2010 先进材料制备基础理论 总复习.ppt

1、2020/7/16，1，高级材料准备基本理论，1。考试时班级，名字，学号2。开卷考试，时间：10.12.30日星期四上午8:09:50；地点：教官104，2020/7/16，2，材料的地位、作用、发展、材料是人类用于制造各种产品的物质，先于人类而存在，是人类生活和生产的物质基础。材料的使用和制备水平反映了人类社会文明的水平。材料是人类文明的里程碑。2020/7/16，3，材料的地位、作用和发展，材料是人类可以用来制造有用物品的物质。人类发展的历史表明数据是社会进步的物质基础和先导。它是人类生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，也是人类社会发展的先导和人类进步的里程碑。没有资料，很难想象人类

2、社会的生活会是什么样的情况。20世纪70年代以来，人们把信息、能源和材料誉为人类文明的三大支柱，将材料的重要性提到了前所未有的高度。20世纪80年代，新材料技术、信息技术、生命技术一起被选为高科技革命的重要象征。2020/7/16，4，材料分类，材料分类方法多样。按一般构成、结构特性分类，金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料(也称为高分子材料)、复合材料可分为几大类。2020/7/16，5传统材料的特点是需求大，生产规模大，但环境污染严重。新材料以新思路、新概念、新工艺、新检测技术为基础，以材料的优良性能、高质量、高稳定性为基础，是参与竞争的高新技术的一部分。新材料的特点是投资强度高，更换

3、快，风险高，知识和技术密度高，一旦成功，收益率高，规模也赢不了。2020/7/16，6，材料的要素、性质及现象赋予材料的价值和应用性。使用性能是在使用条件下材料应用性能的测量。结构和成分包括决定材料特性和使用性能的原子类型和排列方式。合成和加工实现了特定的原子排列。2020/7/16，7，材料的元素，2020/7/16，8，材料的元素，4个元素反映了材料科学和工程研究的共同点。就是在这四个因素中，各种材料徐璐参考、补充、徐璐渗透。把握这四个因素可以捕捉材料科学和工程研究的本质。各种材料都有其特点，反映了这种材料与众不同的个性。受合成和加工、加工影响的使用性能有两个关键因素：2020/7/16，

4、9，材料科学的目的，高分子材料、金属材料、无机非金属材料等形状大小，宏观性能由化学组成和组织结构决定。只有徐璐在其他微观层面正确理解材料的组成和组织结构特性与性能的关系，才能有目的地选择性地准备和使用材料。材料科学的主要目的是揭示电子、离子、原子、分子水平上各种材料的构成、制备工艺、分子或原子结构与性能之间的相互关系。2020/7/16，10，材料的构成，材料通常由原子或分子构成，可以说是由各种材料构成的众所周知的钢、水泥、陶瓷、玻璃、塑料、木材等材料各有固定的特性，构成这些材料的主要元素有铁(Fe)、硅(ssilis)根据原子或分子的结合和结构分布状态，材料的组成可以分为固溶体、集合体和配合

5、物三类。，2020/7/16，11，材料的成分，构成材料的最基本、最独立的物质称为材料的成分(或成分)。氮源可以是纯元素，也可以是稳定的化合物。金属材料的大部分成分是纯元素(例如普通碳钢的成分是Fe和C)，陶瓷材料的成分是化合物(例如Y2O3ZrO2陶瓷的成分是Y2O3和ZrO2)。2020/7/16，12，材料的相，材料具有相同的化学成分，结构相同的均匀部分称为相。相位和相位之间有明显的接口，可以用机械方法分开。在界面上，从宏观角度来看，性质的变化是突变。如果材料是由成分和结构相同的同类结晶构成的，那么即使每个晶粒之间有界面分离，它仍属于同一相。如果材料由成分和结构徐璐不同的几个结晶组成，则

6、它们属于几个不同的奖项。2020/7/16，13，晶体、晶界和结晶，2020/7/16，14，材料的组织、材料组织分为微观组织(结构)和宏观组织。微观组织也称为微观组织，显微组织，是由原子的种类和排列状态决定的。微观组织又分为晶体结构和不定形(不定形)结构。宏观组织是肉眼能观察到的粗组织，有时是放大率在20100倍以下的放大镜能观察到的组织，可以分为单个组织和复合组织，这些组织可以进一步细分。2020/7/16，15，固溶体，两个或多个原子或分子一起溶解时的状态统称为总溶解。溶解体通常是原子或分子的均匀混合物，不是化合物。液体溶解体称为溶液。固体溶解体是溶质组元素溶于溶剂组元素的晶格中形成的单

7、相固体。合金和陶瓷中有很多属于固溶体。固溶体保持溶剂组的晶格类型。2020/7/16，16，固溶体，溶剂A的晶格间距中填充溶质B的原子而形成的固溶体有两种类型的固溶体间隙固溶体。固溶体溶剂A晶格的原子替换溶剂B的原子而形成的固溶体。2020/7/16，17，无机非金属材料的化学赵寅成，无机非金属材料包括陶瓷、陶瓷、耐火材料、粘土制品、搪瓷、玻璃、水泥等材料。陶瓷是武器非金属材料的主体，目前在许多西方国家，陶瓷实际上是各种武器非金属材料的统称。陶瓷与金属材料和高分子材料一起成为现代工程材料的三大支柱。2020/7/16，18，高分子材料的化学赵寅成，与低分子化合物相比，高分子化合物的最显著特征是

8、相对分子质量很高，通常为104以上，相对分子质量实际上是平均值，存在相对分子质量的分布。低分子化合物的相对分子质量一般小于500，相对分子质量均匀。高分子化合物的另一个特征是主链不包含离子连接和金属连接。2020/7/16，19，高分子材料的化学成分，合成高分子化合物由一个或多个简单的低分子化合物组成。例如，聚氯乙烯可以得到聚氯乙烯。化学反应式可以写成nCH2=CHCl CH2-CHCl-n。可以看到，聚氯乙烯是由许多氯乙烯小分子打开双键连接而形成的同一结构单元的多个迭代组成的大分子链。能聚合成高分子化合物的这种低分子化合物称为单体。构成聚合物化合物的相同结构单位称为重复单位，每个重复单位也称

9、为聚合物链的链连结，聚合物化合物中重复单位的数目N称为链连结数，在大多数情况下，链连结数称为聚合度，并记录为DP。例如聚氯乙烯的单体为氯乙烯，链节为-CH2-CHCL，聚合度为3002500，相对分子质量为2.16万人。2020/7/16，20，材料的结构，材料的结构是指材料的构成单位(原子或分子)之间徐璐吸引和排斥作用达到平衡时的空间布局。从宏观到微观，可以徐璐分为不同的层次：宏观组织结构、显微组织结构和微观结构。宏观组织结构是可以用肉眼或放大镜观察到的晶粒、阶段的集合状态。显微组织结构或阿米什结构是可以通过光学显微镜、电子显微镜观察到的晶粒、阶段的聚集状态或材料内部的微区结构，其大小约为1

10、0-710-4m。比微观组织结构更精细的结构，即微观结构，包括原子和分子的结构，以及原子和分子的排列结构。一般分子的大小很小，所以把分子结构排列成微观结构。但是对于高分子化合物，聚合物本身的大小可以达到微观范围。2020/7/16，21，晶体结构的基本特征是原子或原子团、离子或分子按照一定规律周期性排列的物质，即内部结构原子(原子团)或分子排列的特征，晶体结构的基本特征是原子或分子在三维空间中按周期规则有序排列，2020/7/16单晶体是各向异性的均匀物体，有一定的熔点，生长良好时呈现规则的形状。晶体的宏观形态可以是一维、二维或三维的。2020/7/16，23，晶体结构的基本特性，多晶材料的晶

11、粒大小差异很大。在粒子大小方面，可以小到微米(如粘土中的粒子)、纳米(超细TiO2粒子)和厘米(如黄铜中的粒子)。实际上，晶体中的原子总是在平衡位置附近热振动。晶体还包含各种缺陷(如点缺陷、线缺陷、签名等)，导致结构的不完整。2020/7/16，24，材料的制备方法概述材料的制备方法主要包括原料的选择、合成以及制备工艺过程和方法两个方面，两者都有密切的关系。1 .选择什么原料，用什么方法合成需要的原材料是最先考虑的问题。2.选定的制备工艺过程和方法在一定程度上与选定的原材料相关，相反，如果确定了工艺过程和方法，则应根据工艺方法的特点和要求选择合适的原材料。选择合适的设备也是准备优秀材料的关键之

12、一。2020/7/16，25，材料准备方法概述，2020/7/16，26，高级材料准备技术和属性，“高级材料”(Advanced Materials)为“新材料”(New Materials)高级材料的主要分类：1)高级金属材料存储器金属、金属玻璃(非晶、硬)、超塑性金属(软面等)、功能材料等2)高级陶瓷材料金属陶瓷、玻璃陶瓷、透明陶瓷等3)高级高分子材料塑料半透膜、功能高分子材料、高吸水性人工心脏等7)纳米材料纳米陶瓷材料，纳米磁性材料，纳米电子材料，纳米仿生材料8)高级电池材料镍氢电池材料，锂电池材料，燃料电池材料等，2020/7/16，29，高级材料准备方法，高级金属材料，无机非金属材料

13、，聚合物先进材料是通过合成和加工手段制造的，合成和加工过程是制造原子、分子、分子集合体的新排列，从原子尺度到宏观尺度，从所有尺度调节结构，获得高性能材料。(莎士比亚、原子、分子、分子、分子、分子、分子、分子、分子、分子、分子)合成，是利用化学和物理方法将原子和分子结合起来制造先进材料，其中化学方法是主要的。加工主要指成形加工，用物理和化学方法大规模改变形状，冷加工以物理方法为主，热加工以化学方法为主。，2020/7/16，30，2020/7/16，31，1 (2)对三氯硅进行分类，以获得ppb级高纯度状态。(3)通过化学气相沉积(CVD)将超纯三氯硅用氢还原为所需产品半导体级多晶硅。相关反应：

14、si3 HCl si HCl 3 H2(1)si HCl 3 H2 si3 HCl(2)2(si HCl 3)si2 HCl sicl 4(3)，2020/7/16，32，2硅(甲基硅烷)热分解制备多晶硅材料硅烷的精制硅烷的热分解3 sic l4 si2 h 24 sihcl 3(1)2si HCl 3 SiH 2 cl 2 sicl 4(2)3sih 2 cl 2 SiH 42 sihcl 3(3)sihcl 3 200在利用硅热分解法生产多晶硅的过程中，采用了以四氟化硅为原料的无氯工艺，包括哪些步骤？无氯化工艺步骤4:(L)氢化Na Al 2H2=NaAlH4 (2)生成四氯化硅H2SiF

15、6(硅酸)=SiF4 2HF (3)生成硅SIF 4 nalh 4=SiH 4 nalf 4()说明：熔化区在长样品上缓慢移动，杂质在K01(液体杂质小于固相杂质)时集中在头上，达到分离杂质的目的，最终在锭中间具有高纯度。头，尾，2020/7/16，35，5。列举了提纯高纯多晶硅材料的几种方法？改进西门子法硅热分解法区域冶炼法定向凝固法碳(铝)热还原二氧化硅真空冶金法熔融电解法，2020/7/16，36，陶瓷部分，1。烧结定义和驱动力烧结是指在高温条件下，毛坯表面积减少、孔间隙减少、机械性能提高的致密化过程。烧结的推动力是粉末的表面降低，系统自由能降低。2020/7/16，37，2。一般烧结方

16、法1)一般烧结：传统陶瓷在隧道窑中烧结，特殊陶瓷大部分在窑中烧结。2)热压烧结：在烧结过程中，对毛坯同时施加压力，加速致密化过程。3)劣质静压烧结：将粉末体或包装用粉末放入高压容器，在高温和平衡的气体压力下，用致密的陶瓷烘烤。4)真空烧结：将粉末毛坯放入真空炉进行烧结。真空烧结有助于去除粘合剂和消除毛坯体内的气体，有助于实现高致密化。2020/7/16，38，3。几个概念：陶瓷、陶瓷、陶瓷、陶瓷的总称。矿物地壳的化学元素，经过各种地质作用形成，在一定条件下比较稳定的单质或化合物。物理气相沉积法(PVD方法)是利用电弧、高频电场或等离子等高温热源，将原料高温加热汽化，或形成等离子体，然后通过淬火凝聚成多种形式的材料的方法。2020/7/16，39，材料的相材料具有相同的化学成分，结构相同的均匀部分称为相。材料的组织材料内部的微观形态称为材料