材料合成與制備

前言

　　材料是人類從事生產(chǎn)和保障生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會(huì)發(fā)展的技術(shù)先導(dǎo)，21世紀(jì)的今天，材料在當(dāng)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的進(jìn)程中具有舉足輕重的地位。因此，材料科學(xué)、信息科學(xué)以及生命科學(xué)被并列譽(yù)為支撐現(xiàn)代文明的三大支柱?！安牧虾铣膳c制備”作為材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，在材料科學(xué)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷對(duì)材料提出新的要求，而新材料的誕生、改進(jìn)是和合成與制備技術(shù)的發(fā)展密不可分的，擁有先進(jìn)的材料合成與制備工藝便擁有先進(jìn)的新型材料。材料先進(jìn)制備技術(shù)與合成技術(shù)的研究，是目前材料科學(xué)技術(shù)中最活躍的領(lǐng)域之一，并且是“十一五”863計(jì)劃新材料技術(shù)領(lǐng)域高性能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)主體的六個(gè)重要研究專題之一。　　本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，作者結(jié)合多年從事材料學(xué)、材料物理與化學(xué)的教學(xué)工作及講授本科生、研究生“材料合成與制備”課程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合目前從事的國(guó)家自然科學(xué)基金、973、教育部博士點(diǎn)基金、攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目等基礎(chǔ)和應(yīng)用課題的研究成果，現(xiàn)代無(wú)機(jī)新材料的常用合成與制備技術(shù)，參考國(guó)內(nèi)外大量最新著作與文獻(xiàn)，對(duì)“材料合成與制備”的概念、工藝、應(yīng)用、發(fā)展等方面進(jìn)行論述?！　”緯?shū)每章自成體系，以合成與制備技術(shù)為主線，以合成與制備原理為理論基礎(chǔ)，以新材料的合成與制備技術(shù)為主題。在教材編寫(xiě)過(guò)程中尊重本科教學(xué)規(guī)律，兼顧研究生培養(yǎng)和國(guó)防工業(yè)技術(shù)人員對(duì)材料合成與制備技術(shù)的需求。本書(shū)可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)、材料物理專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)等相關(guān)本科專業(yè)和研究生教學(xué)的教材或教學(xué)參考書(shū)，也可以作為國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域從事材料合成與制備技術(shù)科研人員參考書(shū)。

內(nèi)容概要

　　《材料合成與制備》共10章，主要內(nèi)容包括溶膠一凝膠合成、水熱／溶劑熱合成、電解合成、定向凝固工藝、化學(xué)氣相沉積、低溫固相合成、熱壓燒結(jié)以及放電等離子體燒結(jié)工藝?！恫牧虾铣膳c制備》綜合了目前集中前沿材料合成與制備工藝方法，并附有各種方法制備先進(jìn)材料的實(shí)例，將理論與實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合。　　《材料合成與制備》可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)、材料物理專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)等相關(guān)本科專業(yè)和研究生教學(xué)的教材或教學(xué)參考書(shū)，也可以作為國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域從事材料合成與制備技術(shù)科研人員參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第0章 緒論0.1 材料合成與制備的含義0.2 材料合成與制備的研究進(jìn)展0.3 材料合成基礎(chǔ)0.3.1 熱力學(xué)基礎(chǔ)0.3.2 動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)0.4 材料合成制備中的表征和分析第1章 溶膠-凝膠法1.1 溶膠-凝膠合成方法的發(fā)展1.2 溶膠-凝膠合成方法原理1.2.1 溶膠-凝膠合成方法的概念1.2.2 溶膠穩(wěn)定機(jī)制1.2.3 溶膠-凝膠合成方法的基本原理1.2.4 溶膠-凝膠合成方法的適用范圍1.3 溶膠-凝膠合成工藝1.3.1 溶膠-凝膠合成生產(chǎn)工藝種類1.3.2 溶膠-凝膠合成生產(chǎn)設(shè)備1.3.3 溶膠-凝膠合成工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及過(guò)程控制1.4 溶膠-凝膠合成方法應(yīng)用實(shí)例1.4.1 氣凝膠的制備1.4.2 ZrO2耐熱涂層的制備1.4.3 生物玻璃超細(xì)粉體的制備參考文獻(xiàn)第2章 水熱與溶劑熱合成2.1 水熱與溶劑熱合成方法的發(fā)展2.2 水熱與溶劑熱合成方法原理2.2.1 水熱與溶劑熱合成方法的概念2.2.2 水熱與溶劑熱合成的原理2.2.3 水熱與溶劑熱合成方法的適用范圍2.3 水熱與溶劑熱合成工藝2.3.1 水熱與溶劑熱合成的生產(chǎn)設(shè)備2.3.2 水熱與溶劑熱反應(yīng)的基本類型2.3.3 水熱與溶劑熱合成的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及過(guò)程控制2.4 水熱與溶劑熱合成方法應(yīng)用實(shí)例2.4.1 基于酒石酸調(diào)節(jié)的單分散Fe3O4的粒子的水熱合成2.4.2 水熱合成Co-MCM-41介孔分子篩2.4.3 水熱合成分等級(jí)球狀TiO2納米結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)第3章 電解合成3.1 電解合成發(fā)展3.2 電解合成原理3.2.1 電解合成的理論基礎(chǔ)3.2.2 電解合成的基本原理3.2.3 電解合成的適用范圍3.3 電解合成工藝3.3.1 電解合成設(shè)備3.3.2 電解合成工藝過(guò)程3.4 水溶液電解和熔鹽電解3.4.1 水溶液中金屬的電沉積3.4.2 熔鹽電解概述3.4.3 熔鹽特性3.4.4 常見(jiàn)熔鹽的主要物化性質(zhì)3.4.5 電化次序3.4.6 陽(yáng)極效應(yīng)3.5 應(yīng)用實(shí)例3.5.1 氯堿生產(chǎn)3.5.2 熔鹽電解制備鋁3.5.3 高速濺射電沉積納米晶Ni-Co合金參考文獻(xiàn)第4章 化學(xué)氣相沉積4.1 化學(xué)氣相沉積合成方法發(fā)展4.2 化學(xué)氣相沉積法原理4.2.1 化學(xué)氣相沉積法的概念4.2.2 化學(xué)氣相沉積法的原理4.2.3 化學(xué)氣相沉積法的適用范圍4.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝4.3.1 化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類4.3.2 化學(xué)氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置4.3.3 化學(xué)氣相沉積合成工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及過(guò)程控制4.4 化學(xué)氣相沉積法應(yīng)用實(shí)例4.4.1 化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管有序陣列4.4.2 脈沖等離子CVD制備多孔石墨電極層4.4.3 制備富勒烯結(jié)構(gòu)MoS2納米粒子參考文獻(xiàn)第5章 定向凝固技術(shù)5.1 定向凝固的發(fā)展歷史5.2 定向凝固基本原理5.2.1 定向凝固技術(shù)的基本定義5.2.2 定向凝固理論5.2.3 定向凝固技術(shù)的適用范圍5.3 定向凝固工藝5.3.1 定向凝固技術(shù)5.3.2 定向凝固過(guò)程的生產(chǎn)設(shè)備5.3.3 定向凝固過(guò)程的參數(shù)5.3.4 定向凝固織構(gòu)中的晶體學(xué)條件5.3.5 相變中的織構(gòu)演變5.4 定向凝固法應(yīng)用實(shí)例5.4.1 定向凝固制備Al2O3-Al2TiO55.4.2 通過(guò)連續(xù)緩冷方法定向凝固多晶硅錠5.4.3 Cu-Cr合金參考文獻(xiàn)第6章 低熱固相合成6.1 低熱固相合成發(fā)展6.2 低熱固相合成反應(yīng)原理6.2.1 固相合成反應(yīng)方法的概念6.2.2 低熱固相合成方法的原理6.2.3 低熱固相合成法的適用范圍6.3 低熱固相化學(xué)反應(yīng)合成工藝6.3.1 低熱固相合成工藝種類6.3.2 低熱固相合成生產(chǎn)設(shè)備6.3.3 低熱固相合成工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及過(guò)程控制6.4 低熱固相合成應(yīng)用實(shí)例6.4.1 O4稨2O的低熱固相合成和控制6.4.2 低熱固相合成NiFe2O4納米粒子6.4.3 通過(guò)低熱固相合成高晶態(tài)菱方BN三角形納米微晶參考文獻(xiàn)第7章 熱壓燒結(jié)7.1 熱壓燒結(jié)的發(fā)展7.2 熱壓燒結(jié)的原理7.2.1 熱壓燒結(jié)的概念7.2.2 熱壓燒結(jié)的原理7.2.3 熱壓燒結(jié)的適用范圍7.3 熱壓燒結(jié)工藝7.3.1 熱壓燒結(jié)生產(chǎn)工藝種類7.3.2 熱壓燒結(jié)的生產(chǎn)設(shè)備7.3.3 熱壓燒結(jié)的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及過(guò)程控制7.4 熱壓燒結(jié)應(yīng)用實(shí)例7.4.1 熱壓rric／Al混合粉體合成Ti3A1C27.4.2 熱壓制備B4XC／BN復(fù)合材料7.4.3 熱壓制備rriAl-A12Ti4C2Al2O3-tiC復(fù)合材料參考文獻(xiàn)第8章 自蔓延高溫合成8.1 自蔓延高溫合成技術(shù)8.1.1 自蔓延高溫合成技術(shù)發(fā)展歷史8.1.2 SHS技術(shù)的研究方向8.2 自蔓延合成方法原理8.2.1 自蔓延合成方法的概念8.2.2 自蔓延合成方法的原理8.3 自蔓延合成工藝8.3.1 自蔓延合成生產(chǎn)工藝種類8.3.2 自蔓延的結(jié)構(gòu)控制方法8.4 自蔓延合成方法應(yīng)用實(shí)例8.4.1 自蔓延燃燒合成IJNi05Mnl504正極材料8.4.2 溶膠凝膠與自蔓延聯(lián)合制備ON8.4.3 燃燒合成MoB和MoBMoSi2復(fù)合材料參考文獻(xiàn)第9章 等離子體燒結(jié)合成技術(shù)9.1 SPS合成技術(shù)的發(fā)展歷史9.2 等離子體燒結(jié)技術(shù)原理9.2.1 等離子體燒結(jié)技術(shù)的概念9.2.2 等離子體放電燒結(jié)的原理9.2.3 放電等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍9.3 等離子體放電燒結(jié)的工藝9.3.1 等離子體放電燒結(jié)的工藝設(shè)備9.3.2 等離子體放電燒結(jié)的工藝流程9.3.3 等離子體燒結(jié)工藝參數(shù)的控制9.4 等離子體放電燒結(jié)在材料制備中的應(yīng)用舉例9.4.1 鐵過(guò)量M型鋇鐵氧體的放電等離子體燒結(jié)合成9.4.2 等離子體燒結(jié)法制備熱電材料Fe2C04-xSbl29.4.3 磷酸鈣生物活性陶瓷的放電等離子體燒結(jié)9.4.4 等離子體放電燒結(jié)制備材料的其他一些應(yīng)用研究參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第0章 緒論　　0.1 材料合成與制備的含義　　材料是人類用于制造各種物品、器件、機(jī)器或其他產(chǎn)品等具有某些功能的化學(xué)物質(zhì)的總稱。材料在人類歷史發(fā)展的過(guò)程中一直占有十分重要的地位，無(wú)論從遠(yuǎn)古的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，還是到21世紀(jì)的納米時(shí)代，人類文明的進(jìn)步都是以人類所用材料的進(jìn)步作為時(shí)代劃分的標(biāo)志。材料是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，也是人類進(jìn)步的里程碑?！安牧峡茖W(xué)”是自然科學(xué)的一個(gè)分支，材料的發(fā)展和進(jìn)步是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，是人們對(duì)材料的認(rèn)識(shí)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)認(rèn)知的具體體現(xiàn)。而固體物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性的深入研究，推動(dòng)了對(duì)材料本質(zhì)及合成機(jī)理的了解，從而使人類對(duì)材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能之間關(guān)系的研究越來(lái)越深入，為材料科學(xué)的進(jìn)步打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。　　材料的合成與制備是一切材料形成的基礎(chǔ)和保障，先進(jìn)的合成與制備工藝是推動(dòng)材料特別是新材料的發(fā)展和創(chuàng)新的動(dòng)力。隨著人類對(duì)高性能和高產(chǎn)量化物質(zhì)的不斷追求，高性能器件對(duì)材料功能性和結(jié)構(gòu)性提出了越來(lái)越高的要求，材料的合成和制備技術(shù)也已成為一種新興的高科技產(chǎn)業(yè)。掌握材料的制備原理、方法和工藝，將對(duì)材料的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用起到指導(dǎo)和借鑒的作用?！　〔牧系暮铣珊椭苽涫侵负铣刹牧系暮侠矸椒ê褪侄我约矮@得材料的過(guò)程，但二者在定義上也存在差別。具體來(lái)說(shuō)，材料合成是指促使原子或分子構(gòu)成材料的化學(xué)和物理過(guò)程。關(guān)于材料合成的研究既包括尋找新合成方法的問(wèn)題，也包括以適當(dāng)?shù)臄?shù)量和形態(tài)合成材料的技術(shù)問(wèn)題；既包括新材料的合成，也包括已有材料的新合成方法及新形態(tài)的合成。材料新合成方法有溶膠一凝膠合成、水熱／溶劑熱合成、電解合成、固相合成和高壓合成等；合成的新形態(tài)材料如纖維材料、薄膜材料、納米粉體材料、復(fù)合材料等。材料制備是指研究如何控制原子與分子使其構(gòu)成有用的材料，這一點(diǎn)與材料合成的概念相同。但是材料制備還包括在更為宏觀的尺度上控制材料的結(jié)構(gòu)，使其具備所需的性能和使用效能，即包括材料的加工、處理、裝備、配合和制造。常見(jiàn)的制備工藝如熱壓燒結(jié)、定向凝固等。在現(xiàn)代材料科學(xué)的研究中，材料合成和制備相輔相成、不可分割。目前，許多工藝既包含合成也包括制備，如鑄造、自蔓延、熔鑄、噴涂及放電等離子燒結(jié)等，但無(wú)論是任何一種形成材料的工藝，其最終結(jié)果都是以生產(chǎn)出高性能、高質(zhì)量的材料為目的，以滿足制造各種物品器件或設(shè)備的需求。超導(dǎo)材料、納米材料、特殊功能材料等都是材料合成與制備工藝發(fā)展的杰出代表，材料制備工藝的突破與新材料的出現(xiàn)是推動(dòng)材料學(xué)科以及相鄰學(xué)科發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中也已將材料設(shè)計(jì)與制備的新原理與新方法列入面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的基礎(chǔ)研究。目前，隨著材料合成與制備工藝的發(fā)展和進(jìn)步，國(guó)際上幾乎每天都有數(shù)十萬(wàn)種的新化合物和新物相被合成與制備出來(lái)，而且仍將繼續(xù)下去。

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