材料合成制备考试复习资料终极版.doc

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1、材料合成：指把各种原子、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。材料制备：制备一词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。(一是新的制备方法以及新的制备方法中的科学问题，二是各种制备方法中遇到的工程技术问题)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).材料的分类：用途：结构材料，功能材料。物理结构：晶体材料、非晶态材料和纳米材料。几何形态：三维二维一维零维材料。发

2、展：传统材料，新材料。按属性分：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，将上述三种材料进行复合，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。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。新材料主要发展趋势：1结构材料的复合化2信息材料的多功能集成化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。单晶体的基本性质：均匀性；各向异性；自限性；对称性；最小内能和最大稳定性。晶体生长类型：固相-固相平衡的晶体生长，液相-固

3、相平衡的晶体生长，气相-固相平衡的晶体生长。晶体生长可以分为成核和长大两个阶段。成核过程主要考虑热力学条件。长大过程则主要考虑动力学条件。在晶体生长过程中，新相核的发生和长大称为成核过程。成核过程可分为均匀成核和非均匀成核。过冷度——每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度，它是晶体生长的驱动力。冷却速度↑，过冷度↑，晶体生长速度↑冷却速度↓，过冷度↓，晶体生长速度↓定向凝固：在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和凝固熔体中建立起

4、特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着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的生长速率和晶体的质量。凝固速率实际上取决于铸型或炉体的移动速率。定向凝固技术的工艺参数：凝固过程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R（传统：发热剂法，功率降低法，快速凝固法，液态金属冷却法，流态床冷却法。新型：超高温度梯度定向凝固，电磁约束成形定向凝固，深过冷定向凝固，激光超高温梯度快速凝固技术，连续定向凝固技术法）提拉法的原理：也称为丘克拉斯基（Gockraski）技术，是熔体中晶体生长最常用的方法之一，是利用温场

5、控制来使得熔融的原料生长成晶体。优点：a可以直接观察晶体的生长状况b能够显著减小晶体的应力并防止坩埚壁上的寄生成核；c可以方便的使用定向籽晶和“缩颈”工艺，得到不同取向的单晶体，降低晶体中的位错密度，减少嵌镶结构，提高晶体的完整性。最大优点：能够以较快的速率生长较高质量的晶体。缺点：a一般要用坩埚做容器，导致熔体有不同程度的污染；b当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难；c不适用于对于固态下有相变的晶体。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；体系中存在着两个固-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

6、熔化过程，熔融区向多晶原料方向移动；熔区体积不变，不断地向熔区中添加原料；生长以晶体的长大和多晶原料的耗尽而结束；包括：水平区熔法，浮区法，基座法和焰熔法。（水平区熔法：减小了坩埚对熔体的污染；降低了加热功率；提高了晶体的纯度。浮区法：不需要坩埚，可以生长高熔点材料晶体）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（有足够大的溶解度；所生成的晶体是唯一稳定的物相；固溶度应尽可能小；小粘滞性；低熔点，高沸点；很小的挥发性、腐蚀性和毒性；易溶于对晶体无腐蚀作用的液体溶剂中），加入助熔剂，降低熔融温度，而在较低温度上生长的层状晶体的点缺陷浓度和

7、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。水热法生长过程的特点：过程是在压力与气氛可以控制的封闭系统中进行的；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。非晶态材料微观结构基本特征：(1)只存在小区间内的短程有序。在近邻和次近邻原子间的键合具有一定的规律性，而没有任何长程有序；(2)它的衍射花样是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；（3)当温度连续升高时，在某个很窄的温区内，会发生明显的结构相变，是一种亚稳态材料。非晶态材料的性

8、质：高强度、高韧性；抗腐蚀性；软磁特性；超导电性－一般较低，但延展性较好；非晶半导体光学性质其他性质非晶固体