《材料合成与加工》复习

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1、《材料合成与加工》复习综述部分1．材料科学技术发展的重点：④材料设计，包括四个层次：量子设计（光学、电子运动），原子设计（纳米技术），微观设计（微米级结构的设计）和宏观设计（毫米、厘米级结构的设计）2．即使是组成完全相同的材料也会因合成与加工的途径不同而呈现迥然不同的性质，因此，研究某一特定材料也必须对这一材料的合成与加工有所了解。材料的合成与材料的加工在涵义上有很大的不同。材料的合成是指通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原料中得到化学上不同于原材料的新材料。材料的加工是指通过一定的工艺手段使新材料在物理上处于和原材料不同的状态（化学上完全相同），比如从块体材料中获得薄

2、膜材料）。材料的合成与材料的加工常常也不分开，而是用统一的方式称为材料的制备。无机材料合成实验技术1．高温合成技术根据加热方式的不同，电炉大致可分为：电阻炉、感应炉、电弧炉和等离子炉、电子束炉和利用热辐射的加热设备。电阻炉中常用的电热体有：Ni-Cr和Fe-Cr-Al合金电热体、Pt和Pt-Rh合金电热体、Mo、W、Ta电热体、SiC电热体、MoSi2电热体、碳质电热体、氧化物（ZrO2、ThO2）电热体。注意：MoSi2电热体不宜在低温（500～700℃）下的空气中使用，因为此时会产生“MoSi2疫”（即Mo被大量氧化而不能形成SiO2保护膜）。以ZrO2、ThO2作为电热体的

3、电炉需配有两套供电发热系统。高温测量：测量温度的方法通常分接触式（如热电偶）和非接触式（如辐射温度计）两种。2．低温合成技术通常获得低温的途径有：相变制冷、热电制冷、等焓与等熵绝热膨胀等。低温的测量仪器有：低温热电偶、电阻温度计、红外辐射温度计等。3．高压合成技术高压合成就是利用外加的高压力，使物质产生多型相变或发生不同物质间的化合，而得到新相、新化合物或新材料。高压合成技术分静高压合成技术（如大腔体两面顶、六面顶）和动高压合成技术（如爆炸冲击压缩）两类。4．真空合成技术在实验室里，仪器或设备中较高真空度的获得，通常是将多种真空组合抽真空，常用的是机械泵（作为前级泵）和扩散泵（作

4、为次级泵）的组合。实验室中，测量较高真空度的仪器通常是热偶规（应用压强范围：103～10-1Pa）和电离规（应用压强范围：10-1～10-6Pa）。5．气体净化及气氛控制在材料实验研究中，气体的使用有以下两种用途：①气体参与反应；②作为惰性气体用于吹洗、载气或保护性气氛。6实验室中净化气体的常用方法有：吸收、吸附、化学催化和冷凝。吸附与吸收的差别在于吸附仅发生在吸附剂的表面。6．定组成混合气体的配制定组成混合气体的配制有三种方法：①静态混合法；②动态混合法；③平衡法。使用气体时应注意的技术问题：①气体连接管道——输送高纯气体的管道应尽量避免使用橡胶管，最好使用金属管道。管道在安装

5、前应先用溶剂除去油脂、附着的各种金属氧化物、尘埃等。通气管道应避免任何泄露，管道的连接以焊接为可靠。②装置中的气体切换——两种可选方法：先抽后充法（省时，但要求系统结构坚固，能抵抗大气压力而不变形，不漏气，并要配置适当的真空泵。往抽空后的反应器内充入新的气体时，开始应缓慢，否则强烈的气流会使系统中粉状物质被吹散飞扬）和驱赶法（可在常压下进行，不需真空泵，但使残留空气降低到规定值，费时较长，且要消耗较多的气体）。7．物质的分离与纯化技术物质的分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离过程的分离对象是由两相或两相以上所组成的混合物，其目的只是简单地将各相加以分离。例如过滤、沉降

6、、离心分离、旋风分离等。传质分离过程是用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。传质分离过程分两类：①平衡分离过程，该过程是借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相系统变为两相系统，再以混合物中各组分处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离，如结晶、精馏、萃取。②速率分离过程是借助于某种推动力（浓度差、压力差、电位差等）的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物的分离。烧结1.有些烧结过程并不希望收缩，即希望气孔尽可能不排除，只要求颗粒之间牢固结合起来，形状不变而强度增加。这种烧结也是很有用途的，如袍沫保温材料的烧结过程等都

7、不依赖于化学反应的作用。2．传统上将烧结分为两类：固相烧结和液相烧结。固相烧结是指在烧结温度下基本无液相出现的烧结，如高纯氧化物的烧结。液相烧结是指在有液相参与下的烧结，如多组分物系在烧结温度下常有液相出现。有无液相参与，其烧结机理有原则上的区别。3．烧结的推动力：系统表面能降低是烧结过程得以进行的推动力。4．烧结过程中物质传递（传质）的途径（机制）有四种：①流动传质：在表面张力的作用下通过变形、流动引起的物质迁移。（在表面张力作用下，质点（空位）会优先沿表面张力作用的方向移动，