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，是社會發(fā)展的技術先導，21世紀的今天，材料在當代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的進程中具有舉足輕重的地位。因此，材料科學、信息科學以及生命科學被并列譽為支撐現(xiàn)代文明的三大支柱。“材料合成與制備”作為材料科學的一個重要分支，在材料科學領域占有舉足輕重的地位，科學技術的發(fā)展不斷對材料提出新的要求，而新材料的誕生、改進是和合成與制備技術的發(fā)展密不可分的，擁有先進的材料合成與制備工藝便擁有先進的新型材料。材料先進制備技術與合成技術的研究，是目前材料科學技術中最活躍的領域之一，并且是“十一五”863計劃新材料技術領域高性能結構材料技術主體的六個重要研究專題之一?！　”緯诰帉戇^程中，作者結合多年從事材料學、材料物理與化學的教學工作及講授本科生、研究生“材料合成與制備”課程的經(jīng)驗，結合目前從事的國家自然科學基金、973、教育部博士點基金、攻關計劃項目等基礎和應用課題的研究成果，現(xiàn)代無機新材料的常用合成與制備技術，參考國內(nèi)外大量最新著作與文獻，對“材料合成與制備”的概念、工藝、應用、發(fā)展等方面進行論述?！　”緯空伦猿审w系，以合成與制備技術為主線，以合成與制備原理為理論基礎，以新材料的合成與制備技術為主題。在教材編寫過程中尊重本科教學規(guī)律，兼顧研究生培養(yǎng)和國防工業(yè)技術人員對材料合成與制備技術的需求。本書可作為材料科學與工程專業(yè)、材料物理專業(yè)、材料化學專業(yè)等相關本科專業(yè)和研究生教學的教材或教學參考書，也可以作為國防工業(yè)領域從事材料合成與制備技術科研人員參考書。

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、化學氣相沉積、低溫固相合成、熱壓燒結以及放電等離子體燒結工藝。《材料合成與制備》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材料的實例，將理論與實驗有機結合。　　《材料合成與制備》可作為材料科學與工程專業(yè)、材料物理專業(yè)、材料化學專業(yè)等相關本科專業(yè)和研究生教學的教材或教學參考書，也可以作為國防工業(yè)領域從事材料合成與制備技術科研人員參考書。

書籍目錄

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展0.3 材料合成基礎0.3.1 熱力學基礎0.3.2 動力學基礎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)設備1.3.3 溶膠-凝膠合成工藝過程、工藝參數(shù)及過程控制1.4 溶膠-凝膠合成方法應用實例1.4.1 氣凝膠的制備1.4.2 ZrO2耐熱涂層的制備1.4.3 生物玻璃超細粉體的制備參考文獻第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)設備2.3.2 水熱與溶劑熱反應的基本類型2.3.3 水熱與溶劑熱合成的工藝過程、工藝參數(shù)及過程控制2.4 水熱與溶劑熱合成方法應用實例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 水熱合成分等級球狀TiO2納米結構參考文獻第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 電解合成設備3.3.2 電解合成工藝過程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 常見熔鹽的主要物化性質(zhì)3.4.5 電化次序3.4.6 陽極效應3.5 應用實例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合金參考文獻第4章 化學氣相沉積4.1 化學氣相沉積合成方法發(fā)展4.2 化學氣相沉積法原理4.2.1 化學氣相沉積法的概念4.2.2 化學氣相沉積法的原理4.2.3 化學氣相沉積法的適用范圍4.3 化學氣相沉積合成工藝4.3.1 化學氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類4.3.2 化學氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置4.3.3 化學氣相沉積合成工藝過程、工藝參數(shù)及過程控制4.4 化學氣相沉積法應用實例4.4.1 化學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 制備富勒烯結構MoS2納米粒子參考文獻第5章 定向凝固技術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 定向凝固技術的基本定義5.2.2 定向凝固理論5.2.3 定向凝固技術的適用范圍5.3 定向凝固工藝5.3.1 定向凝固技術5.3.2 定向凝固過程的生產(chǎn)設備5.3.3 定向凝固過程的參數(shù)5.3.4 定向凝固織構中的晶體學條件5.3.5 相變中的織構演變5.4 定向凝固法應用實例5.4.1 定向凝固制備Al2O3-Al2TiO55.4.2 通過連續(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 低熱固相合成反應原理6.2.1 固相合成反應方法的概念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 低熱固相化學反應合成工藝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)設備6.3.3 低熱固相合成工藝過程、工藝參數(shù)及過程控制6.4 低熱固相合成應用實例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 通過低熱固相合成高晶態(tài)菱方BN三角形納米微晶參考文獻第7章 熱壓燒結7.1 熱壓燒結的發(fā)展7.2 熱壓燒結的原理7.2.1 熱壓燒結的概念7.2.2 熱壓燒結的原理7.2.3 熱壓燒結的適用范圍7.3 熱壓燒結工藝7.3.1 熱壓燒結生產(chǎn)工藝種類7.3.2 熱壓燒結的生產(chǎn)設備7.3.3 熱壓燒結的工藝過程、工藝參數(shù)及過程控制7.4 熱壓燒結應用實例7.4.1 熱壓rric／Al混合粉體合成Ti3A1C27.4.2 熱壓制備B4XC／BN復合材料7.4.3 熱壓制備rriAl-A12Ti4C2Al2O3-tiC復合材料參考文獻第8章 自蔓延高溫合成8.1 自蔓延高溫合成技術8.1.1 自蔓延高溫合成技術發(fā)展歷史8.1.2 SHS技術的研究方向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 自蔓延的結構控制方法8.4 自蔓延合成方法應用實例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復合材料參考文獻第9章 等離子體燒結合成技術9.1 SPS合成技術的發(fā)展歷史9.2 等離子體燒結技術原理9.2.1 等離子體燒結技術的概念9.2.2 等離子體放電燒結的原理9.2.3 放電等離子體燒結技術的適用范圍9.3 等離子體放電燒結的工藝9.3.1 等離子體放電燒結的工藝設備9.3.2 等離子體放電燒結的工藝流程9.3.3 等離子體燒結工藝參數(shù)的控制9.4 等離子體放電燒結在材料制備中的應用舉例9.4.1 鐵過量M型鋇鐵氧體的放電等離子體燒結合成9.4.2 等離子體燒結法制備熱電材料Fe2C04-xSbl29.4.3 磷酸鈣生物活性陶瓷的放電等離子體燒結9.4.4 等離子體放電燒結制備材料的其他一些應用研究參考文獻

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、機器或其他產(chǎn)品等具有某些功能的化學物質(zhì)的總稱。材料在人類歷史發(fā)展的過程中一直占有十分重要的地位，無論從遠古的石器時代、青銅器時代、鐵器時代，還是到21世紀的納米時代，人類文明的進步都是以人類所用材料的進步作為時代劃分的標志。材料是社會進步的物質(zhì)基礎和先導，也是人類進步的里程碑?！安牧峡茖W”是自然科學的一個分支，材料的發(fā)展和進步是科學發(fā)展的必然結果，是人們對材料的認識由簡單到復雜、由經(jīng)驗到科學認知的具體體現(xiàn)。而固體物理、無機化學、有機化學、物理化學等學科的發(fā)展，對物質(zhì)結構和物性的深入研究，推動了對材料本質(zhì)及合成機理的了解，從而使人類對材料的制備、結構及性能之間關系的研究越來越深入，為材料科學的進步打下了堅實的基礎?！　〔牧系暮铣膳c制備是一切材料形成的基礎和保障，先進的合成與制備工藝是推動材料特別是新材料的發(fā)展和創(chuàng)新的動力。隨著人類對高性能和高產(chǎn)量化物質(zhì)的不斷追求，高性能器件對材料功能性和結構性提出了越來越高的要求，材料的合成和制備技術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，將對材料的開發(fā)、生產(chǎn)和應用起到指導和借鑒的作用?！　〔牧系暮铣珊椭苽涫侵负铣刹牧系暮侠矸椒ê褪侄我约矮@得材料的過程，但二者在定義上也存在差別。具體來說，材料合成是指促使原子或分子構成材料的化學和物理過程。關于材料合成的研究既包括尋找新合成方法的問題，也包括以適當?shù)臄?shù)量和形態(tài)合成材料的技術問題；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、復合材料等。材料制備是指研究如何控制原子與分子使其構成有用的材料，這一點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構，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。常見的制備工藝如熱壓燒結、定向凝固等。在現(xiàn)代材料科學的研究中，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等，但無論是任何一種形成材料的工藝，其最終結果都是以生產(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備的需求。超導材料、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)是推動材料學科以及相鄰學科發(fā)展的主要動力?！秶抑虚L期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》中也已將材料設計與制備的新原理與新方法列入面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎研究。目前，隨著材料合成與制備工藝的發(fā)展和進步，國際上幾乎每天都有數(shù)十萬種的新化合物和新物相被合成與制備出來，而且仍將繼續(xù)下去。

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