本書共9章,內容涉及金屬材料、無機非金屬材料、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和過程。全書先簡要介紹了傳統(tǒng)材料的制備技術,然后以新材料的制備技術為重點,使學生在了解和熟悉冶金、粉末冶金這些經典的材料制備方法的基礎上,學習掌握單晶材料、非晶材料、薄膜材料和納米材料等新材料的各種制備技術,最后簡要介紹了功能陶瓷的制備技術。
本書是根據(jù)高等學校材料科學與工程學院的教學需要而編寫的教材。本書針對21世紀新材料的發(fā)展趨勢,總結概括了幾種傳統(tǒng)及熱點形態(tài)材料和新材料的常用合成和制備方法。通過本課程的學習,能夠使學生對傳統(tǒng)及幾種常見新材料制備方法的發(fā)展概況、制備原理、操作設備以及制備工藝方法等有一定的了解和掌握。
本書內容涉及金屬材料、機非金屬材料、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和過程。前幾章簡要介紹傳統(tǒng)材料的制備技術,然后重點介紹了新材料的制備技術,力圖系統(tǒng)、連貫、簡潔,使學生在了解和熟悉冶金、粉末冶金這些經典的材料制備方法的基礎上,學習掌握新型材料的各種制備技術,后簡要介紹了功能陶瓷的制備技術。本教材適合材料各專業(yè)本科教學使用。
本書第1章由河南科技大學文九巴編寫,第2章由河南科技大學任鳳章編寫,第3章、第9章、第4章第1~2節(jié)由河南科技大學熊毅編寫,第4章第3節(jié)、第5章、第6章由河南科技大學馬景靈編寫,第7章、第8章由燕山大學曲明貴編寫,全書由馬景靈主編,熊毅、曲明貴副主編。本教材在內容上參考和借鑒了許多傳統(tǒng)教材以及近的有關材料制備技術的論文和資料,主要參考文獻列于書后,在此謹向所有參考文獻的作者誠致謝意。
本書不但是材料類本科專業(yè)學生的教材,而且也可以作為研究生和從事材料工作技術人員的參考書。
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本課程的學習內容和方法4
1.4材料合成與制備的發(fā)展5
參考文獻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特種結構陶瓷的制備過程30
3.4工程陶瓷材料的應用實例32
3.4.1發(fā)動機用高溫高強度陶瓷材料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高聚物的結構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39
4.4.2自由基聚合方法40
4.4.3縮聚反應方法45
參考文獻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形變再結晶理論49
5.2.2應變退火及其工藝設備52
5.2.3利用燒結體生長晶體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晶體生長實例光折變材料BaTiO3的晶體生長72
參考文獻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)合金的結構特點76
6.1.3非晶態(tài)合金的特性及發(fā)展應用76
6.2非晶態(tài)材料的形成理論79
6.2.1熱力學理論79
6.2.2動力學理論80
6.2.3結構化學理論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)材料的結構模型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)材料制備技術舉例91
參考文獻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)的分子動力學基礎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化學氣相沉積119
7.3.1基本概念119
7.3.2反應原理120
7.3.3影響CVD薄膜的主要參數(shù)122
7.3.4CVD設備122
7.3.5CVD裝置124
7.4三束技術與薄膜制備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準分子激光蒸發(fā)鍍膜方法128
7.4.4等離子體法制膜技術130
7.4.5離子束增強沉積表面改性技術132
7.5液相反應沉積133
7.5.1液相外延技術133
7.5.2化學鍍133
7.5.3電化學沉積133
7.5.4溶膠-凝膠法133
參考文獻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構137
8.1.2納米材料的特性138
8.1.3納米材料研究的特點138
8.1.4納米材料的性能和應用139
8.2納米材料制備技術142
8.2.1納米材料制備技術現(xiàn)狀142
8.2.2物理法制備納米材料143
8.2.3化學法制備納米材料144
8.3塊體納米材料的制備技術146
8.3.1惰性氣體凝聚原位加壓成形法146
8.3.2機械合金研磨結合加壓成塊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的應用領域148
參考文獻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高溫超導陶瓷153
9.2.1超導體153
9.2.2陶瓷超導材料155
9.2.3超導理論156
9.2.4超導陶瓷的具體結構157
9.2.5超導體主要性能測試158
9.2.6超導陶瓷的制備159
9.2.7超導陶瓷的應用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壓電陶瓷的應用176
9.5半導體陶瓷176
9.5.1半導體陶瓷的導電特性176
9.5.2半導體摻雜陶瓷及其應用177
9.5.3陶瓷半導體元件178
9.6磁性陶瓷178
9.6.1磁性陶瓷的磁學基本性能179
9.6.2磁性陶瓷的分類181
9.6.3磁性陶瓷材料及其應用181
參考文獻185
思考題186