材料合成與制備方法

1、第一章1、1溶膠凝膠1、什么是溶膠凝膠？答：就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原 料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明 溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝 膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。2、基本原理（了解）3、設(shè)備：磁力攪拌器、電力攪拌器4、優(yōu)點(diǎn)：該方法制備塊體材料具有純度高、材料成分易控制、成 分多元化、均勻性好、材料形狀多樣化、且可在較低的溫度下進(jìn)性合 成并致密化等5、工藝過程：口己看6、工藝參數(shù)：自己看2、1水熱與溶劑熱合成1、水熱法：是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中，采用水溶 液作為反應(yīng)體系，通過

2、對(duì)反應(yīng)體系加熱、加壓（或自生蒸氣壓），創(chuàng)造 一個(gè)相對(duì)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境。2、溶劑熱法：將水熱法屮的水換成有機(jī)溶劑或非水溶媒（例如: 有機(jī)胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用類似于水熱法的原理，以 制備在水溶液中無法長成，易氧化、易水解或?qū)λ舾械牟牧稀?、優(yōu)點(diǎn)：a、在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的反應(yīng)能夠有效地抑制產(chǎn)物的氧化過程或水中氧的污染;b、非水溶劑的采用使得溶劑熱法可選擇原料范圍大大擴(kuò)大；c、由于有機(jī)溶劑的低沸點(diǎn)，在同樣的條件下，它們可以達(dá)到比 水熱合成更高的氣壓，從而有利于產(chǎn)物的結(jié)晶；d、由于較低的反應(yīng)溫度，反應(yīng)物中結(jié)構(gòu)單元可以保留到產(chǎn)物中, 且不受破壞。同時(shí)，有機(jī)溶劑官能團(tuán)和反應(yīng)物或產(chǎn)物作用，半

3、成某些 新型在催化和儲(chǔ)能方面有潛在應(yīng)用的材料4、生產(chǎn)設(shè)備：高壓釜是進(jìn)行高溫高壓水熱與溶劑熱合成的基本設(shè)備；（分 類自己看）,高壓容器一般用特種不銹鋼制成，5、合成工藝：選擇反應(yīng)物核反應(yīng)介質(zhì)確定物料配方優(yōu) 化配料順序裝釜、封釜確定反應(yīng)溫度、壓力、時(shí)間等試驗(yàn)條 件一一冷卻、開釜液、固分離物相分析6、水熱與溶劑熱合成存在的問題：1、無法觀察晶體生長和材料 合成的過程，不直觀。2、設(shè)備要求高耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的 內(nèi)襯、技術(shù)難度大溫壓控制嚴(yán)格、成本高。3、安全性差，加熱吋密 閉反應(yīng)釜中流體體積膨脹，能夠產(chǎn)生極大的壓強(qiáng)，存在極大的安全隱 串o7、水熱生長體系屮的晶粒形成可分為三種類型：a、“均勻溶液

4、飽和析出”機(jī)制b、“溶解結(jié)晶”機(jī)制c、“原位結(jié)晶”機(jī)制8、水熱與溶劑熱合成方法的適用范圍：低溫綸長單體、制備薄膜、制備超細(xì)（納米）粉末1、3化學(xué)氣相沉積1、化學(xué)氣相沉積乃是通過化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子 激勵(lì)或光輻射等各種能源，在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì) 在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成i古i態(tài)沉積物的技術(shù)。2、氣相中析出的固體的形態(tài)主要有：在固體表面上生成薄膜、 晶須和晶粒、在氣體中生成粒子3、常用三種cvd技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)：apcvd （常壓化學(xué)氣相沉積）優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、沉積速率快、低溫沉積缺點(diǎn)：階梯覆蓋能差、粒子污染lpcvd （低壓化學(xué)氣相沉積）優(yōu)點(diǎn)：高純度、階梯覆蓋能

5、力極佳、產(chǎn)量高、適合于大規(guī)模 生產(chǎn) 缺點(diǎn)：高溫沉積、低沉積速率pecvd（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積）優(yōu)點(diǎn)：低溫制程、高沉積速率、階梯覆蓋性好缺點(diǎn)：化學(xué)污染、粒子污染4、切削工具的應(yīng)用（自己看）、模具（自己看）5、氣相化學(xué)沉積的生產(chǎn)裝置：氣相反應(yīng)室、加熱系統(tǒng)、氣體控制 系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)1、4自蔓延高溫合成（shs）又稱燃燒合成（cs）1、自蔓延高溫合成是：利用反應(yīng)物之間高的化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和 自傳導(dǎo)做用來合成材料的一種技術(shù)，當(dāng)反應(yīng)物一旦被引燃，便會(huì)自動(dòng) 向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全，是制備無機(jī)化合物高溫材料 的一種新方法。2、shs技術(shù)同其它常規(guī)工藝方法相比，具有的優(yōu)點(diǎn)：答：(1)節(jié)省時(shí)間

6、，能源利用充分；(2) 設(shè)備、工藝簡單；(3) 產(chǎn)品純度高(因?yàn)閟hs能產(chǎn)生高溫，某些不純物質(zhì)蒸發(fā)掉 了)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%；(4) 不僅能生產(chǎn)粉末，如果同時(shí)施加壓力，還可以得到高密度的 燃燒產(chǎn)品；(5) 產(chǎn)量高(因?yàn)榉磻?yīng)速度快)3、冃前shs研究中仍存在著一些問題：難以獲得致密度非常高的產(chǎn) 品、理論研究明顯滯后于技術(shù)開發(fā)、這項(xiàng)技術(shù)并不能適用于所有體系、 由于體系的多樣化，迫切需要對(duì)各種體系進(jìn)行試驗(yàn)和總結(jié)、國際間交 流和合作還不廣泛1、5等離子體燒結(jié)技術(shù)1、sps：放電等離子燒結(jié)技術(shù)pas(plasma activated sinteriny)：等離子活化燒結(jié)pas (plasma as

7、sister sinteriny)：等離子休輔助燒結(jié)2、等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍：sps技術(shù)具有升溫速度快、燒 結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，sps已廣泛應(yīng)用于納米材料、梯度功能材料、金屬材料、電磁材料、復(fù)合材料、陶瓷材料等的制備。3、等離子體是宇宙中物質(zhì)的一種形態(tài)，是除固、液、氣三態(tài)外物 質(zhì)的第四種形態(tài)。等離子體是指電力程度較高、電離電荷相反、數(shù)量 相等的氣體，通常是有電子、離子、原子或自由基等粒子組成的集合 體。4、等離子體燒結(jié)技術(shù)的工藝流程：選擇適當(dāng)模具選擇適當(dāng)模 具一一填充模具一一施加壓力一一放入等離子體燒結(jié)一一靜壓成型 電腦調(diào)節(jié)燒結(jié)參數(shù)等離子體快速燒結(jié)一一試樣成品 性能檢

8、測(cè)與研究第一早2、1特種陶瓷制備原理1、特種陶瓷產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)、研究與開發(fā)的重點(diǎn)（自己看）2、2特種陶瓷粉體的制備1、粉體顆粒：指在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細(xì)化 得到的固態(tài)基本顆粒。2、一次顆粒：指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元的顆粒。3、二次顆粒：指存在有在一定程度上團(tuán)聚了的顆粒。4、團(tuán)聚：一次顆粒z間由于各種力的作用而聚集在一起成為二次 顆粒的現(xiàn)象。5、粒度分布：分為頻率分布和累積分布，常見的表達(dá)形式有粒度 分布曲線、平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、分布寬度等。6、頻率分布：表示與各個(gè)粒徑相對(duì)應(yīng)的粒了占全部顆粒的百分含量。7、累積分布：表示小于（或大于）某一粒徑的粒子占全部顆粒的 百分含量

9、，累積分布是頻率分布的積分形式。8、粒度分布曲線：包括累積分布曲線和頻率分布曲線。9、比表面：單位體積粉料所具有的表面積10、空隙量的表示方法有：表觀密度：即單位體積粉體層的質(zhì)量。氣孔率：即粉體層屮空隙部分所占的容積率。11、粉體的制備方法一般來說有兩種：粉碎法、合成法12、i古i液氣相反應(yīng)的特點(diǎn)（了解）13、機(jī)器粉碎設(shè)備：1、機(jī)械沖擊式粉碎（破碎）：鄂式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、輪碾機(jī)2、球磨粉碎14、影響粉碎效率因素：答：1、球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速；2、研磨體的比重、大小及形狀；3、球磨方式（球磨方式有濕法和干法兩種）；4、裝料方式；5、球磨機(jī)直徑；6、球磨機(jī)內(nèi)襯的材質(zhì)。2、31

10、、粉料的造粒為什么？答：對(duì)于特陶的粉料，一般希望越細(xì)越好，但對(duì)于成型，尤其是干 壓成型，粉料的假顆粒度越細(xì)，流動(dòng)性反而不好，不能充滿模子，成 形后氣孔較多，致密度不高。所以成型前要進(jìn)行造粒。2、造粒：在很細(xì)的粉料中加入一定的塑化劑（如水），制成粒度較 粗，具有一定顆粒級(jí)配、流動(dòng)性好的粒子（約20目80目）。3、造粒的方法：一般造粒法、加壓造粒法、噴霧造粒法、凍結(jié)干 燥法4、陶瓷成型的方法：注漿成型、熱壓鑄成型、可塑法成型、干壓成 型、等靜壓成型、帶式成型法5、高溫排蠟為什么？答：因?yàn)槿绻麩汕安幌冉?jīng)過排蠟處理，則燒成時(shí)石蠟在高溫下 熔化流失、揮發(fā)、燃燒，坯體將失去粘結(jié)而解體，不能保持其形狀。6

11、、排蠟溫度通常為9001100 °co若溫度太低，粉料之間無一定 的燒結(jié)出現(xiàn)，不具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，坯體松散，無法進(jìn)行后續(xù)的工 序；若溫度偏高，直至完全燒結(jié)，則會(huì)岀現(xiàn)嚴(yán)重的粘結(jié)，難以清理坯 體的表面。排蠟后的壞體要清理表面的吸附劑，然后再進(jìn)行燒結(jié)。7、干壓與等靜壓成型的特點(diǎn)（了解）2、4特種陶瓷的燒結(jié)1、燒結(jié)：是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，表面積減小、孔隙率降低、機(jī)械性能提高的致密化過程。2、陶瓷的燒結(jié)，可以分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。高純物質(zhì)在燒結(jié)溫度下通常無液相出現(xiàn)，屬固相燒結(jié)，如高純氧化物 等結(jié)構(gòu)陶瓷，而有些在燒結(jié)時(shí)常有液相出現(xiàn)，屬液相燒結(jié)，如滑石瓷。3、實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)的方法：采用

12、先進(jìn)的燒結(jié)技術(shù)、補(bǔ)加添加劑、粉 料細(xì)化4、哪些情況采用氣氛燒結(jié)？答：1、制備透光性陶瓷的氣氛燒結(jié)2、防止氧化的氣氛燒結(jié)3、 引入氣氛片的燒結(jié)5、微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合 而產(chǎn)生熱量，材料在電磁場(chǎng)中的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度 而實(shí)現(xiàn)致密化的方法。6、微波燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)：答：整體加熱能實(shí)現(xiàn)空間選擇性燒結(jié)。升溫速度快，燒結(jié)時(shí) 間短，且降低燒結(jié)溫度。易控制性和無污染第三章3、11、氧化鋁陶瓷是一種以a -a12o3為主晶相的陶瓷材料。常見的有三種，即 a -a12o3>a12o3 和 y-a12o3。已有 a、 b、 y、§、£、©

13、、h、b、k、入、p及無定型氧化鋁等12種2、a12o3預(yù)燒的目的：使a12o3全部轉(zhuǎn)變?yōu)閍 -a12o3,減 少燒成收縮。排除a12o3原料中的na20 ,提高原料的純度。3、a12o3預(yù)燒質(zhì)量的檢查：染色法、光學(xué)顯微鏡法、密度法4、a12o3陶瓷的生產(chǎn)工藝：原料的燃燒磨細(xì)配方加粘結(jié)劑成型素?zé)夼鳠Y(jié)表面處理5、影響a12o3陶瓷燒結(jié)的因素：（需要展開所以最好自己看）答：成形方法的影響、燒結(jié)制度的影響、燒結(jié)氣氛的影響、添加 劑的彩響、燒結(jié)方法的影響3、2 zro2 陶瓷1、zro2的性質(zhì)：斜鉗石（zro2）和鉗英石（zo2sio2）。2、zro2的結(jié)晶形態(tài)：單斜晶系（mzro2）、四方晶系（

14、t- zro2）> 立方晶系（czro2）o3、穩(wěn)定劑：y2o3、mgo、cao、ceo等，可使zro2變成無異常 膨脹、收縮的穩(wěn)定zro24、zro2增韌陶瓷：zro2顆粒彌散在其它陶瓷基體中，當(dāng)基體對(duì)zro2顆粒有足夠的止應(yīng)力，而zro2的顆粒度又足夠小，則其相變溫 度可降至室溫以下，這樣在室溫時(shí)zro2仍可以保持四方相。當(dāng)材料 受到外應(yīng)力時(shí)，基體對(duì)zro2的壓抑作用得到松弛，zro2顆粒即發(fā) 生四方相到單斜相的轉(zhuǎn)變，并在基體中引起微裂紋，從而吸收了主裂 紋擴(kuò)展的能量，達(dá)到增加斷裂韌性的效果，這就是zro2的相變?cè)鲰g。（自己在適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)一下）5、zro2增韌陶瓷研究發(fā)展趨勢(shì)：高溫增韌

15、、中低溫時(shí)效性、抗 熱震性、抗熱震性、納米顆粒增韌3、3mgo> beo 陶瓷beo作業(yè)題分?jǐn)?shù)不多3、4碳化物陶瓷1、典型碳化物陶瓷材料有碳化硅(sic)、碳化硼(b4c)、碳化鈦 (tic)、碳化錯(cuò)(zrc)、碳化飢(vc)、碳化鉉(tac)、碳化鴨(wc)和碳化 鉗(mo2c)等。2、非氧化物陶瓷：是包括金屬的碳化物、氮化物、硫化物、硅化 物和硼化物等陶瓷的總稱。3、非氧化物陶瓷在以下三方面不同于氧化物陶瓷：1) 非氧化物在自然界很少存在，需要人工來合成原料。2) 在原料的合成和陶瓷燒結(jié)時(shí)，易生成氧化物，因此必須在 保護(hù)性氣休(如n2、ar等)中進(jìn)行；3) 氧化物原了間的化學(xué)鍵主要是

16、離了鍵，而非氧化物一般是鍵性很強(qiáng)的共價(jià)鍵，因此，非氧化物陶瓷一般比氧化物難熔和難燒結(jié)。4、碳化物在非常高的溫度下均會(huì)發(fā)生氧化，但許多碳化物的抗氧化能力都比w、mo等高熔點(diǎn)金屬好，這是因?yàn)樵谠S多情況下碳化 物氧化后所形成的氧化膜具有提高抗氧化性能的作用o5、b4c的硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，但碳化物的脆性一般較大。6、sic陶瓷基本特性：硬度高、，強(qiáng)度好，熱導(dǎo)率高，抗氧化性好。sic有多種晶型，低溫型為立方和b-sic, 2100°c向高溫型a-sic轉(zhuǎn)變。7、sic的合成方法主要有化合法、碳熱還原法、氣和沉積法、有機(jī)硅先驅(qū)體裂解法、自蔓延(shs)法、溶膠-凝膠法等。8、碳化硅陶

17、瓷制造工藝：熱壓燒結(jié)、常壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、浸 漬法、浸漬法3.5 氮化物陶瓷1、氮化物陶瓷主要有氮化硅(si3n4)、氮化鋁(a1n)、氮化硼 (bn)、氮化鈦(tin)和賽隆陶瓷。2、氮化硅陶瓷基木特性：a-sj3n4：低溫型，是針狀結(jié)晶體。& -si3n4：高溫型，是顆粒狀結(jié)品體。3、bn有兩種晶型：立方bn和六方bn,在高溫高壓下六方 bn可轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎絙no立方氮化硼(cbn)硬度僅次于金剛石。六方氮 化硼(hbn)又稱之為片石墨。4、氮化鋁陶瓷基本特性：最大的特點(diǎn)是導(dǎo)熱率高，熱膨脹系數(shù) 小，強(qiáng)度高，電絕緣性能好5、賽隆陶瓷：是si3n4與尖晶石a1n.a12o3的固溶體第四章4

18、、1磁性陶瓷1、按鐵氧體的品體結(jié)構(gòu)分：尖品石型(mfe2o4)；石榴石型 (r3fe5o12)；磁鉛石型(mfel2019) (m為鐵族元素，r為稀土元 素)。4、2電介質(zhì)陶瓷1、性質(zhì)分別稱為壓電陶瓷、熱釋電陶瓷和鐵電陶瓷。2、一般特性：電絕緣與極化、介電損耗4.3壓電陶瓷1、極化：是指電介質(zhì)陶瓷中的分子正負(fù)電荷移動(dòng)，造成正負(fù)電荷 中心不重合，在電介質(zhì)陶瓷內(nèi)部形成偶極矩。2、壓電效應(yīng)：在沒有對(duì)稱屮心的晶體上施加一個(gè)機(jī)械力（壓力、張 力或切向力）時(shí)，則發(fā)生與應(yīng)力成比例的介質(zhì)極化，在晶體表血的兩 電極上會(huì)出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷，電荷多少與力的大小成正比，當(dāng)機(jī) 械力撤去后，電荷會(huì)消失，這種現(xiàn)象稱為正壓

19、電效應(yīng)。當(dāng)在晶體上施 加一個(gè)外電場(chǎng)引起極化時(shí)，晶體會(huì)發(fā)生形變，且形變大小與電場(chǎng)成止 比，若撤除電場(chǎng)，則晶體又恢復(fù)原狀，這一現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。正、 逆效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。3、壓電陶瓷：經(jīng)過人工極化處理具有壓電效應(yīng)的陶瓷制品。4、壓電陶瓷的性能參數(shù)：（自己看好多）5、典型的壓敏陶瓷;碳酸頓、鈦酸鉛、鈦錯(cuò)酸鉛4.4 敏感陶瓷1、熱敏陶瓷分為負(fù)溫度系數(shù)ntc、正溫度系數(shù)ptc熱敏陶瓷、臨 界溫度熱敏電阻c.t.r及線性阻溫特性熱敏陶瓷2、典型的氣敏陶瓷：sno2系氣敏陶瓷、zno系氣敏陶瓷、fe2o3 系氣敏陶瓷4.4 超導(dǎo)陶瓷1、 超導(dǎo)體，是指當(dāng)某種物質(zhì)冷卻到低溫時(shí)電阻突然變?yōu)榱悖?吋物質(zhì)內(nèi)部失去磁通成為完全抗磁性的物質(zhì)。2、判斷材料是否具有超導(dǎo)性，有兩個(gè)基本的特征：超導(dǎo)電性、完全抗磁性