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。全書先簡要介紹了傳統(tǒng)材料的制備技術(shù),然后以新材料的制備技術(shù)為重點(diǎn),使學(xué)生在了解和熟悉冶金、粉末冶金這些經(jīng)典的材料制備方法的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)掌握單晶材料、非晶材料、薄膜材料和納米材料等新材料的各種制備技術(shù),最后簡要介紹了功能陶瓷的制備技術(shù)。
本書是根據(jù)高等學(xué)校材料科學(xué)與工程學(xué)院的教學(xué)需要而編寫的教材。本書針對21世紀(jì)新材料的發(fā)展趨勢,總結(jié)概括了幾種傳統(tǒng)及熱點(diǎn)形態(tài)材料和新材料的常用合成和制備方法。通過本課程的學(xué)習(xí),能夠使學(xué)生對傳統(tǒng)及幾種常見新材料制備方法的發(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。
本書內(nèi)容涉及金屬材料、機(jī)非金屬材料、高分子材料等傳統(tǒng)工程材料,以及單晶材料、非晶材料、薄膜材料和納米材料等新型材料的制備技術(shù)和過程。前幾章簡要介紹傳統(tǒng)材料的制備技術(shù),然后重點(diǎn)介紹了新材料的制備技術(shù),力圖系統(tǒng)、連貫、簡潔,使學(xué)生在了解和熟悉冶金、粉末冶金這些經(jīng)典的材料制備方法的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)掌握新型材料的各種制備技術(shù),后簡要介紹了功能陶瓷的制備技術(shù)。本教材適合材料各專業(yè)本科教學(xué)使用。
本書第1章由河南科技大學(xué)文九巴編寫,第2章由河南科技大學(xué)任鳳章編寫,第3章、第9章、第4章第1~2節(jié)由河南科技大學(xué)熊毅編寫,第4章第3節(jié)、第5章、第6章由河南科技大學(xué)馬景靈編寫,第7章、第8章由燕山大學(xué)曲明貴編寫,全書由馬景靈主編,熊毅、曲明貴副主編。本教材在內(nèi)容上參考和借鑒了許多傳統(tǒng)教材以及近的有關(guān)材料制備技術(shù)的論文和資料,主要參考文獻(xiàn)列于書后,在此謹(jǐn)向所有參考文獻(xiàn)的作者誠致謝意。
本書不但是材料類本科專業(yè)學(xué)生的教材,而且也可以作為研究生和從事材料工作技術(shù)人員的參考書。
限于作者水平,在編寫中難免存在著疏漏和不妥之處,懇切希望同行和讀者批評指正,以利于今后的補(bǔ)充、修改和完善。
編者
2016年6月
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