材料合成與制備

第1章引言1

1.1材料與工程材料1

1.1.1材料1

1.1.2材料科學(xué)與工程1

1.1.3工程材料的分類2

1.2材料合成與制備3

1.2.1材料合成與制備的概念3

1.2.2材料合成與制備的意義4

1.3本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法4

1.4材料合成與制備的發(fā)展5

參考文獻(xiàn)5

思考題6

第2章常用金屬材料的制備7

2.1冶金工藝7

2.1.1火法冶金7

2.1.2濕法冶金8

2.1.3電冶金8

2.2鋼鐵材料的制備9

2.2.1生鐵的冶煉10

2.2.2鋼的冶煉14

2.2.3鑄鐵的熔制16

參考文獻(xiàn)19

思考題19

第3章陶瓷材料的制備21

3.1陶瓷材料的分類與顯微組織21

3.1.1陶瓷材料的分類21

3.1.2陶瓷材料的顯微組織21

3.2陶瓷材料的特性與發(fā)展前景23

3.2.1陶瓷材料的特性23

3.2.2陶瓷材料的發(fā)展前景24

3.3陶瓷材料的制備25

3.3.1傳統(tǒng)陶瓷的制備過程25

3.3.2特種結(jié)構(gòu)陶瓷的制備過程30

3.4工程陶瓷材料的應(yīng)用實(shí)例32

3.4.1發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫高強(qiáng)度陶瓷材料32

3.4.2超硬工具陶瓷材料32

3.4.3超高壓合成材料33

3.4.4透明陶瓷34

參考文獻(xiàn)34

思考題34

第4章高分子材料的制備35

4.1概述35

4.1.1常用名詞35

4.1.2高分子材料的發(fā)展史36

4.1.3高分子材料的分類和命名36

4.2高聚物的結(jié)構(gòu)37

4.3塑料、橡膠、纖維三大合成材料38

4.4高分子材料的制備38

4.4.1高分子聚合反應(yīng)39

4.4.2自由基聚合方法40

4.4.3縮聚反應(yīng)方法45

參考文獻(xiàn)46

思考題47

第5章單晶材料的制備48

5.1概述48

5.1.1單晶48

5.1.2單晶的制備方法48

5.2固相-固相平衡的晶體生長49

5.2.1形變再結(jié)晶理論49

5.2.2應(yīng)變退火及其工藝設(shè)備52

5.2.3利用燒結(jié)體生長晶體54

5.3液相-固相平衡的晶體生長(熔體法)54

5.3.1從液相中生長晶體的一般理論54

5.3.2定向凝固法62

5.3.3提拉法66

5.3.4區(qū)域熔化技術(shù)68

5.4常溫溶液法68

5.4.1基本原理68

5.4.2晶體生長方法69

5.5高溫溶液法70

5.5.1基本原理70

5.5.2晶體生長方法簡介71

5.5.3晶體生長實(shí)例光折變材料BaTiO3的晶體生長72

參考文獻(xiàn)72

思考題73

第6章非晶材料的制備74

6.1概述74

6.1.1非晶材料的基本概念74

6.1.2非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)76

6.1.3非晶態(tài)合金的特性及發(fā)展應(yīng)用76

6.2非晶態(tài)材料的形成理論79

6.2.1熱力學(xué)理論79

6.2.2動(dòng)力學(xué)理論80

6.2.3結(jié)構(gòu)化學(xué)理論81

6.2.4非晶態(tài)的形成與穩(wěn)定性理論82

6.2.5非晶態(tài)材料的結(jié)構(gòu)模型83

6.3非晶態(tài)材料的制備原理與方法86

6.3.1非晶態(tài)材料的制備原理86

6.3.2非晶態(tài)材料的制備方法87

6.3.3非晶態(tài)材料制備技術(shù)舉例91

參考文獻(xiàn)99

思考題100

第7章薄膜材料的制備101

7.1物理氣相沉積——真空蒸鍍101

7.1.1真空蒸發(fā)鍍膜102

7.1.2蒸發(fā)的分子動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)103

7.1.3真空蒸發(fā)鍍膜的純度103

7.1.4蒸發(fā)源103

7.1.5合金、化合物的蒸鍍方法106

7.2物理氣相沉積濺射鍍膜109

7.2.1氣體放電理論109

7.2.2幾種典型的濺射鍍膜方法113

7.2.3離子成膜117

7.3化學(xué)氣相沉積119

7.3.1基本概念119

7.3.2反應(yīng)原理120

7.3.3影響CVD薄膜的主要參數(shù)122

7.3.4CVD設(shè)備122

7.3.5CVD裝置124

7.4三束技術(shù)與薄膜制備125

7.4.1分子束外延125

7.4.2激光輻照分子外延126

7.4.3準(zhǔn)分子激光蒸發(fā)鍍膜方法128

7.4.4等離子體法制膜技術(shù)130

7.4.5離子束增強(qiáng)沉積表面改性技術(shù)132

7.5液相反應(yīng)沉積133

7.5.1液相外延技術(shù)133

7.5.2化學(xué)鍍133

7.5.3電化學(xué)沉積133

7.5.4溶膠-凝膠法133

參考文獻(xiàn)135

思考題136

第8章納米材料的制備137

8.1概述137

8.1.1納米材料的分類及微觀結(jié)構(gòu)137

8.1.2納米材料的特性138

8.1.3納米材料研究的特點(diǎn)138

8.1.4納米材料的性能和應(yīng)用139

8.2納米材料制備技術(shù)142

8.2.1納米材料制備技術(shù)現(xiàn)狀142

8.2.2物理法制備納米材料143

8.2.3化學(xué)法制備納米材料144

8.3塊體納米材料的制備技術(shù)146

8.3.1惰性氣體凝聚原位加壓成形法146

8.3.2機(jī)械合金研磨結(jié)合加壓成塊146

8.3.3非晶晶化法147

8.4SiO2微球的制備方法147

8.4.1納米SiO2的制備147

8.4.2納米SiO2的應(yīng)用領(lǐng)域148

參考文獻(xiàn)149

思考題149

第9章功能陶瓷的合成與制備150

9.1功能陶瓷概論150

9.1.1功能陶瓷150

9.1.2功能陶瓷的制備工藝151

9.2高溫超導(dǎo)陶瓷153

9.2.1超導(dǎo)體153

9.2.2陶瓷超導(dǎo)材料155

9.2.3超導(dǎo)理論156

9.2.4超導(dǎo)陶瓷的具體結(jié)構(gòu)157

9.2.5超導(dǎo)體主要性能測試158

9.2.6超導(dǎo)陶瓷的制備159

9.2.7超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用160

9.3敏感陶瓷161

9.3.1熱敏陶瓷163

9.3.2壓敏陶瓷167

9.3.3氣敏陶瓷168

9.3.4濕敏陶瓷170

9.3.5其他敏感陶瓷簡介172

9.4壓電陶瓷173

9.4.1壓電陶瓷概述173

9.4.2壓電陶瓷的性能參數(shù)173

9.4.3壓電陶瓷材料174

9.4.4壓電陶瓷的應(yīng)用176

9.5半導(dǎo)體陶瓷176

9.5.1半導(dǎo)體陶瓷的導(dǎo)電特性176

9.5.2半導(dǎo)體摻雜陶瓷及其應(yīng)用177

9.5.3陶瓷半導(dǎo)體元件178

9.6磁性陶瓷178

9.6.1磁性陶瓷的磁學(xué)基本性能179

9.6.2磁性陶瓷的分類181

9.6.3磁性陶瓷材料及其應(yīng)用181

參考文獻(xiàn)185

思考題186

本書是根據(jù)高等學(xué)校材料科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生通識教學(xué)的需要而編寫的教科書。針對新材料的發(fā)展趨勢,總結(jié)和概括了傳統(tǒng)材料和新型材料的合成和制備方法,簡要介紹各種新型材料的制備技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握傳統(tǒng)材料制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，對目前常見新型材料制備方法的發(fā)展概況、制備原理、操作設(shè)備以及制備工藝方法等有一定的了解和掌握。

本書共9章，內(nèi)容涉及金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料等傳統(tǒng)工程材料以及新型功能材料的制備技術(shù)和過程。

合成氫燃料的生產(chǎn)方法

合成氫燃料的生產(chǎn)方法很簡單。將水引入特殊裝置中，用特制的石墨電極棒進(jìn)行裂解，就可以生成合成氫可燃混合氣體。

合成氫燃料的生產(chǎn)原料

水。合成氫燃料的生成原料主要是水，各種水資源都可以利用。比如人們的日常生活用水、中水（再生水）、河水、海水、或者已經(jīng)污染了的無機(jī)廢水等，都可為其所有。污水經(jīng)過電解反應(yīng)作用后，對水質(zhì)還可以起到凈化處理的作用。

石墨電極。在合成氫燃料的生產(chǎn)過程中，要消耗少量的石墨電極，其來源也很廣泛。一是來源于石墨礦。我國的山東、吉林、黑龍江為主要產(chǎn)地。二是人工制造。以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機(jī)械加工而制成。三是用生物質(zhì)碳（如焦炭）也可以制作石墨電極。因此合成氫的主要原料來源相當(dāng)廣泛。

第1章 總論

1.1 冶金與材料制備工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

1.2 冶金與材料制備工程科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

1.3 冶金與材料制備工程科學(xué)發(fā)展趨勢

1.4 冶金與材料制備工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)

1.5 冶金與材料制備工程學(xué)科優(yōu)先發(fā)展方向

1.6 冶金與材料制備工程學(xué)科發(fā)展對策與建議

第2章 礦物工程

2.1 礦物工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

2.2 礦物工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

2.3 礦物工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

參考文獻(xiàn)

第3章 冶金物理化學(xué)

3.1 冶金物理化學(xué)學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

3.2 冶金物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

3.3 冶金物理化學(xué)學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

參考文獻(xiàn)

第4章 冶金反應(yīng)工程

4.1 冶金反應(yīng)工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

4.2 冶金反應(yīng)工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

4.3 冶金反應(yīng)工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

4.4 冶金反應(yīng)工程學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第5章 鋼鐵冶金工程

5.1 鋼鐵冶金工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

5.2 鋼鐵冶金工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

5.3 鋼鐵冶金工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

5.4 鋼鐵冶金工程學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第6章 有色金屬冶金工程

6.1 有色金屬冶金工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

6.2 有色金屬冶金工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

6.3 有色金屬冶金工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

6.4 有色金屬冶金工程學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第7章 粉末冶金

7.1 粉末冶金學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

7.2 粉末冶金學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

7.3 粉末冶金學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

7.4 粉末冶金學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第8章 冶金新工藝新方法

8.1 冶金新工藝新方法學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

8.2 冶金新工藝新方法學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

8.3 冶金新工藝新方法學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

8.4 冶金新工藝新方法學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第9章 冶金過程工程

9.1 冶金過程工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

9.2 冶金過程工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

9.3 冶金過程工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

參考文獻(xiàn)

第10章 材料制備與加工工程

10.1 材料制備與加工工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

10.2 材料制備與加工工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

10.3 材料加工工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

10.4 材料制備與加工工程學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第11章 冶金耐火材料

11.1 冶金耐火材料學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

11.2 冶金耐火材料學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

11.3 冶金耐火材料學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

11.4 冶金耐火材料學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第12章 冶金環(huán)境工程

12.1 冶金環(huán)境工程學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

12.2 冶金環(huán)境工程學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

12.3 冶金環(huán)境工程學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

12.4 冶金環(huán)境工程學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

第13章 冶金節(jié)能

13.1 冶金節(jié)能學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位

13.2 冶金節(jié)能學(xué)科發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢

13.3 冶金節(jié)能學(xué)科戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向

13.4 冶金節(jié)能學(xué)科發(fā)展對策與建議

參考文獻(xiàn)

附錄1 冶金與礦業(yè)學(xué)科分類代碼

附錄2 冶金與材料制備工程領(lǐng)域部分院士、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)名單

附錄3 “九五、十五”間工程科學(xué)一處資助冶金與材料制備工程領(lǐng)域重大、重點(diǎn)項(xiàng)目清單2100433B

本書共9章，主要介紹了熱電材料的現(xiàn)狀、制備方法、高壓合成理論介紹、熱電性能測試方法以及不同種類的材料制備和性能研究等內(nèi)容。

本書具有較強(qiáng)的知識性和針對性,可供材料科學(xué)與工程、熱電材料、環(huán)境工程等領(lǐng)域的科研人員、技術(shù)人員和管理人員閱讀，也可供高等學(xué)校材料科學(xué)與工程、環(huán)境工程等相關(guān)專業(yè)的師生參考。