材料合成與制備方法 復習

1、考試方式：閉卷滿分：100分題型一、填空題（1分10空）二、選擇題（2分10）三、名詞解釋（5分4）四、簡答題（6分5）五、論述題 （10分2）（前四章）材料合成與制備方法材料合成與制備方法 復習復習重點：前四章重點：前四章1-溶膠凝膠法1 . 溶膠（Sol） 又稱膠體溶液。指在液體介質(zhì)（主要是液體）中 分散了1-100nm粒子(基本單元)，且在分散體系中保持固體物質(zhì)不沉淀的膠體體系。溶膠也是指微小的固體顆粒懸浮分散在液相中，并且不停地進行布朗運動的體系。分散相分散相分散介質(zhì)分散介質(zhì)分散介質(zhì)分散介質(zhì)示例示例液體液體固體固體氣體氣體液體液體固體固體液體液體氣體氣體氣體氣體氣體氣體液體液體液體液體

2、液體液體固體固體固體固體霧霧煙煙泡沫泡沫牛乳牛乳膠態(tài)石墨膠態(tài)石墨礦石中的液態(tài)夾雜物礦石中的液態(tài)夾雜物礦石中的氣態(tài)夾雜物礦石中的氣態(tài)夾雜物溶膠態(tài)分散系示例溶膠態(tài)分散系示例概念概念2. 凝膠（Gel）膠體顆粒或高聚物分子相互交聯(lián)，空間網(wǎng)絡狀結構不斷發(fā)展，最終使得溶膠液逐步失去流動性，在網(wǎng)狀結構的孔隙中充滿液體的非流動半固態(tài)的分散體系，它是含有亞微米孔和聚合鏈的相互連接的堅實的網(wǎng)絡。3. 溶膠凝膠法：就是用含高化學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，并進行水解、縮合化學反應，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)絡結構的凝膠，凝膠網(wǎng)絡間充滿了失去流

3、動性的溶劑。4. 雙電層溶膠體系中，靜電引力靜電引力使顆粒吸引反離子吸引反離子向其表面靠攏，并排斥同離子排斥同離子，固體表面電荷與溶液中反電荷形成了雙電層結構形成了雙電層結構。2. 2. 提高溶膠穩(wěn)定性的三個基本途徑提高溶膠穩(wěn)定性的三個基本途徑(1)(1)使膠粒帶表面電荷使膠粒帶表面電荷；(2) (2) 利用空間位阻效應利用空間位阻效應；(3)(3)利用溶劑化效應利用溶劑化效應。 1. 1. 溶膠不是物質(zhì)而是一種溶膠不是物質(zhì)而是一種“狀態(tài)狀態(tài)”。3. 溶膠-凝膠過程，按照溶膠的形成原理分為膠體型無機、聚合物型、絡合物型4. 4. 溶膠形成過溶膠形成過程中催化劑的程中催化劑的影響影響催化機理催化

4、機理縮聚產(chǎn)物縮聚產(chǎn)物酸催化酸催化交聯(lián)度低，交聯(lián)度低，呈鏈狀生長呈鏈狀生長堿催化堿催化交聯(lián)度高，結交聯(lián)度高，結構粒子構粒子5. 凝膠點是指流變性質(zhì)的突然改變，即容器傾斜45時，溶膠不流動 知識點知識點1. 如何用溶膠凝膠法制備薄膜及涂層？如何用溶膠凝膠法制備薄膜及涂層？將溶液或溶膠通過適當方法在基板上形成將溶液或溶膠通過適當方法在基板上形成液膜液膜，經(jīng)，經(jīng)凝膠化凝膠化后通過后通過熱處熱處理理可轉變成無定形態(tài)（或多晶態(tài)）膜或涂層可轉變成無定形態(tài)（或多晶態(tài)）膜或涂層提拉浸漬法提拉浸漬法旋轉涂覆法旋轉涂覆法絲網(wǎng)印刷法絲網(wǎng)印刷法噴霧涂層法噴霧涂層法 電沉積法電沉積法 細管涂鍍技術細管涂鍍技術2. 2.

5、溶膠凝膠法制備薄膜及涂層的成膜機理是什么？溶膠凝膠法制備薄膜及涂層的成膜機理是什么？將處理的基底和溶膠相接觸，在基底毛細孔產(chǎn)生的附加壓力下，溶膠將處理的基底和溶膠相接觸，在基底毛細孔產(chǎn)生的附加壓力下，溶膠傾向于進入基底孔隙，當其中介質(zhì)水被吸入孔道內(nèi)同時膠體粒子的流傾向于進入基底孔隙，當其中介質(zhì)水被吸入孔道內(nèi)同時膠體粒子的流動受阻在表面截留，增濃，縮合，聚結而成為一層凝膠膜。動受阻在表面截留，增濃，縮合，聚結而成為一層凝膠膜。簡答與論述簡答與論述3. 3. 凝膠的產(chǎn)生途徑有哪些？凝膠的產(chǎn)生途徑有哪些？改變溫度：改變溫度：利用物質(zhì)在同一種溶液中的不同溫度時的溶解度不同， 通過升、降溫度來實現(xiàn)膠凝，

6、從而形成凝膠;轉換溶劑：轉換溶劑：用分散相溶解度較小的溶劑替換溶膠中原有的溶劑可以 使體系膠凝，從而得到凝膠，如固體酒精的制備;加電解質(zhì)：加電解質(zhì)：溶液中加人含有相反電荷的大量電解質(zhì)也可以引起膠凝而得到凝膠，如在Fe(OH)3溶膠中加人電解質(zhì)KCI可使其膠凝;進行化學反應：進行化學反應：使高分子溶液或溶膠發(fā)生交聯(lián)反應產(chǎn)生膠凝而形成凝膠，如硅酸凝膠、硅一鋁凝膠的形成。除去溶劑除去溶劑：使聚合產(chǎn)物的濃度增大，當存在一定程度的交聯(lián)時，發(fā)生溶膠-凝膠的轉變，粘度突然增大。用酸或堿催化用酸或堿催化以促進水解和縮聚反應的發(fā)生。4. 4. 溶膠形成過程中水解度的影響（加水量），并舉例說明？溶膠形成過程中水解

7、度的影響（加水量），并舉例說明？水解度水解度R2R2，TEOSTEOS水解反應使大部分的水解反應使大部分的-OR-OR基團脫離，產(chǎn)生基團脫離，產(chǎn)生-OH-OH基團，形成了部分水基團，形成了部分水解的帶有解的帶有-OH-OH的硅烷，在這些部分水解的硅烷之間容易反應形成二聚體，這些二聚的硅烷，在這些部分水解的硅烷之間容易反應形成二聚體，這些二聚體不再進行水解，而是發(fā)生交聯(lián)反應形成三維網(wǎng)絡結構，從而縮短了凝膠化時間體不再進行水解，而是發(fā)生交聯(lián)反應形成三維網(wǎng)絡結構，從而縮短了凝膠化時間. . 水解度水解度R2R2，水解反應則產(chǎn)生了部分水解的帶有，水解反應則產(chǎn)生了部分水解的帶有-OH-OH的硅烷，從而消

8、耗掉大部分水，的硅烷，從而消耗掉大部分水，縮聚反應較早發(fā)生，形成縮聚反應較早發(fā)生，形成TEOSTEOS的二聚體，硅酸濃度減少，凝膠時間延長的二聚體，硅酸濃度減少，凝膠時間延長 （1）系統(tǒng)含水量比較低的情況下：反應產(chǎn)物一直受到水解速度的控制，更傾向于形成鏈狀結構： 以研究最多的Si(OR)4（RCH3，C2H5）ROHH2O系統(tǒng)為例，體系中最先發(fā)生水解反應：（2）當加水量增大時：由于水解速度快，聚合反應主要或全部以失水縮聚的方式進行，從而形成具有二維或三維結構的聚合物，其水解和縮聚反應可表達為：總的凈反應為：9水熱法水熱法在特制的在特制的密閉反應器密閉反應器（高壓釜）中，采用（高壓釜）中，采用水

9、溶液水溶液作為反應作為反應體系，通過對反應體系體系，通過對反應體系加熱、加壓加熱、加壓(或自生蒸氣壓），創(chuàng)造一個或自生蒸氣壓），創(chuàng)造一個相對相對高溫、高壓高溫、高壓的反應環(huán)境，使得通常的反應環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解難溶或不溶的物質(zhì)溶解，并且并且重結晶重結晶而進行無機合成與材料處理的一種有效方法。而進行無機合成與材料處理的一種有效方法。 2-2-水熱與溶劑熱合成法水熱與溶劑熱合成法概念概念2. 溶劑熱法溶劑熱法將水熱法中的水換成將水熱法中的水換成有機溶劑或非水溶媒有機溶劑或非水溶媒（例如：有機胺、（例如：有機胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用類似于醇、氨、四氯化碳或苯等），采用類似于水

10、熱法的原理水熱法的原理，以，以制備制備在水在水溶液中無法長成，溶液中無法長成，易氧化易氧化、易水解易水解或或?qū)λ舾袑λ舾械牟牧系牟牧?.3.水熱與溶劑熱合成的生產(chǎn)設備為水熱與溶劑熱合成的生產(chǎn)設備為高壓釜高壓釜，有，有不銹鋼外殼不銹鋼外殼和和聚四氟乙聚四氟乙烯內(nèi)襯烯內(nèi)襯構成構成10水熱生長體系中的晶粒形成有哪三種機制？水熱生長體系中的晶粒形成有哪三種機制？“均勻溶液飽和析出均勻溶液飽和析出”機制機制由于水熱反應由于水熱反應溫度和體系壓力的升高溫度和體系壓力的升高，溶，溶質(zhì)在溶液中質(zhì)在溶液中溶解度降低并達到飽和溶解度降低并達到飽和，以某種，以某種化合物結晶化合物結晶態(tài)形式從溶液態(tài)形式從溶液中中

11、析出析出。 “溶解溶解-結晶結晶”機制機制所謂所謂“溶解溶解”是指是指水熱反應初期水熱反應初期，前驅(qū)物微粒之間的，前驅(qū)物微粒之間的團團聚和聯(lián)接遭到破壞聚和聯(lián)接遭到破壞，從而使，從而使微粒微粒自身在水熱介質(zhì)中自身在水熱介質(zhì)中溶解溶解，以，以離子或離子團離子或離子團的形式進入溶液，進而的形式進入溶液，進而成核、結晶成核、結晶而形成晶粒。當水熱介質(zhì)中溶質(zhì)的濃度而形成晶粒。當水熱介質(zhì)中溶質(zhì)的濃度高于晶粒的成核所需要的過飽和度時，體系內(nèi)發(fā)生晶粒的成核和生長，隨高于晶粒的成核所需要的過飽和度時，體系內(nèi)發(fā)生晶粒的成核和生長，隨著結晶過程的進行，介質(zhì)中用于結晶的物料濃度又變得低于前驅(qū)物的溶解著結晶過程的進行，

12、介質(zhì)中用于結晶的物料濃度又變得低于前驅(qū)物的溶解度，這使得前驅(qū)物的溶解繼續(xù)進行。如此反復，只要反應時間足夠長，前度，這使得前驅(qū)物的溶解繼續(xù)進行。如此反復，只要反應時間足夠長，前驅(qū)物將完全溶解，生成相應的晶粒。驅(qū)物將完全溶解，生成相應的晶粒。 “原位結晶原位結晶”機制機制當選用常溫常壓下不可溶的當選用常溫常壓下不可溶的固體粉末固體粉末，凝膠凝膠或或沉淀為前驅(qū)沉淀為前驅(qū)物物時，如果時，如果前驅(qū)物和晶相的溶解度相差不是很大前驅(qū)物和晶相的溶解度相差不是很大時，或者時，或者“溶解溶解- -結晶結晶”的動的動力學速度過慢，則力學速度過慢，則前驅(qū)物前驅(qū)物可以經(jīng)過可以經(jīng)過脫去羥基脫去羥基（或脫水），原子（或脫水

13、），原子原位重排原位重排而轉而轉變?yōu)榻Y晶態(tài)。變?yōu)榻Y晶態(tài)。簡答和論述簡答和論述（1 1）營養(yǎng)料在水熱介質(zhì)里溶解，以離子、分子團的形式進入溶液（）營養(yǎng)料在水熱介質(zhì)里溶解，以離子、分子團的形式進入溶液（溶溶解階段解階段）；）；（2 2）由于體系中存在十分有效的熱對流及溶解區(qū)和生長之間的濃度差，）由于體系中存在十分有效的熱對流及溶解區(qū)和生長之間的濃度差，這些離子、分子或離子團被輸運到生長區(qū)（這些離子、分子或離子團被輸運到生長區(qū)（輸運階段輸運階段）；）；（3 3）離子、分子或離子團在生長界面上吸附、分解與脫附；）離子、分子或離子團在生長界面上吸附、分解與脫附；（4 4）吸附物質(zhì)在界面上的運動；）吸附物質(zhì)

14、在界面上的運動；（5 5）結晶。）結晶。水熱條件下晶體生長包括哪幾個步驟？水熱條件下晶體生長包括哪幾個步驟？粉體的粉體的晶粒粒度晶粒粒度與粉體形成時的與粉體形成時的成核速度成核速度有關，有關，成核速度越快成核速度越快，由此，由此制得的粉體的晶粒制得的粉體的晶粒粒度就越小，粒度就越小，對于溶液體系，如果采取一定的措施，對于溶液體系，如果采取一定的措施，加快成核速度加快成核速度，即在相對較短的時間內(nèi)，即在相對較短的時間內(nèi)形成相對較多的晶核形成相對較多的晶核，由于在，由于在成核過程中溶質(zhì)被大量消耗，在成核過程中溶質(zhì)被大量消耗，在生長過程所提供的溶質(zhì)就會相對減少生長過程所提供的溶質(zhì)就會相對減少，則可以

15、使產(chǎn)物的晶粒粒度減少。則可以使產(chǎn)物的晶粒粒度減少。 為什么在水熱合成體系中，在不改變其它反應條件的情況下，在一相當短為什么在水熱合成體系中，在不改變其它反應條件的情況下，在一相當短的時間內(nèi)使反應物濃度有極大的增加，可以大大加快成核速率，從而達到的時間內(nèi)使反應物濃度有極大的增加，可以大大加快成核速率，從而達到減小產(chǎn)物晶粒粒度的目的？減小產(chǎn)物晶粒粒度的目的？在高溫高壓的水熱體系中，水的性質(zhì)發(fā)生哪些變化及對水熱反應的影響？離子積升高，離子積升高，水的電離常數(shù)隨反應溫度壓力的上升而增加，常溫常壓不溶于水的礦物或有機物會溶解，水熱條件下也能誘發(fā)離子反應或促進水解反應。水的粘度和表面張力隨溫度升高而下降，

16、這使得離子和分子的活動性大為增加，在水熱溶液中存在著十分有效的擴散，從而使得水熱晶體生長較其他水溶液晶體生長具有更快的生長速率。水的熱擴散系數(shù)增加，水的密度降低水熱溶液比常溫常壓下具有更大的對流驅(qū)動力，促進基元物質(zhì)在界面運動，有利于成核結晶。蒸汽壓變高，可以增加分子間碰撞的機會而加速反應填充度通常在填充度通常在50%-80%50%-80%為宜為宜。3-電解合成電解合成14電解液按其組成及結構分為：電解液按其組成及結構分為：電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)濃度增大時，電導率均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。原因：原因：在一定濃度范圍內(nèi)，隨著電解質(zhì)溶液在一定濃度范圍內(nèi)，隨著電解質(zhì)溶液濃度的增濃

17、度的增加，加，電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)溶液中導電質(zhì)點數(shù)量的增加占主導，導電質(zhì)點數(shù)量的增加占主導，因而因而溶液的電導率隨之增加；溶液的電導率隨之增加；當濃度增加到一定程度后，當濃度增加到一定程度后，由于溶液中離子間的距離減小，相互作用增強，使離由于溶液中離子間的距離減小，相互作用增強，使離子運動速度減小子運動速度減小，電導率下降。，電導率下降。電解質(zhì)溶液的濃度如何影響電導率？電解質(zhì)溶液的濃度如何影響電導率？電極反應電極反應作為一種界面反應，是直接在“電極/溶液”界面上實現(xiàn)的。電極上產(chǎn)生超電位的原因：電極上產(chǎn)生超電位的原因：濃差過電位、電阻過電位、活化過電位濃差過電位、電阻過電位、活化過電位簡答簡答知識

18、點知識點15什么是電動勢和理論分解電壓？什么是電動勢和理論分解電壓？電動勢：電動勢：在一個電化學反應器中，當無電流通過時，兩電極之間自發(fā)產(chǎn)生的電位差。對電解池來說，則為電解反應所需的最低電壓值對電解池來說，則為電解反應所需的最低電壓值，也就是理論分解電壓理論分解電壓。 金屬的電位序有什么實用意義？金屬的電位序有什么實用意義？由電位序可知，在標準情況下氫前面的金屬都是容易氧化的金屬，氫后面的由電位序可知，在標準情況下氫前面的金屬都是容易氧化的金屬，氫后面的是難氧化的金屬，前面的金屬能把電位序表中排在后面的金屬從鹽溶液中置是難氧化的金屬，前面的金屬能把電位序表中排在后面的金屬從鹽溶液中置換出來；可

19、計算由任何兩組金屬組成的電池的電動勢。換出來；可計算由任何兩組金屬組成的電池的電動勢。電解合成的基本原理是什么？電解合成的基本原理是什么？通電前，電解質(zhì)中的離子常處于無秩序的運動中，通直流電后，離子作定通電前，電解質(zhì)中的離子常處于無秩序的運動中，通直流電后，離子作定向運動。陽離子向陰極移動，在陰極得到電子，被還原；陰離子向陽極移向運動。陽離子向陰極移動，在陰極得到電子，被還原；陰離子向陽極移動，在陽極失去電子，被氧化。動，在陽極失去電子，被氧化。16什么是電解定律（法拉第定律）什么是電解定律（法拉第定律）電解時，電極上發(fā)生變化的質(zhì)量與通過的電量成正比，且每通過電解時，電極上發(fā)生變化的質(zhì)量與通過

20、的電量成正比，且每通過1F電量電量可析出可析出1mol任何物質(zhì)。任何物質(zhì)。什么是槽電壓？什么是槽電壓？槽電壓由下述各電壓組成：槽電壓由下述各電壓組成：反抗電解質(zhì)電阻所需的電壓：電解質(zhì)像普通的導體一樣對電流反抗電解質(zhì)電阻所需的電壓：電解質(zhì)像普通的導體一樣對電流通過有一種阻力，反抗這種阻力所需的電壓通過有一種阻力，反抗這種阻力所需的電壓 IRIR1 1完成電解反應所需的電壓：該電壓用來克服電解過程中所產(chǎn)生完成電解反應所需的電壓：該電壓用來克服電解過程中所產(chǎn)生的原電池的電動勢的原電池的電動勢 E E可逆可逆電解過程的超電壓，電解過程的超電壓， E E不可逆不可逆反抗輸送電流金屬導體的電阻和反抗接觸電

21、阻需要的電壓反抗輸送電流金屬導體的電阻和反抗接觸電阻需要的電壓 IRIR2 2 E E槽槽E E可逆可逆+ + E E不可逆不可逆+ +IRIR1 1+ + IR IR2 217在電極與溶液之間形成的在電極與溶液之間形成的界面上界面上進行的電極反應分為哪幾個步驟？進行的電極反應分為哪幾個步驟？反應物粒子自溶液本體向電極表面?zhèn)鬟f反應物粒子自溶液本體向電極表面?zhèn)鬟f反應物粒子在電極表面或電極表面附近液層中進行某種轉化反應物粒子在電極表面或電極表面附近液層中進行某種轉化在電極與溶液之間的界面上進行得失電子的電極反應在電極與溶液之間的界面上進行得失電子的電極反應電極反應產(chǎn)物在電極表面或電極表面附近液層中

22、進行某種轉化電極反應產(chǎn)物在電極表面或電極表面附近液層中進行某種轉化電極反應產(chǎn)物自電極表面向溶液本體傳遞。電極反應產(chǎn)物自電極表面向溶液本體傳遞。電流密度如何影響著陰極析出物的狀態(tài)？電流密度如何影響著陰極析出物的狀態(tài)？電流密度低：晶核生長充分，生成大的晶狀沉積物（沉淀）電流密度低：晶核生長充分，生成大的晶狀沉積物（沉淀）電流密度高：成核速率大于晶體生長速率，細的晶?；蚍勰睢ｋ娏髅芏雀撸撼珊怂俾蚀笥诰w生長速率，細的晶?；蚍勰?。電流密度很高：晶體朝著金屬離子濃集的那邊生長，呈樹狀或團粒狀。電流密度很高：晶體朝著金屬離子濃集的那邊生長，呈樹狀或團粒狀。 導致導致H H2 2的析出，在極板上生成斑點

23、的析出，在極板上生成斑點 pH pH值的局部增高而沉淀出一些氫氧化物或堿式鹽值的局部增高而沉淀出一些氫氧化物或堿式鹽 18什么是陽極效應？什么是陽極效應？端電壓急劇升高，電流則強烈下降，同時，電解質(zhì)與電極之間呈現(xiàn)端電壓急劇升高，電流則強烈下降，同時，電解質(zhì)與電極之間呈現(xiàn)潤濕不良現(xiàn)象，電解質(zhì)好像被一層氣體膜隔開似的，電極周圍還出潤濕不良現(xiàn)象，電解質(zhì)好像被一層氣體膜隔開似的，電極周圍還出現(xiàn)細微火花放電的光圈。現(xiàn)細微火花放電的光圈。正常潤濕正常潤濕陽極效應陽極效應4-4-化學氣相沉積化學氣相沉積19CVD過程中過程中，原料，原料可以用可以用氣態(tài)源氣態(tài)源也可以用也可以用液態(tài)源液態(tài)源液態(tài)源液態(tài)源的輸送方

24、法：的輸送方法：冒冒泡法泡法、加熱液態(tài)源加熱液態(tài)源、液態(tài)源直接注入法液態(tài)源直接注入法（噴淋法）（噴淋法）CVDCVD加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng)反應室的側壁溫度為反應室的側壁溫度為T Tw w，放置硅片的基座溫度為，放置硅片的基座溫度為T Ts s熱壁式熱壁式CVDCVD系統(tǒng)系統(tǒng)：T Tw w等于等于T Ts s冷壁冷壁式式CVDCVD系統(tǒng)系統(tǒng)： T Tw w小于小于T Ts s 冷壁系統(tǒng)能夠降低在冷壁系統(tǒng)能夠降低在側壁側壁上的沉積，減小了反應劑的損耗，也減小上的沉積，減小了反應劑的損耗，也減小壁上顆粒剝離對沉積薄膜質(zhì)量的影響。壁上顆粒剝離對沉積薄膜質(zhì)量的影響。知識點知識點20在一個基片上沉積多層薄膜時采

25、用在一個基片上沉積多層薄膜時采用模塊式模塊式CVDCVD：多個反應室，不同薄膜分別沉積，互不干擾；基片通過機械手在真多個反應室，不同薄膜分別沉積，互不干擾；基片通過機械手在真空下傳遞，不引入外界污染?？障聜鬟f，不引入外界污染。21什么是氣缺現(xiàn)象？如何減緩這種現(xiàn)象？什么是氣缺現(xiàn)象？如何減緩這種現(xiàn)象？在在LPCVDLPCVD系統(tǒng)中，因為表面反應速度控制系統(tǒng)中，因為表面反應速度控制沉沉積積速率，而表面反應速度又正速率，而表面反應速度又正比于表面上的反應劑濃度，要想在各個硅片表面上沉積厚度相同的薄膜，比于表面上的反應劑濃度，要想在各個硅片表面上沉積厚度相同的薄膜，就應該保證各個硅片表面上的反應劑濃度是

26、相同的。就應該保證各個硅片表面上的反應劑濃度是相同的。然而對于只有一個入氣口的反應室來說，沿氣流方向因反應劑不斷消然而對于只有一個入氣口的反應室來說，沿氣流方向因反應劑不斷消耗耗，靠近入氣口處沉靠近入氣口處沉積的膜積的膜較厚，遠離入氣口處沉較厚，遠離入氣口處沉積的膜積的膜較薄較薄 ，稱這種現(xiàn)象，稱這種現(xiàn)象為氣缺現(xiàn)象。為氣缺現(xiàn)象。什么是化學氣相沉積？什么是化學氣相沉積？通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學在反應器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質(zhì)在氣相或氣固界

27、面上經(jīng)化學反應形成固態(tài)沉積物的技術。反應形成固態(tài)沉積物的技術。 簡答和論述簡答和論述(1)(1)由于反應速度隨著溫度的升高而加快，由于反應速度隨著溫度的升高而加快，可通過在水平方向上可通過在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應速度，逐漸提高溫度來加快反應速度，從而提高沉積速率，補償氣缺效從而提高沉積速率，補償氣缺效應的影響，減小各處沉積厚度的差別。應的影響，減小各處沉積厚度的差別。(2)(2)采用分布式的氣體入口，采用分布式的氣體入口，就是反應劑氣體通過一系列氣體口就是反應劑氣體通過一系列氣體口注入到反應室中。需要特殊設計的沉積室來限制氣流交叉效應。注入到反應室中。需要特殊設計的沉積室來限制氣流交

28、叉效應。(3)(3)增加反應室中的氣流速度。增加反應室中的氣流速度。當氣流速度增加的時候，在單位當氣流速度增加的時候，在單位時間內(nèi)，靠近氣體入口處的沉積速率不變，薄膜沉積所消耗的反時間內(nèi)，靠近氣體入口處的沉積速率不變，薄膜沉積所消耗的反應劑絕對數(shù)量也就沒有改變，但所消耗的比例降低，更多的反應應劑絕對數(shù)量也就沒有改變，但所消耗的比例降低，更多的反應劑氣體能夠輸運到下游，在各個硅片上所沉積的薄膜厚度也變得劑氣體能夠輸運到下游，在各個硅片上所沉積的薄膜厚度也變得更均勻一些。更均勻一些?；瘜W氣相沉積按照哪五個主要步驟進行？化學氣相沉積按照哪五個主要步驟進行？(a)(a)反應物已擴散通過界面邊界層；反應

29、物已擴散通過界面邊界層；(b)(b)反應物吸附在基片的表面；反應物吸附在基片的表面；(c)(c)化學沉積反應發(fā)生，表面遷移；化學沉積反應發(fā)生，表面遷移；(d)(d)部分生成物已擴散通過界面邊界層；部分生成物已擴散通過界面邊界層；(e)(e)生成物與反應物進入主氣流里，并離開系統(tǒng)生成物與反應物進入主氣流里，并離開系統(tǒng) 雷諾數(shù)如何判斷流動的方式？雷諾數(shù)如何判斷流動的方式？Re2100, Re2100, Re2100, 湍流湍流24什么是定向凝固？什么是定向凝固？在材料部分熔化狀態(tài)下，通過移動固液界面，以實現(xiàn)晶體特定方向生長。在材料部分熔化狀態(tài)下，通過移動固液界面，以實現(xiàn)晶體特定方向生長。途徑：采用

30、強制手段，在凝固金屬和未凝固金屬熔體中建立起特定方向的途徑：采用強制手段，在凝固金屬和未凝固金屬熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特定取溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特定取向柱狀晶。向柱狀晶。 5-5-定向凝固定向凝固二元合金的凝固過程中固液界面液相區(qū)內(nèi)形成成分過冷條件？1. 1. 由于溶質(zhì)原子在液相中固溶度由于溶質(zhì)原子在液相中固溶度 固相中固溶度固相中固溶度，當單向合金冷卻凝固時，當單向合金冷卻凝固時，溶質(zhì)原子被排擠到液相中去，在液相一側，形成溶質(zhì)原子的富集層。隨著離溶質(zhì)原子被排擠到液相中去，在液相一側，形成溶質(zhì)原子的

31、富集層。隨著離開固液界面距離增大，溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)逐漸降低。開固液界面距離增大，溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)逐漸降低。2. 2. 在凝固過程中，由于外界冷卻作用，在固液界面固相一側不同位置上的實在凝固過程中，由于外界冷卻作用，在固液界面固相一側不同位置上的實際溫度不同，外界冷卻能力強，實際溫度低；相反實際溫度高。際溫度不同，外界冷卻能力強，實際溫度低；相反實際溫度高。如果在固液如果在固液界面液相一側，溶液中的實際溫度低于平衡時液相線溫度，出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，界面液相一側，溶液中的實際溫度低于平衡時液相線溫度，出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，形成固相的可能性而影響界面的穩(wěn)定性。形成固相的可能性而影響界面的穩(wěn)定性。 如何判斷如何判斷液固界面

32、穩(wěn)定性液固界面穩(wěn)定性（對平界面、胞晶、枝晶形態(tài)（對平界面、胞晶、枝晶形態(tài)) )？晶體生長過程中晶體生長過程中若不存在成分過冷，當平直的固液界面若不存在成分過冷，當平直的固液界面上產(chǎn)生凸起，過熱的環(huán)境會將其熔化，上產(chǎn)生凸起，過熱的環(huán)境會將其熔化，平面界面繼續(xù)保持。平面界面繼續(xù)保持。若界面前沿存在成分過冷，界面前沿若界面前沿存在成分過冷，界面前沿形成的凸起會因為處于過冷區(qū)而發(fā)展，形成的凸起會因為處于過冷區(qū)而發(fā)展，平界面失穩(wěn)，導致樹枝晶的形成。平界面失穩(wěn)，導致樹枝晶的形成。)21LLDTTRG27什么是液態(tài)金屬冷卻法（什么是液態(tài)金屬冷卻法（LMCLMC法）？常用的液態(tài)金屬有哪些？法）？常用的液態(tài)金屬

33、有哪些？在在快速凝固法快速凝固法的基礎上，以的基礎上，以液態(tài)金屬代替水液態(tài)金屬代替水，作為模殼的冷卻介質(zhì)，模殼直，作為模殼的冷卻介質(zhì)，模殼直接浸入液態(tài)金屬冷卻劑中，散熱大大加強，以至在感應器底部迅速發(fā)生熱平接浸入液態(tài)金屬冷卻劑中，散熱大大加強，以至在感應器底部迅速發(fā)生熱平衡，造成很高的溫度梯度。衡，造成很高的溫度梯度。實驗室：實驗室：Ga-InGa-In合金和合金和Ga-In-SnGa-In-Sn合金合金工業(yè)應用：工業(yè)應用：SnSn液液28什么是連續(xù)定向凝固技術（什么是連續(xù)定向凝固技術（OCCOCC法）法） ？鑄型溫度高于金屬或合金液的凝固溫度鑄型溫度高于金屬或合金液的凝固溫度。鑄型只能約束金

34、屬或合金液的形狀，。鑄型只能約束金屬或合金液的形狀，而不會在其表面發(fā)生金屬的凝固。凝固界面通常是凸向液相的。這一凝固界面而不會在其表面發(fā)生金屬的凝固。凝固界面通常是凸向液相的。這一凝固界面形態(tài)利于獲得定向或單晶凝固組織。形態(tài)利于獲得定向或單晶凝固組織。例如：制備單晶銅導線例如：制備單晶銅導線 傳統(tǒng)連鑄與傳統(tǒng)連鑄與OCC法原理對比示意圖法原理對比示意圖金 屬 熔 體冷 卻 水縮 孔冷 卻 水鑄 型鑄 坯單 向 凝 固 鑄 坯感 應 線 圈加 熱 鑄 型固 液 界 面） 傳 統(tǒng) 連 鑄 原 理）法 原 理冷卻距離冷卻距離6-6-固相合成方法的概念固相合成方法的概念29低熱固相反應低熱固相反應在室溫

35、或近室溫（在室溫或近室溫（100100）的條件下，）的條件下，固相化合物固相化合物之間所進行的化之間所進行的化學反應。學反應。固相反應經(jīng)歷四個階段： 擴散反應成核生長 低熱固相反應的溫度很低，低熱固相反應的溫度很低，一般在小于一般在小于100100。在通常情況下僅需要反。在通常情況下僅需要反應物在應物在瑪瑙研缽瑪瑙研缽中研磨即可。中研磨即可。固相反應一旦發(fā)生即可進行完全，固相反應一旦發(fā)生即可進行完全，不存在不存在化學平衡?；瘜W平衡。知識點知識點30靠分子間力(范德華力)相連，晶格容易變形，外界分子容易地嵌入固體固體分子固體分子固體 延伸固體延伸固體一維固體一維固體二維固體二維固體三維固體三維固

36、體 低維固體低維固體零維晶體零維晶體 穩(wěn)定性最強穩(wěn)定性最強反應活性最強反應活性最強化學鍵作用僅在分子范圍內(nèi)有效，作用最弱，分子的可移動性強化學鍵作用貫穿整個晶格，致密的結構，外界物質(zhì)難進入反應活性反應活性固體結構對其反應性的影響零維結構零維結構一維結構一維結構二維結構二維結構三維結構三維結構固相合成的原理是什么？起始于兩個反應物分子的擴散接觸，生成的產(chǎn)物分子分散在母體反應物中，只能當作一種雜質(zhì)或缺陷的分散存在。當產(chǎn)物分子集積到一定大小，才能出現(xiàn)產(chǎn)物的晶核，從而完成成核過程。隨著晶核的長大，達到一定的大小后出現(xiàn)產(chǎn)物的獨立晶相。什么是固相反應的拓撲化學控制原理？什么是固相反應的拓撲化學控制原理？

37、液相反應中：液相反應中：反應物分子處于溶劑的包圍中，分子碰撞機會各向均等，因而反應主要由反應物的分子結構決定。固相反應中：固相反應中：各固體反應物的晶格高度序排列，晶格分子移動困難合適取向的晶面上的分子足夠地靠近，并提供反應中心，使固相反應得以進行，這就是固相反應特有的拓撲化學控制原理。顆粒尺寸對固相反應的影響？32 在固相條件下，化學反應的速率通常與反應劑的表面積成正比。在固相條件下，化學反應的速率通常與反應劑的表面積成正比。反應物的顆粒尺寸不同，它們的比表面積及固體缺陷結構也會發(fā)生反應物的顆粒尺寸不同，它們的比表面積及固體缺陷結構也會發(fā)生變化。變化。顆粒越小，顆粒越小，比表面比表面 ，反應

38、截面，反應截面 ， 反應反應能力能力和擴散能力和擴散能力 反應物粒徑分布的影響：顆粒尺寸分布越集中對反應速率越有利反應物粒徑分布的影響：顆粒尺寸分布越集中對反應速率越有利 33什么是礦化劑，礦化劑對固相反應的影響？什么是礦化劑，礦化劑對固相反應的影響？礦化劑：在反應過程中不與反應物或礦化劑：在反應過程中不與反應物或反應產(chǎn)物起化學反應反應產(chǎn)物起化學反應, ,但可以不同的方式但可以不同的方式和程度影響反應的某些物質(zhì)。和程度影響反應的某些物質(zhì)。礦化劑作用礦化劑作用1.1.形成固溶體，從而使晶格活化形成固溶體，從而使晶格活化2.2.形成低共熔物，使物系在較低溫度下出現(xiàn)液相，加速擴散和對固體的溶解形成低

39、共熔物，使物系在較低溫度下出現(xiàn)液相，加速擴散和對固體的溶解3.3.形成某種活性中間體，處于活化狀態(tài)形成某種活性中間體，處于活化狀態(tài)4.4.礦化劑對反應物離子產(chǎn)生極化，促使其晶格畸變和活化礦化劑對反應物離子產(chǎn)生極化，促使其晶格畸變和活化 347-熱壓燒結熱壓燒結 熱壓燒結：熱壓燒結：指在對置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末指在對置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末或?qū)Ψ勰号骷訜岬耐瑫r，對其施加單袖壓力的燒結過程?；?qū)Ψ勰号骷訜岬耐瑫r，對其施加單袖壓力的燒結過程。宏觀定義：粉體原料經(jīng)過成型、加熱到低于熔點的溫度，宏觀定義：粉體原料經(jīng)過成型、加熱到低于熔點的溫度，發(fā)生固結、氣孔率下降、體積收縮、致

40、密度提高、晶粒增發(fā)生固結、氣孔率下降、體積收縮、致密度提高、晶粒增大，變成堅硬的燒結體，這個現(xiàn)象稱為燒結。大，變成堅硬的燒結體，這個現(xiàn)象稱為燒結。微觀定義：固態(tài)中分子（或原子）的相互吸引，通過加熱，微觀定義：固態(tài)中分子（或原子）的相互吸引，通過加熱，質(zhì)點獲得足夠的能量，進行遷移使粉末體產(chǎn)生顆粒粘結，質(zhì)點獲得足夠的能量，進行遷移使粉末體產(chǎn)生顆粒粘結，產(chǎn)生強度并導致致密化和再結晶產(chǎn)生強度并導致致密化和再結晶概念概念35燒結是一個自發(fā)的燒結是一個自發(fā)的不可逆過程，系統(tǒng)表面能降低不可逆過程，系統(tǒng)表面能降低是推動燒結進行的基是推動燒結進行的基本動力。本動力。黏附作用黏附作用是是燒結的初級階段燒結的初級階

41、段，導致粉體顆粒間產(chǎn)生鍵合、靠攏和重排，導致粉體顆粒間產(chǎn)生鍵合、靠攏和重排，并開始形成接觸區(qū)的一個原因。并開始形成接觸區(qū)的一個原因。熱壓燒結常用的模具材料是熱壓燒結常用的模具材料是石墨石墨在熱壓燒結的擴散傳質(zhì)過程中，在熱壓燒結的擴散傳質(zhì)過程中，頸部頸部空位過剩，空位從空位過剩，空位從頸部表面頸部表面不斷不斷地向顆粒的其他部位擴散，而固體質(zhì)點則向地向顆粒的其他部位擴散，而固體質(zhì)點則向頸部頸部逆向擴散，達到氣孔逆向擴散，達到氣孔充填的結果。充填的結果。 粘滯流動與塑性流動粘滯流動與塑性流動粘性流動傳質(zhì)：粘性流動傳質(zhì)：在在外力場（如表面張力）作用下質(zhì)點(或空位)優(yōu)先沿此作用力的方向移動，呈現(xiàn)定向物質(zhì)

42、流。塑性流動傳質(zhì)：塑性流動傳質(zhì)：如果表面張力足以使晶體產(chǎn)生位錯，這時質(zhì)點通過整排原子的運動或晶面的滑移來實現(xiàn)物質(zhì)傳遞。知識點知識點36什么是溶解和沉淀傳質(zhì)？什么是溶解和沉淀傳質(zhì)？固相分散于液相中，并通過液相的毛細管作用固相分散于液相中，并通過液相的毛細管作用在頸部重新排列在頸部重新排列，成為更緊密，成為更緊密的堆積物；的堆積物；細小顆粒細小顆粒（其溶解度較高）以及一般顆粒的表面凸起部分溶解進（其溶解度較高）以及一般顆粒的表面凸起部分溶解進入液相，并通過液相移到粗顆粒表面（這里溶解度較低）而沉淀下來入液相，并通過液相移到粗顆粒表面（這里溶解度較低）而沉淀下來 。什么是熱等靜壓什么是熱等靜壓 ？對

43、裝于包套之中的松散粉末加熱的同時從各個方向?qū)υ嚇舆M行均勻加壓對裝于包套之中的松散粉末加熱的同時從各個方向?qū)υ嚇舆M行均勻加壓的燒結過程。壓力傳遞介質(zhì)為的燒結過程。壓力傳遞介質(zhì)為惰性氣體惰性氣體。熱壓燒結過程中，什么是蒸發(fā)和凝聚（氣相傳質(zhì)）？熱壓燒結過程中，什么是蒸發(fā)和凝聚（氣相傳質(zhì)）？由于顆粒之間表面曲率的差異，造成各部分蒸氣壓不同，物質(zhì)從蒸氣由于顆粒之間表面曲率的差異，造成各部分蒸氣壓不同，物質(zhì)從蒸氣壓鉸高的凸曲面蒸發(fā)，通過氣相傳遞在蒸氣壓較低的凹曲面處壓鉸高的凸曲面蒸發(fā)，通過氣相傳遞在蒸氣壓較低的凹曲面處( (兩顆兩顆粒間的預部粒間的預部）凝聚，這樣就使顆粒間的接觸面積增加，顆粒和氣孔的）凝

44、聚，這樣就使顆粒間的接觸面積增加，顆粒和氣孔的形狀改變，從而使頸部逐漸被填充，導致坯體逐步致密化。形狀改變，從而使頸部逐漸被填充，導致坯體逐步致密化。 37自蔓延合成方法的概念自蔓延合成方法的概念利用化學反應利用化學反應放出的熱量放出的熱量使燃燒反應使燃燒反應自發(fā)的進行自發(fā)的進行下去，以獲得具有指下去，以獲得具有指定成分和結構的燃燒產(chǎn)物。定成分和結構的燃燒產(chǎn)物。8-自蔓延高溫合成自蔓延高溫合成自蔓延合成的要求：自蔓延合成的要求：1 1、劇烈的、劇烈的放熱反應放熱反應2 2、產(chǎn)物的、產(chǎn)物的絕熱燃燒溫度絕熱燃燒溫度T Ta a大于大于1800K1800K；絕熱溫度絕熱溫度T Ta a大于產(chǎn)物熔點大于產(chǎn)物熔點，存在液相存在液相，反應易進行，反應易進行38如何利用離心自蔓延高溫合成制備鋼管陶瓷內(nèi)襯？即將鋁熱劑置于鋼管內(nèi)，旋轉鋼管，然后將鋁熱劑點燃。鋁熱劑發(fā)生反應并放出大量的熱，使得燃燒合成產(chǎn)物熔化。由于金屬比重較氧化物大，這樣在離心力作用下金屬和氧化物發(fā)生分離，使之氧化物位于最內(nèi)層，金屬位于鋼管和氧化物之間，這樣制成的陶瓷復合管。SHS焊接陶瓷的原理是什么？焊接陶瓷的原理是什么？利用活性元素在陶瓷的界面處與陶瓷發(fā)生界面反應來改善陶瓷的利用活性元素在陶瓷的界面處與陶瓷發(fā)生界面反應來改善陶瓷的表面狀態(tài)，以提高焊料反應產(chǎn)