材料化學第二章

1、材料化學第二章第1頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 材料通常是由原子或分子結合而成的，也可以說是由物質組成的，而物質是由一種或一種以上的元素組成的。按原子或分子的結合及其在空間排列的不同，材料的組成可分成固溶體、聚集體和復合體三大類。 2.1 材料的組成第2頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四組元、相和組織 a組成材料最基本、獨立的物質稱為材料的組元（或稱組分）。 b材料中具有相同的化學成分并且結構相同的均勻部分叫做相。一個相必須在物理性質和化學性質上都是完全均勻的。 c材料內部的微觀形貌稱為材料的組織。它實際上是指由各個晶粒或各種相所形成的圖案。 在不

2、同條件下，材料的組織又可以分為微觀組織 (結構) 和宏觀組織。 2.1.1 材料組元的結合形式第3頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四表2-1 材料組織的分類第4頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 兩種以上的原子或分子溶合在一起時的狀態(tài)統(tǒng)稱為溶體。 溶體一般是原子或分子的均勻混合物，不是化合物。液態(tài)溶體稱為溶液；固態(tài)溶體，即溶質組元溶入溶劑組元的主晶格中所形成的單相固體稱固溶體。按溶質在溶劑中的位置不同，固溶體可分為： 置換型（取代型）固溶體：溶劑A晶格中的原子被溶質B的原子所取代形成的固溶體（A與B的原子大小大致相同）； 填充型（間隙型）固溶體：溶劑A晶

3、格間隙內由B的原子填入所形成的固溶體（B原子要比A原子?。?。固溶體第5頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 由無數(shù)原子或晶粒聚集而成的固體稱為聚集體。一般的材料都是宏觀上的聚集體。其中有的是晶粒間呈連續(xù)變化牢固地結合在一起（如合金或固溶體）；有的是晶粒間的結合較微弱（如花崗石等）聚集體第6頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 復合體（復合材料）是指由兩種及兩種以上的不同材料通過一定的方式復合而構成的新型材料。各相之間存在明顯的界面。復合材料中各相不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發(fā)揮各種材料相的特性，并賦予單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。 復合材料的結構

4、通常是一個相為連續(xù)相，稱為基體材料，而另一個相是不連續(xù)相的，以獨立的形態(tài)分布在連續(xù)相中，也稱為分散相。與連續(xù)相相比，分散相的性能優(yōu)越，會使材料的性能得到明顯的增強，故常稱為增強材料。 復合體第7頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四金屬材料的化學組成 金屬材料是以純金屬和以金屬為基所構成的合金。A單質金屬：黑色金屬（Fe、Co、Ni）B金屬合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金 屬元素構成的具有金屬性質的物質叫金屬合金。2.1.2 材料的化學組成第8頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 無機非金屬材料包括陶瓷、耐火材料、黏土制品、搪瓷、玻璃和水泥等。 在

5、許多西方國家，陶瓷實際上是各種無機非金屬材料的通稱。同金屬材料、高分子材料并稱為現(xiàn)代工程材料的三大柱。 從化學角度看，無機非金屬材料都是由金屬元素和非金屬元素的化合物配合料經(jīng)一定工藝過程制得的。通常由金屬氧化物、非金屬氧化物、氫氧化物、碳化物、氮化物等以不同的方式組合而成的?；瘜W組分幾乎涉及到元素周期表中的所有元素。無機非金屬材料的化學組成第9頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 高分子材料的化學組成 高分子材料是以高分子化合物（亦稱高聚物、聚合物、樹脂）為主要組分的材料。 高分子化合物主要是指相對分子量特別大的有機物，分子量一般在104以上；另一個特點是其鏈中不含離子鍵和金

6、屬鍵。 高分子材料按來源分為天然高分子材料、合成高分子材料。 高分子化合物一般由一種或幾種簡單的低分子化合物（單體和鏈節(jié)）聚合而成。一個高分子化合物中重復單元的數(shù)目n 叫做鏈節(jié)數(shù)，又稱為聚合度。 高分子材料按功能分為通用高分子材料、特殊高分子材料、功能高分子和仿生高分子材料（高分子引發(fā)劑、模擬酶等）。第10頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.2.1 材料的結構及其層次 材料的內部因素一般包括物質的組成和結構。 所謂結構是指材料系統(tǒng)內各組分之間的相互聯(lián)系和相互作用方式。 材料的結構從形式上講，包括晶體結構、非晶體結構、孔結構及它們不同形式且錯綜復雜的組合和復合；從尺寸上講，

7、可分為微觀結構、亞微觀結構、顯微結構和宏觀結構四個層次。2.2 材料的結構第11頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四表2-2 材料結構層次的劃分及所用觀察設備第12頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 儀器分析按信息形式分為圖象分析法和非圖象分析法。按工作原理前者主要是顯微術，后者主要是衍射法和成分譜分析。顯微術和衍射法基于物理方法，其工作原理是以電磁波（可見光、電子、離子和X-射線等）轟擊樣品激發(fā)產(chǎn)生特征物理信息，這些信息包括電磁波的透射信息、反射信息和吸收信息。將這些信息收集并加以分析從而確定物相組成和結構特征。2.2.2 材料的研究方法第13頁，共76

8、頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.2.2 材料的研究方法第14頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 材料中的化學鍵有金屬鍵、離子鍵、共價鍵（配位鍵）、氫鍵和范德華力。實際上有的材料并不是由單一的化學鍵組成，可同時兼有幾種鍵。 金屬材料：金屬鍵； 無機非金屬材料：離子鍵、共價鍵和金屬鍵的雜交； 高分子材料：共價鍵、氫鍵和范德華力。2.2.3 材料中的化學鍵合第15頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 A晶體的基本特征：規(guī)則的幾何構型、固定的熔點、各向異性。 B七大晶系：立方（3）、四方（2）、三方（1）、單斜（2）、三斜（1）、六方（1）、正交（

9、4）。 C晶體結構的不完整性 a雜原子與固溶體：雜質原子與主晶體原子形成固溶體（置換和填隙） b點缺陷：弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷 c線缺陷 d面缺陷 2.2.4 晶體結構基礎第16頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 2.2.4 晶體結構基礎第17頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 金屬材料的結構：體心立方結構、面心立方結構、緊密堆積六方結構、金剛石結構無機非金屬材料的結構： 金剛石結構（硅、二氧化硅等） 硅酸鹽結構：以SiO4為單元組成鏈狀、層狀、網(wǎng)狀結構. 玻璃態(tài)結構：玻璃可以看成是處在過冷狀態(tài)的一種粘度極高的流體，整個結構不具有晶體的規(guī)則排列。特點是

10、原子排列近程有序、遠程無序。鍵型有離子鍵、共價鍵。2.2.5 材料的結構第18頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 高分子化合物是由大量重復的結構單元連接而成。高分子材料的結構包括高分子鏈的結構及聚集態(tài)的結構。 a單體：構成高聚物的最基本的組成單元； b鏈狀結構：許多高分子是由多價原子彼此以共價鍵結合而成的長鏈狀分子。它可以由一種（均聚物）或多種（共聚物）結構單元組成。熱塑性材料?？煞磸图庸ぁ?c交聯(lián)網(wǎng)狀結構：三維空間的網(wǎng)狀結構。不溶于任何溶劑（僅有一些溶脹），熱固性材料，不能反復加工使用。 d聚集態(tài)結構：大分子與大分子之間的相互作用和幾何排列等。是范德華力和氫鍵。包括：非晶

11、態(tài)結構和晶態(tài)結構。 高分子材料的結構第19頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 復合材料可定義為由兩種或兩種以上獨立的物理相組合而成。包括粘結材料（基體）和粒料，纖維晶須或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物。復合材料的組織是具有單一組織所不具備的特征復相組織?？梢允且粋€連續(xù)的物理相與一個分散相的復合。也可以是兩個或多個連續(xù)相與一個或多個分散相在兩個連續(xù)相中復合的材料?？梢越M成零維、一維、二維或三維的各類復合材料。復合材料的結構模式第20頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四零維(富勒烯)一維(碳納米管）二維(石墨烯) (單層石墨)三維(金剛石）第21頁，共76頁，2

12、022年，5月20日，4點8分，星期四 材料的性能是一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為，它是材料微觀結構特征的宏觀反映。 無機非金屬材料：是由離子鍵和共價鍵結合而成。其性能一般是晶態(tài)或非晶態(tài)的、堅硬、耐熱、多數(shù)絕緣。部分有導電性，脆性大，韌性差，但一般都有較好的光學性能。 金屬材料：由金屬鍵結合而成。晶態(tài)、延展性好、不透明、高斷裂韌性、電和熱的良導體、一般不透明。 高分子材料：由共價鍵和范德華力結合而成。一般是非晶態(tài)（少量區(qū)域晶態(tài)）、較軟、質輕、強度較低、中等韌性、易加工，電、熱絕緣。2.3 材料的性能第22頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 材料化學性能是指材料

13、抵抗各種介質作用的能力。包括溶解性、耐腐蝕性、抗?jié)B透性、抗氧化性、催化性、離子交換性能等。 A金屬材料的化學穩(wěn)定性：對周圍介質侵蝕的抵抗能力。主要是耐腐蝕性，包括化學腐蝕和電化學腐蝕。 B無機非金屬材料的化學穩(wěn)定性：具有良好的抗腐蝕能力。但陶瓷材料使用中常遇到氣體腐蝕問題。 C高分子材料的化學穩(wěn)定性：具有良好的抗腐蝕能力。但高分子材料存在老化。 2.3.1 化學性能第23頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四A強度與塑性 強度是指在載荷作用下抵抗明顯的塑性形變或破壞的最大能力。強度可分為：壓縮強度、拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、疲勞強度等。 塑性是指在載荷作用下，應力超過屈服點

14、后能產(chǎn)生顯著的殘余變形不即行斷裂的性質。屈服強度是指材料在外力作用下發(fā)生塑性變形的最小應力。 彈性與剛度：材料在載荷作用下產(chǎn)生變形，當載荷除去后能恢復原狀的能力稱為彈性；剛度則是指材料在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。B硬度 材料抵抗其它較硬物體壓入表面的能力。2.3.2 力學性能第24頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.3.2 力學性能C斷裂與韌性 斷裂是由于原子間的化學鍵斷裂引起的，分為脆性斷裂和韌性斷裂 韌性是指材料抵抗裂紋萌生與擴展的能力。D疲勞特性與耐磨性 材料在受到拉伸、壓縮、彎曲、扭曲或這些外力的組合反復作用時，應力的振幅超過某一限度即會導致材料的斷裂，這一限

15、度稱為疲勞極限。 疲勞壽命指在某一特定壓力下，材料發(fā)生疲勞斷裂前循環(huán)數(shù)，它反映了材料抵抗產(chǎn)生裂縫的能力。 材料對磨損的抵抗能力稱為材料的耐磨性，可用磨損量表示。一般條件下磨損量越小，材料的耐模性越高。第25頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 包括熱容、熱膨脹、熱傳導、熱輻射和熱電勢等 A熱容：1mol 物質溫度升高1K所吸收的熱量，單位：Jmol-1K-1 B熱膨脹：是物質熱脹冷縮（有的相反）的特性參數(shù)，用膨脹系數(shù)表示。 C熱傳導：由于材料相鄰部分間的溫差而發(fā)生的能量遷移。由高溫物體遷移至低溫物體。 熱傳導的機制：自由電子的傳導（金屬）、晶格振動的傳導(晶體)、分子或鏈段的

16、傳導(高分子材料)。 D耐熱性 材料的熔點反映了材料的耐熱性。熔點越高，熔融熱焓越大，耐熱性越好。2.3.3 熱性能第26頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 A導電性能：用電阻率或電導率表示：R=（L/S）=1/ 根據(jù)電阻率的大小，將材料可分為超導體(=0)、導體（=10-810-5）、半導體（=10-5107）和絕緣 體（=1071020） B介電性能 電子材料有：導體、半導體、絕緣體、介電體。 介電性能主要包括介電常數(shù)、介電損耗、介電強度介電材料的價帶和導帶之間存在較大的能隙，所以它們具有高的電阻率。 產(chǎn)生介電作用的原因是電荷的偏移，或稱極化。2.3.4 電性能第27頁

17、，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 C鐵電性 介電常數(shù)大的物質，如BaTiO3，當電場增強時，極化程度開始增大，接著突然增大，在電場強度很大時增加的速度又減小而趨向于極限。除去電場后剩余一部分極化狀態(tài)，必須加上相反的電場才能完全消除極化狀態(tài)， 即出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。與鐵磁體類似，因而稱為鐵電性。 在較強的交變電場作用下，鐵電體的極化強度P隨外電場呈非線性變化,而且在一定的溫度范圍內，P表現(xiàn)為電場E的雙值函數(shù)，呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象，這個PE回線就稱為電滯回線 2.3.4 電性能第28頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.3.4 電性能第29頁，共76頁，2022年，5月

18、20日，4點8分，星期四D壓電性 對某些材料施壓力，材料的晶體內部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，可測出電壓。如果放在電場中，會產(chǎn)生應力，這種具有使機械能和電能相互轉換的現(xiàn)象稱為壓電效應。由于形變而產(chǎn)生壓電效應正壓電效應，對材料施加電壓而產(chǎn)生形變時，稱為逆壓電效應。2.3.4 電性能第30頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（1）光的透射、吸收、反射和散射（2）熒光性 一種物質在吸收電能或光能后，通過電子躍遷，再釋放出光的現(xiàn)象。許多稀土化合物本身就是熒光體，一般需要激活劑光或熱或化學物質。（3）非線性光學性能 事實上，介質在光場中極化時，極化強度P 并不與 光波電場E 成正比, 尤其當光強較大

19、時更是如此, 這時稱 介質產(chǎn)生了非線性極化 。2.3.5 光學性能第31頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 物質磁性可分為： 抗磁性：使磁場減弱； 順磁性：使磁場略有增強； 鐵磁性及亞鐵磁性：使磁場強烈增強。 材料的磁性取決于電子的自旋磁矩以及軌道的運動磁矩，用磁導率或磁化率表示。 抗磁性是某些材料放入磁場內，沿磁場的反方向被磁場微弱磁化，當撤去外磁場后，磁化呈可逆消失的現(xiàn)象； 順磁性材料放入磁場內，沿磁場的方向被磁場微弱磁化，而當撤去外磁場后，磁化可逆消失的性質。順磁性物質不能被磁場吸引； 2.3.6 磁學性能第32頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四

20、鐵磁性是一種材料的磁導率非常大，能沿磁場方向被強烈磁化的性質，這是因為鐵磁質放入到磁場時，磁矩平行于磁場方向排列，形成了自發(fā)磁化。 鐵磁性物質又分硬磁性物質、軟磁性物質。 亞鐵磁性是一種材料中部分陽離子的原子磁矩與磁場反向平行，而另一部分則平行取向所致的磁性行為，亞鐵磁性常出現(xiàn)在一些氧化物材料，特別是鐵氧體。MOFe2O3、 MFe12O19等。2.3.6 磁學性能第33頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.3.6 磁學性能第34頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 材料的制備方法主要涉及到原料的選用與合成和制備工藝流程與方法兩方面的內容。另外，選用合適的

21、設備，也是制備優(yōu)良材料的關鍵之一。2.4 材料的制備方法第35頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 原材料的選用與合成是材料制備的一個重要環(huán)節(jié). 原材料包括天然材料和化工原料。 天然材料：天然礦物巖石與動植物原料 化工原料（人工合成原料）：采用化學或物理方法將天然原料加工，又分為無機化工原料和有機化工原料。 在選擇原料時，除了考慮化學組成，純度，顆粒度等主要因素外，成本也必須考慮。天然原料雜質較多，但價格低；人工合成原料純度較高，但價格也高。2.4.1 原料的選用與合成第36頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 金屬礦：如鐵礦石、鋁土礦、方鉛礦、黃銅礦等。

22、天然硅酸鹽礦物：石英砂、砂巖、石灰石、長石、粘土等。 合成高分子化合物的基本原料：石油、天然氣，煤，化石以及某些農(nóng)副產(chǎn)品等。 天然礦物原料第37頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 礦石的開采和還原 礦物是指地殼中的化學元素，經(jīng)過各種地質作用形成的，并在一定條件下相對穩(wěn)定的單質或化合物。是組成礦石和巖石的基本單元。 選礦方法有： 重選法、浮選法、 磁選法。 天然礦物原料第38頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 可當材料使用的天然礦物：石棉（不可燃的天然纖維）云母和頁巖（可撕成薄片），天然巖石（砂巖、花崗巖、大理石等），藍寶石，紅寶石和金剛石等。天然的材料：

23、木材，天然橡膠，天然纖維。 天然礦物原料第39頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 粘土類：主要成分是SiO2、Al2O3及H2O，還含有Na2O、 K2O、CaO、MgO及有色氧化物Fe2O3、TiO2等。 石英類：主要成分是SiO2， 少量雜質，主要形態(tài)有水晶 （最純）、脈石英、砂巖、石英砂、硅藻土、燧 石、硅石等。 長石類：主要是不含水的堿金屬和A的鋁硅酸鹽。鉀長 石，鈣長石，鈉長石，鋇長石 碳酸鹽類：白云石、方解石、菱鎂石、石灰石、硅質、灰 巖、白堊和貝殼等。 其他原料：滑石、蛇紋石、硅灰石、透輝石、透閃石、骨 灰、磷灰石和 螢石等。硅酸鹽礦物原料第40頁，共76頁，

24、2022年，5月20日，4點8分，星期四 常見的工業(yè)廢渣有：粉煤灰，石煤，爐渣，鋁渣，電石渣，糖濾泥，磷礦渣，螢石礦渣，碎玻璃，其他。工業(yè)廢渣的利用第41頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（1）氧化物原料 單一氧化物和復合氧化物（2）非氧化物原料 類金屬難熔化合物、非金屬難熔化合物和金屬互化物.（3）其他化工原料：碳酸鋇、碳酸鍶、稀土氧化物及其鹽等。無機合成原料第42頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（1）天然纖維：植物纖維、動物纖維、礦物纖維（2）天然樹脂：由植物或動物的分泌物再加工而 成，包括松香、蟲膠、火漆、琥珀等。（3）天然橡膠：異戊二烯聚合物（

25、4）生物膠 植物膠：阿拉伯樹膠、山達膠、桃膠、淀粉等； 動物膠：蟲膠、魚膠、蛋白質、明膠等。天然高分子化合物第43頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 合成高分子化合物主要指合成樹脂、合成橡膠和合成纖維三大類，還包括粘合劑、涂料及功能性高分子。 高分子材料的單體可以從煤、石油、天然氣和農(nóng)副產(chǎn)品中制取。 塑料的原料是合成樹脂和助劑。助劑包括穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、增塑劑、填料以及防靜電劑、抗老化劑和防霉劑等。 合成橡膠制品和合成橡膠和助劑。助劑包括補強劑、填充劑、硫化劑、硫化促進劑、助促進劑、防老化劑、軟化劑和著色劑等。 合成纖維制品包括合成纖維和助劑。助劑包括消光劑、防靜電劑

26、和溶劑等。有機合成原料第44頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 合成高分子化合物的主要原料叫單體。A石油化工路線 石腦油裂解生成芳烴、低碳烴和裂解汽油等 以石油合成的基本有機原料為基礎合成的單體和高分子化合物（1）生產(chǎn)單體的原料路線第45頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 合成高分子化合物的主要原料叫單體。A石油化工路線（a) 石腦油裂解生成芳烴、低碳烴和裂解汽油等 以石油合成的基本有機原料為基礎合成的單體和高分子化合物（1）生產(chǎn)單體的原料路線第46頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四第47頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分

27、，星期四（1）生產(chǎn)單體的原料路線 B.以石油合成的基本有機原料（乙烯、丙烯、丁二烯等）為基礎合成的單體和高分子化合物第48頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四第49頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四第50頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四B煤炭原料路線 煤通過干餾得到煤氣、焦碳和煤焦油（1）生產(chǎn)單體的原料路線第51頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四第52頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四第53頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四C其它原料路線 從植物和農(nóng)副產(chǎn)品中得到合成高分子的單

28、體原料a淀粉、b糠醛、c糠醇、d木糖和木糖醇、e羧甲基纖維素、f人造棉、g甲殼素和殼聚糖、（1）生產(chǎn)單體的原料路線第54頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 加聚反應：自由基型(活性中心為自由基)和離子型聚合。 單體通過加成聚合反應形成的產(chǎn)物稱為加聚物。A加聚反應的原理：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止和鏈轉移.B加聚反應的分類：均聚和共聚C加聚反應的特點 a.加聚反應的單體一般都具有不飽和結構或環(huán)狀結構。 b.加聚反應屬于連鎖反應，生成的高分子的相對分子量與時間無關，單體的轉化率隨時間而增加。 c.高聚物的鏈節(jié)與單體具有相同的化學組成。 d.加聚反應過程中無小分子副產(chǎn)物生成。（2）高

29、分子化合物的合成第55頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 縮聚反應(縮合聚合反應)：由具有兩個以上官能團的低分子化合物聚合成高分子化合物，同時析出小分子物質A分類：均縮聚、混縮聚和共縮聚。a.均縮聚：含兩種及以上官能團的一種單體進行的縮聚反應。b.混縮聚：又叫雜縮聚。兩種不同單體分子間的縮聚反應。c.共縮聚：在均縮聚或混縮聚中加入其它種類的單體。B特點：a.單體含兩個以上的官能團。b.可逆逐步反應，轉化率與時間無關，M 與t有關。c.鏈節(jié)的化學組成與單體的不相同。d.伴有小分子副產(chǎn)物析出。（2）高分子化合物的合成第56頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（

30、一）氣相法 (物理氣相法、化學氣相法)（1）物理氣相沉積法（PVD）：利用電弧、高壓電場或等離子體等高溫源將物料加熱到高溫使之氣化或形成等離子體，然后通過驟冷，使之凝聚成各種形態(tài)的材料 PVD法包括三個步驟： a.蒸發(fā)、升華或用陰極濺射等方法產(chǎn)生蒸氣； b.減小大氣壓強而使之氣化，材料從供給源轉移到襯底； c.凝結發(fā)生在襯底上，通過異相成核作用和膜生長形成一種沉積膜。 PVD法制備單一氧化物、復合氧化物、碳化物，特別適用于用液相法或固相法難以直接合成的非氧化物系列(合金、氮化物、碳化物等)的超細粉。2.4.2 制造工藝過程及方法第57頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.4

31、.2 制造工藝過程及方法第58頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（2）化學氣相沉積法（CVD）：利用氣相反應制備材料的重要合成方法。 CVD原理：涉及反應化學、熱力學、動力學、轉移機理、膜生長現(xiàn)象和反應工程。a.反應類型：熱分解反應(制備外延生長薄膜、多晶硅薄膜等)b.化學合成反應：兩種或兩種以上氣體之間的相互反應。 CVD的工藝流程與設備 影響CVD的參數(shù)：反應體系成分、氣體的組成、壓力和溫度等。2.4.2 制造工藝過程及方法第59頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四 CVD法的特點：合成溫度低（低于材料熔點）、組分可調、控制晶體結構沿特定方向排列、控制

32、材料的形態(tài)、不需燒結助劑、合成高純高密度材料、控制晶粒大?。ㄗ钚】蛇_0.1nm）；制備復雜形狀品、進行多層涂覆、合成亞穩(wěn)態(tài)物質和新材料。2.4.2 制造工藝過程及方法第60頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.4.2 制造工藝過程及方法第61頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（3）氣相聚合 流化床氣相聚合（傳熱性好、溫度均勻），如乙烯的聚合。2.4.2 制造工藝過程及方法第62頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四(1) 熔融法：將礦物投入高溫爐內，使其發(fā)生各種反應。 A.高溫熔融法、B.粉體聚合或熔融聚合 (2) 溶液法 A.溶液聚合：

33、單體和引發(fā)劑在適當溶劑中進行聚合。 B.溶液縮聚：純溶劑或混合溶劑中進行的縮聚反應。(3)界面法：在各種界面條件下發(fā)生反應來制備材料的方法。 A.懸浮聚合：單體以小液滴狀態(tài)懸浮在水中進行的聚合。 B.乳液聚合：借助于機械攪拌和劇烈震蕩使單體在介質（水）中由乳化劑分散成乳液狀態(tài)進行的聚合。 C.界面縮聚：將兩種單體分別溶解在兩種互不相溶的溶劑（如水和烷類）中，兩種單體在兩相交界處發(fā)生反應。2.4.2 制造工藝過程及方法（二）液相法第63頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（4）液相沉淀法： 在原料溶液中添加適當?shù)某恋韯∣H-, CO32-, C2O42-, SO42-等）使原

34、料中的陽離子形成沉淀物，即通過與沉淀劑之間的反應或水解產(chǎn)生沉淀，形成不溶性產(chǎn)物。 沉淀反應的類型有：A直接沉淀法、B共沉淀法、C均勻沉淀法、D水解法、E膠體化學法、F沉淀聚合2.4.2 制造工藝過程及方法（二）液相法第64頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（5）溶膠凝膠法（Sol-Gel法）A基本原理 所謂溶膠（Sol）是線度在1100 nm的固體顆粒在適當液體介質中形成的分散體系，這些固體顆粒一般由103109個原子組成，稱為膠體。當膠體中的液相受到溫度變化、攪拌作用、化學反應或電化學平衡作用的影響而部分失去，導致體系粘度增大到一定程度時，便形成具有一定強度的固體凝膠塊。

35、2.4.2 制造工藝過程及方法第65頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四SolGel法的特點： 制備溫度低；高均勻性；高純度；可制得傳統(tǒng)方法得不到的玻璃品種或具有特殊組成、結構、性能的材料；開辟了制備一類稱為“無機有機聚合物”的非晶態(tài)材料的可能性，為合成具有預先指定性能的材料提供了基礎。缺點：成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，制備過程中收縮量大，不易制得大尺寸產(chǎn)品。材料中殘余氣孔、殘余羥基和殘余碳含量較高，處理時間較長，有機溶液對人體危害等。2.4.2 制造工藝過程及方法第66頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四2.4.2 制造工藝過程及方法第67頁，共76頁，2

36、022年，5月20日，4點8分，星期四SolGel法的應用： a 特殊組分和特殊性能的塊狀玻璃；b 高溫結構陶瓷；c涂層薄膜；d 特殊纖維；e 高溫超導材料；f 新型復合材 料。發(fā)展趨勢： a 電子光學材料；b 光電子學材料；c 彩色照相材料；d電致變色材料；e 壓電體；f 導電體；g 光敏材料；i 非線形光學材料；j 梯度光學材料；k 超導體，2.4.2 制造工藝過程及方法第68頁，共76頁，2022年，5月20日，4點8分，星期四（6）水熱法 水溶液中或大量水蒸汽存在下，高溫變壓或高溫常壓下所進行的化學反應過程。水熱法應用于制備無機材料超細粉及晶體材料。水熱條件下（高溫高壓）可以加速水溶液中的離子反應和促進水解反應，有利于原子，離子的再分配和重結晶，具有廣泛的實用價值。根據(jù)水熱反應的類型不同可以分為：水熱氧化、水熱沉淀、水熱合成、水熱還原、水熱分解和水熱結