材料制備科學(xué)與技術(shù)

前言

材料、能源和信息科學(xué)是現(xiàn)代文明的三大支柱。材料科學(xué)是研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、缺陷與性能關(guān)系及其變化規(guī)律的一門基礎(chǔ)學(xué)科，材料制備技術(shù)則是研究材料制備新技術(shù)、新工藝以實(shí)現(xiàn)新材料的設(shè)計(jì)思想，并使其投入應(yīng)用的一門應(yīng)用學(xué)科，兩者相互結(jié)合、相互促進(jìn)，形成材料制備科學(xué)與技術(shù)。材料制備科學(xué)與技術(shù)正在發(fā)生深刻變化，科學(xué)與技術(shù)日益融合，新設(shè)計(jì)思想、新材料、新技術(shù)、新工藝相互結(jié)合，開拓了許多高新技術(shù)前沿領(lǐng)域。材料制備科學(xué)與技術(shù)的現(xiàn)代研究成果包括大單晶體、薄膜、陶瓷、復(fù)合材料、超晶格量子阱、納米材料與納米技術(shù)等方面的新進(jìn)展，正在并將繼續(xù)在推進(jìn)人類物質(zhì)文明和精神文明過程中起到重要的先導(dǎo)作用。本書主要集中闡述材料制備科學(xué)與技術(shù)的基本理論知識(shí)和新材料、新技術(shù)的最新成果，包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、成核理論、界面的平衡結(jié)構(gòu)、晶體生長動(dòng)力學(xué)、相平衡狀態(tài)圖、單晶材料的制備、薄膜材料的制備、陶瓷材料的制備、復(fù)合材料的制備和材料工程新技術(shù)。全書編著過程始終把握基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)際材料，特別是高技術(shù)新材料的研究、制備與應(yīng)用相結(jié)合的原則，重點(diǎn)是先進(jìn)人工晶體材料制備科學(xué)與技術(shù)，在闡述有關(guān)國內(nèi)外研究進(jìn)展與前沿成果的同時(shí)，還引入了編著者多年來在該領(lǐng)域進(jìn)行教學(xué)和科學(xué)研究中所積累的有關(guān)新知識(shí)、新經(jīng)驗(yàn)、新成果，使讀者既能了解到該學(xué)科的國際發(fā)展水平，又能看到我國的先進(jìn)技術(shù)，從而增加學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。內(nèi)容編排遵循理論聯(lián)系實(shí)際的原則，深入淺出，既有基本原理的論述，又有實(shí)際操作方法和工藝、技術(shù)的介紹，還配有適當(dāng)?shù)幕驹砗偷湫驮O(shè)備示意圖及其相關(guān)習(xí)題。本書共分為11章，其中第1—6章為朱世富編著，第7～11章為趙北君編著。材料制備科學(xué)與技術(shù)內(nèi)涵豐富，涉及的學(xué)科領(lǐng)域和范圍非常廣泛，知識(shí)技術(shù)又在不斷發(fā)展更新，鑒于我們的知識(shí)水平有限，難免存在缺點(diǎn)甚至錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書比較深入系統(tǒng)地闡述了材料制備科學(xué)與技術(shù)的基本理論知識(shí)和新材料、新技術(shù)的最新成果，包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、成核理論、界面的平衡結(jié)構(gòu)、晶體生長動(dòng)力學(xué)、相平衡狀態(tài)圖、單晶材料的制備、薄膜材料的制備、陶瓷材料的制備、復(fù)合材料的制備和材料工程新技術(shù)，重點(diǎn)是先進(jìn)人工晶體的材料制備科學(xué)與技術(shù)。全書共11章，第1～6章為材料制備科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)部分，第7—11章為材料制備新技術(shù)與新材料部分。    本書既可作為材料科學(xué)與工程及相關(guān)專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課教材，又可作為物理學(xué)、化學(xué)、化工和其他相關(guān)專業(yè)研究生的教材或參考書，也可作為有關(guān)教師、科研人員和工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 晶體結(jié)構(gòu) 　1.1　晶體學(xué)基礎(chǔ)　1.2　空間點(diǎn)陣　1.3　米勒指標(biāo)　1.4　密堆積與配位數(shù)　1.5　晶體結(jié)合鍵型　1.6　元素晶體結(jié)構(gòu)　1.7　幾種典型晶體結(jié)構(gòu)　1.8　固溶體和中間相　習(xí)題第2章 晶體缺陷　2.1　點(diǎn)缺陷　2.2　線缺陷　2.3　面缺陷　習(xí)題第3章 成核理論　3.1　相變驅(qū)動(dòng)力　3.2　彎曲界面的平衡與相變位壘　3.3　均勻成核　3.4　非均勻成核　3.5　再結(jié)晶成核　3.6　單相固溶體的凝固　習(xí)題第4章 界面的平衡結(jié)構(gòu)　4.1　晶體的平衡形狀　4.2　生長界面結(jié)構(gòu)的基本類型　4.3　柯塞爾模型　4.4　杰克遜模型　4.5　特姆金模型　習(xí)題　第5章 晶體生長動(dòng)力學(xué)　5.1　鄰位面的生長——臺(tái)階動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)　5.2　光滑界面的生長　5.3　粗糙界面的生長　5.4　晶體生長動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一理論　5.5　晶體生長形態(tài)學(xué)　習(xí)題第6章 相平衡狀態(tài)圖　6.1　相平衡與相圖　6.2　二元系統(tǒng)相圖　6.3　三元系統(tǒng)相圖　6.4　三元共晶相圖　6.5　三元合金相圖的四相平衡轉(zhuǎn)變　6.6　相圖與晶體生長　習(xí)題第7章 單晶材料的制備　7.1　氣相生長法　7.2　水溶液生長法　7.3　水熱生長法　7.4　熔鹽生長法　7.5　熔體生長法　習(xí)題第8章 薄膜材料的制備　8.1　薄膜的形成機(jī)理　8.2　物理氣相沉積　8.3　化學(xué)氣相沉積　8.4　化學(xué)溶液鍍膜法　8.5　液相外延制膜法　8.6　膜厚的測(cè)量與監(jiān)控　習(xí)題第9章 陶瓷材料的制備　9.1　陶瓷的組成相及其結(jié)構(gòu)　9.2　陶瓷的制備工藝　9.3　裝置瓷　9.4　電容器陶瓷　9.5　壓電陶瓷　9.6　鐵氧體　9.7　高溫陶瓷　習(xí)題第10章 復(fù)合材料的制備　10.1　復(fù)合材料的一般概念　10.2　顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料　10.3　夾層增強(qiáng)復(fù)合材料　10.4　纖維增強(qiáng)復(fù)合材料　10.5　樹脂基復(fù)合材料　10.6　金屬基復(fù)合材料　10.7　陶瓷基復(fù)合材料　習(xí)題第11章 材料工程新技術(shù)　11.1　低維材料　11.2　納米材料與制備技術(shù)　11.3　金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積　11.4　化學(xué)束外延和原予層外延　11.5　激光沉積與激光釉化　11.6　梯度功能材料　11.7　智能材料與結(jié)構(gòu)　習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.位錯(cuò)對(duì)生長的貢獻(xiàn)晶體生長過程中，由于各種工藝原因，晶體存在一定數(shù)量的位錯(cuò)。如果一個(gè)純螺型位錯(cuò)和光滑界面正交，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高度等于界面間距的臺(tái)階，如圖5.1 1所示。不管晶面如何生長，這種臺(tái)階是永存的。這是由于晶體中出現(xiàn)了螺位錯(cuò)，晶面已經(jīng)成為一個(gè)連續(xù)的螺蜷面，而不再像完整晶體那樣是一層一層垛起來的。由于這種因位錯(cuò)產(chǎn)生的臺(tái)階永遠(yuǎn)存在，因而能在生長過程中提供無窮無盡的臺(tái)階源，這就完全消除了光滑界面生長的熱力學(xué)位壘，去除了二維成核的必要性。如圖5.1 1所示，這種類型的臺(tái)階把螺位錯(cuò)的端點(diǎn)和晶體的邊緣連接起來，在驅(qū)動(dòng)力作用下，當(dāng)流體原子或分子被吸附在晶體表面并擴(kuò)散到臺(tái)階之后，臺(tái)階便向前推進(jìn)。既然位錯(cuò)端點(diǎn)固定不動(dòng)，臺(tái)階就勢(shì)必繞著此端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。由于使臺(tái)階內(nèi)端旋轉(zhuǎn)一周比使臺(tái)階外端旋轉(zhuǎn)一周所需要的原子少，因此臺(tái)階內(nèi)端部分比臺(tái)階外端部分旋轉(zhuǎn)得快，即角速率要大些，因而臺(tái)階便成為螺蜷狀。如圖5.12所示的是開始時(shí)為直臺(tái)階，在驅(qū)動(dòng)力作用下臺(tái)階運(yùn)動(dòng)不同時(shí)刻的圖像。臺(tái)階發(fā)展成為螺蜷狀之后，臺(tái)階內(nèi)端的角速度不會(huì)永遠(yuǎn)比外端大。因?yàn)榕_(tái)階內(nèi)端的曲率半徑總比外端的小，所以臺(tái)階內(nèi)端運(yùn)動(dòng)速率也就會(huì)比外端的小[參看式（5.23）]。最后，臺(tái)階的形狀達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，臺(tái)階上各點(diǎn)的角速度都是一樣的，這樣的生長方式將在光滑界面上形成蜷線式的小丘，稱為生長丘。如果有一對(duì)異號(hào)螺位錯(cuò)（一個(gè)左旋螺位錯(cuò)和一個(gè)右旋螺位錯(cuò)）在表面露頭，間距大于2r。其間的臺(tái)階以類似的方式運(yùn)動(dòng)，如圖5.13所示。由兩個(gè)中心（位錯(cuò)露頭處）傳播出來的臺(tái)階相遇而消失，便形成一個(gè)閉合的臺(tái)階傳播出去，這樣的過程不斷重復(fù)，也能提供無窮無盡的臺(tái)階。值得注意的是，一對(duì)異號(hào)螺位錯(cuò)所產(chǎn)生的臺(tái)階是一層層閉合平臺(tái)，而單個(gè)螺位錯(cuò)所產(chǎn)生的臺(tái)階是一個(gè)連續(xù)螺蜷面式的臺(tái)階。單個(gè)螺位錯(cuò)和一對(duì)螺位錯(cuò)所產(chǎn)生的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，如圖514所示。所有這些螺位錯(cuò)產(chǎn)生臺(tái)階的方式類似于作為位錯(cuò)增殖機(jī)制的Erank～Read源產(chǎn)生位錯(cuò)的方式。

編輯推薦

《材料制備科學(xué)與技術(shù)》是朱世富編寫的，由高等教育出版社出版。

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