还剩10页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
材料制备知识点总结一,名词解释1,材料合成:把各种原子、分子结合起来制成材料所采用的各种化学方法和物理方法,一般不含工程方面的问题2,材料制备:制备不仅包含了合成的基本内涵,而且包含了把比原子、分子更高一级聚集状态结合起来制成材料所采用的化学方法和物理方法O3,材料加工是指对原子、分子以及更高一级聚集状态进行控制而获得所需要的性能和形状尺寸以性能为主所采用的方法以物理方法为主.4,材料的分类:1用途结构材料,功能材料2物理结构晶体材料、非晶态材料和纳米材料3几何形态三维二维一维零维材料4发展传统材料,新材料5化学键以金属健结合的金属材料,以离子键和共价键为主要键合的无机非金属材料,以共价健为主要键合的高分子材料,将上述材料复合,以界面特征为主的复合材料,钢铁、陶瓷、塑料和玻璃钢分别为这四种材料的典型代表5,新材料特点品种多、式样多,更新换代快,性能要求越来越功能化、极限化、复合化、精细化6,新材料主要发展趋势1结构材料的复合化2信息材料的5,金属铜纳米粉体的物理制备方法?说明原理粉碎法干式粉碎和湿式粉碎.构筑法:气体蒸发法;活化氢-熔融金属反应法;溅射法;真空沉积法;加热蒸发法;混合等离子体法蒸发一冷凝法原理高真空条件下,金属试样经蒸发后冷凝;试样蒸发方式包括电弧放电,产生高能电脉冲或高频感应等以产生高温等离子体,使金属蒸发6,简述纳米材料定义和主要制备方法组去杭壮」由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料,在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料制备方法化学气相沉积法、溶胶一凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、水热法等7,介绍课题组的某种金属材料的特性及相应制备技术铝金属
(1)密度小;
(2)强度高;
(3)导电导热性好;
(4)耐蚀性好;
(5)易加工添加一定的合金元素后,可、获得良好铸造性能制备技术金属热还原法用较活泼的金属把另一种金属从其化合物中还原出来铝是价廉的金属,生成氧化铝的反应是强烈的放热反应,用铝和许多金属氧化物反应,不必额外给反应混合物加热用铝从金属氧化物还原出金属的过程叫铝热法(不足是可与多种金属形成合金,调节反应物配比,使铝完全反应而不残留在生成的金属中OCr203+AI=2Cr+AI2038,离子、配位聚合为什么不采用水介质的悬浮、乳液聚合离子聚合与配位聚合都使用相应催化剂进行催化聚合反应,由于有些催化剂对H20的作用是灵敏的,不能采用以H20为反应介质的悬浮聚合生产方法和乳液聚合生产方法进行生产采用无反应介质的本体聚合方法或有反应介质存在的溶液聚合方法9,试述水热法和溶剂热法的区别与联系溶剂热法在水热法的基础上发展,指密闭体系内,以有机物或非水溶媒为溶剂,在一定温度和溶液的自生压力下,混合物进行反应的一种合成方法不同1溶剂热使用的溶剂为乙醇而不是水2水热法只适用于氧化物功能材料或少数对水不敏感的硫属化合物的制备,涉及对水敏感的化合物的制备就不适用3在溶剂热反应中,把前驱体溶解在非水溶剂,在液相或超临界条件下,反应物分散在溶液中并且变的活泼,反应发生产物缓慢生成简单且易于控制,在密闭体系中有效防止有毒物质挥发物相形成、粒径的大小、形态也能控制且产物的分散性较好4溶剂热条件下,溶剂性质相互影响,变化很大,且与通常条件下相差很大,相应反应物的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高使反应能够在较低温度下发生5水热对材料性能不造成负面影响,但溶剂热由于溶剂不同,对材料性能的影响来说比较大6溶剂热做出的材料得到更好形貌的可能性要比水热大10,从制备使用角度分析聚丙烯酸酯乳液的优点和不足优点易制备、性能优良、应用广泛且符合环保要求生产出的聚合物乳液的乳胶粒直径小,可部分渗入被处理基材的微观裂缝和毛细孔道,得良好涂覆效果,达到高施工质量对颜料粘接能力强,耐水性、耐碱性、耐光性、耐候性好,施工性能优良不足不够稳定,易受多种因素影响反应温度、搅拌情况、加料方式、加料速度等工艺因素生产聚合物方法本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合及乳液聚合乳液聚合由单体和水在乳化剂下配制成的乳状液中的聚合过程体系由单体、水、乳化剂及溶于水的引发剂11,聚丙烯泡沫材料为何不能取代聚苯乙烯泡沫材料?因为聚苯乙烯泡沫塑料广泛用于精密仪器、仪表、家用电器的缓冲包装,也可直接制成杯、盘、盒等包装容器来包装,在特殊凿井法施工中应用较广有机械强度好,缓冲性能优异;加工性好,易于模塑成型;着色性好,温度适应性强等优点而高密度聚乙烯的成型困难,加工难度很大,只做简单的部件聚丙烯的缺点有韧性、耐寒性、染色性、尺寸稳定性差多功能集成化
(3)低维材料迅速发展
(4)非平衡态(非稳定)材料日益受到重视7,单晶体的基本性质
(1)均匀性
(2)各向异性
(3)自限性
(4)对称性
(5)最小内能和最大稳定性7,晶体生长类型晶体生长有固相-固相平衡,液相-固相平衡,气相-固相平衡晶体生长分为成核和长大两阶段成核主要考虑热力学条件长大主要考虑动力学条件新相核的发生和长大称为成核过程成核过程分为均匀成核和非均匀成核8,过冷度:每种物质都有平衡结晶温度或称为理论结晶温度在实际结晶中,实际结晶温度总低于理论结晶温度,称为过冷现象两者温度差值被称为过冷度,它是晶体生长的驱动力冷却速度T,过冷度T,晶体生长速度T冷却速度1,过冷度1,晶体生长速度9,定向凝固凝固过程中采用强制手段,在凝固金属和凝固熔体中建立特定方向的温度梯度,使熔体沿与热流相反的方向凝固,获得具有特定取向柱状晶的技术温度梯度大小直接影响晶体生长速率和质量凝固速率取决于铸型或炉体的移动速率技术工艺参数凝固中固液界面前沿液相中的温度梯度GL,固液界面向前推进的速度R10,提拉法的原理也为丘克拉斯基技术,是熔体中晶体生长最常用的方法之一,利用温场控制来使得熔融的原料生长成晶体优点
(1)直接观察晶体的生长状况;
(2)显著减小晶体应力防止培蜗壁上寄生成核;
(3)方便使用定向籽晶和“缩颈”工艺,得不同取向单晶体,降低晶体中位错密度,减少嵌镶结构,提高晶体完整性最大优点以较快速率生长的较高质量的晶体缺点
(1)用培蜗做容器,导致熔体有不同程度污染;
(2)当熔体中含易挥发物时,则存在控制组分的困难;
(3)不适用于对于固态下有相变的晶体11,区域熔化技术特点体系由晶体、熔体和多晶体原料三部分组成;体系中存在两个固-液界面,一个界面上发生结晶过程,而两一个界面上发生多晶原料方向的熔化过程,熔融区向多晶原料方向移动;熔区体积不变,不断向熔区中添加原料;生长以晶体的长大和多晶原料的耗尽而结束;技术分类水平区熔法,浮区法,基座法和焰熔法12,高温溶液生长此方法制备单晶材料的工艺关键是助熔剂的选择,加入助熔剂,降低熔融温度,在较低温度上生长的层状晶体的点缺陷浓度和位错密度都较低,化学计量和掺质均匀性较好,因而在结晶学上比熔体法生长的晶体更为优良13,水热法生长过程的特点过程是在压力与气氛可控制的封闭系统中进行;生长温度比熔融法和熔盐法低很多;生长区基本处于恒温和等浓度状态,温度梯度小;属于稀薄相生长,溶液黏度低14,非晶态材料微观结构基本特征⑴只存在小区间内的短程有序在近邻和次近邻原子间键合(如配位数、原子间距、键角、键长等)有一定的规律性,而没有长程有序;⑵衍射花样由较宽的晕和弥散的环组成,没有表征结晶态的任何斑点和条纹,用电镜看不到晶粒、晶界、晶格缺陷等形成的衍衬反差;
(3)当温度连续升高时,在某窄温区内,发生明显结构相变,是亚稳态材料15,非晶态材料的性质高强度、高韧性;抗腐蚀性;软磁特性中磁导率和饱和磁感应强度高,矫顽力和损耗低;超导电性一般较低,延展性较好16,非晶固体的形成分类类金属元素与非金属元素的组合;准金属元素和金属元素的组合;金属元素和金属元素的组合18,制备非晶态固体解决的关键问题:
(1)形成原子或分子混乱排17,非晶态固体的结构微晶模型,拓扑无序模型列状态;
(2)将热力学上亚稳态在一定温度范围内保存,不向晶态转变19,常见非晶态制备方法液相骤冷,从稀释态凝聚20,真空蒸镀将待成膜物质置于真空中蒸发或升华,使之在工件或基片表面析出21,蒸发源的组成应具备条件
(1)加热到平衡蒸气压为(
1.33义
11.33Pa)〜的蒸发温度;
(2)要求培锅材料有化学稳定性;
(3)承载一定量待蒸镀材料蒸发源类型点源、面源22,电子束加热法优点直接对蒸发材料加热;避免材料与容器的反应和容器材料的蒸发;蒸发高熔点材料缺点装置复杂;只适合蒸发单质元素;残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束电离23,溅射成膜溅射指荷能粒子轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出的现象逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜优点和缺点参数控制较蒸发困难;不存在分馅,不需加热至高温等24,化学气相沉积的反应形式分类
(1)热分解反应
(2)氢还原反应
(3)金属产生的还原反应
(4)基片产生的还原反应
(5)化学输送反应25,影响薄膜质量的主要工艺参数沉积温度、反应气体组成、工作气压、基板温度、气体流量等温度是最重要的影响因素26,功能陶瓷材料的分类(按功能和用途分类)
(1)电功能陶瓷;
(2)磁功能陶瓷;
(3)光功能陶瓷;
(4)生物及化学功能陶瓷27,烧结工艺阶段
(1)低温(室温300℃)-排除残余水分;
(2)中〜►温(分解氧化阶段,300950℃)-排除结构水,有机物分解、碳和无机〜►物的氧化,碳酸盐、硫化物的分解;
(3)高温(950℃烧成温度)T氧化、〜分解,形成新晶相和晶粒长大;
(4)冷却阶段,冷却凝固,晶型转变28,超导体两个独立的基本性质零电阻现象;完全抗磁性29,约束超导现象临界条件:临界温度(Tc)、临界磁场(He)、临界电流(I C)O30,高温熔烧法工艺关键使其缺氧,保证氧含量小于7,降原料按比例混和后压块,盛于白金或氧化铝培蜗中,在电炉内,大气气氛下烧结,烧结温度为900960°C,时间至少为4h断电自然冷却至室温〜为使材料均匀,从炉内取出后经粉碎再压块,按上述条件进行第二次烧结,甚至三次,制得正交结构的超导材料31,热敏陶瓷基本分类PTC热敏电阻(电阻随温度升高而增大);NTC热敏电阻(电阻随温度升高而减少);CTR临界温度热敏电阻(电阻在某特定温度范围内急剧变化)32,敏感陶受的半导化掺杂条件在氧化物中,掺入少量高价或低价杂质离子,引起氧化物晶体的能带畸变,形成施主能级和受主能级形成n型或p型半导体陶瓷33,气敏材料的性能指标气体选择性;初始稳定、气敏响应和复原特性;灵敏度及长期稳定性34,提高气敏元件的气体选择性的办法
①在材料中掺杂金属氧化物或其他添加物;
②控制调节烧结温度;
③改变气敏元件的工作温度;
④采用屏蔽技术35,压电陶差分类一元系压电陶瓷;二元系Pb(ZrTi)36,压电陶受结构指有力学和机械性能及部分热学和化学功能的高技术陶瓷其中适合在高温下应用的为高温结构陶瓷具有耐高温、高硬度耐磨损、耐腐蚀、低膨胀系数、高导热性和质轻的特点37,超微粉的结构特点
(1)大的比表面积;
(2)特殊表面结构物质;
(3)电荷分布特殊性是对称性的
(4)金属超微粒的非稳定结构;
(5)很高比表面自由能
(6)小体积效应;
(7)熔点降低效应38,带式浇注式流延成型工艺特点是可进行材料微观结构和宏观结构设计,对表面不相容的两种材料可用梯度化工艺叠层连接,实现一材多功能,获得倾斜机能材料,如硬表面/轻质内部等二,解答题1,单晶生长技术有?选择2-3种技术简述其原理答熔体生长,固相生长,气相生长,溶液生长1气相生长对某晶体模型,气相原子或分子运动到晶体表面,在一定条件压力、温度等下被晶体吸收,形成稳定二维晶核晶面上产生台阶,俘获表面上扩散的吸附原子,台阶运动、蔓延横贯表面,晶体便生长一层原子高度,循环往复长出块状或薄膜状晶体2溶液生长法将原料溶解在溶剂中,采取适当措施造成溶液的过饱和状态,使晶体在其中生长2,溶胶-凝胶法制备纳米粉体的原理及过程原理金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化,热处理而成氧化物或其他化合物固体过程溶胶的制备;溶胶一凝胶转化;凝胶干燥3,放电等离子体技术特点、工艺流程及主要工艺参数放电等离子烧结技术的原理等离子体烧结Spark PlasmaSintering,简称SPS,该技术是通过将柱殊电源控制装置发生的ON-OFF直流脉冲电压加到粉体试料上,除了能利用通常放电加工所引起的烧结促进作用(放电冲击压力和焦耳加热)外,还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象(瞬间产生高温等离子体)所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术因此有时也被称为等离子活化烧结(Plasma放电等离子烧结技术的工艺特点烧结快速一般材料烧结致密化只需而和需要
1.3〜lOmin,HP HIP120〜300min;-懑浦而同;马而疝相位,痴扇逅丽可停底;HIP20〜300C烧结机理特殊粉末颗粒内部加热,电场、磁场作用,能赋予材料新的
3.结构与性能;丁系褊承痂口木像热辱静压加霜需羹下分盛点的操雨人反前赢模套技术;设备占地面积小、自动化程度高、工艺流程短、运行成本低;
5.无需粉末预成型,可以直接烧结成致密体,特别适合于球形、非晶、纳
6.米等特种粉末致密材料的制备;卜;
5.是一种材料制备加工平台新技术,也可用于材料连接
7.4,简述非晶态材料形成过程、特点、条件和判据C非晶形成过程;D非晶晶化过程;E结晶过程特点:⑴从熔体中形成非晶态的过程是:过热熔体〉过冷熔体〉非晶固相⑵非晶形成是亚稳相间转变亚稳过冷液相T亚稳固相⑶从现象看,在非晶态形成中,熔体由液态变为固态时是连续的、粘滞系数加大的过程;⑷制备非晶材料,必须抑制过程结晶、非晶晶化的发生;⑸保证非晶材料稳定性,研究过程非晶晶化过程发生条件;⑹非晶态形成过程本质是亚稳液相与亚稳固相间的转变形成条件⑴冷却速度冷速足够大;⑵化学成分组元间电负性与原子尺寸差越大,越容易形成非晶态.⑶熔点和玻璃化温度之差AT:AT=T-T,AT越小,形成非晶倾向越大成分位于共晶点附近的合金易于形成非晶依据1戴维斯判据:合金熔点为Tm,混合熔点Tm,定义J二Tm-Tm/Tm,为熔点的相对偏移戴维斯判据叙述为当J
0.2时,合金可在105-107K/s下形成非晶态合金混合熔点Tm为「二Tl XIM+TX m过渡金属的熔点;T类金属熔点;X过渡金属摩尔分数;Xv类金属摩尔分数2尼尔森判据定义合金的升华AH,二H X+HXHI为过渡金属的升华;H为类金属的升华熔当0WXmW
0.40及Tg/Tm
0.50时,形成非晶态合金。