式：钻孔、冲孔和激光打孔钻孔的速度35孔/s,精度50um,最小孔径f0.25mm冲孔的速度810孔/s,精度10um,最小孔径f0.05mm激光打孔250300孔/s,精度25um,最小孔径f0.1mm通孔直径最佳0.150.25mm通孔填充通孔填充主要为丝网印刷、掩模印刷丝网印刷以250目以上不锈钢或高开孔率尼龙丝网，丝网乳胶厚度约为30um掩模印刷用黄铜或不锈钢作掩模，厚度2530um通孔浆料应有良好的流变性能和合适黏度(10002500Pa.s)调节内电极印刷内电极图案化有:丝网印刷、计算机描绘、光刻、薄膜沉积(1)丝网印刷成本低、效率高、线宽极限150um计算机描绘无需制板和印刷对位,但操作复杂、生产能力低,线宽最小可到100um光刻:分辨率高、布线密度高、线宽至75um,但需光刻设备薄膜:分辨率高、布线密度高、线宽至50um,薄膜设备预叠层和热压将印刷过电极的各层生瓷片按预先设计的层数和次序叠到一起, 在一定的温度和压力下, 使它们紧密相连, 形成一个完整的多层坯体。为了使叠层后形成的生瓷片在排胶、烧结时不致起泡分层、烧结时收缩率一致且符合设计要求, 必须对生瓷片进行等静压切片先将等静压后的膜块在70下预热,使膜块与热熔纸充分粘合后进行切割,切割温度设置60100按膜块顶层的菱形切割标记(cuttingmark)进行对位,用CCD摄相系统完成切割标记的捕捉,确保刀片切割在菱形标记的两头尖对角线上,分X/Y二个方向切割成大小一致的产品形状。排胶烧结排胶可在马福炉或隧道炉进行,升温速度0.20.5/min,至400500保温,避免升高过快引起的分层烧结升温速度510/min,至850900保温.过快,烧结后基板平整性差,收缩大,也会出现翘曲。35、LTCC技术对材料的要求LTCC技术对陶瓷材料要求：LTCC技术主要包括设计技术、生磁(瓷)料带技术和混合集成(制造)技术,材料性能是关键