材料概论周达飞二版
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材料化学(第2版)作者曾兆华、杨建文编著第一章课件
Chapter1 Introduction
43
Architec ture material s
Chapter1 Introduction
44
高分子材料（Polymers）
• 高分子是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量 足够高的有机化合物。 • 天然高分子材料：木材、天然橡胶、棉花、动物皮毛 等。 • 合成高分子材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。 • 功能高分子材料：工程塑料、导电高分子、高分子半 导体、光导电高分子、磁性高分子、光功能高分子、 液晶高分子、高分子信息材料、生物医用高分子材料 、反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高 分子催化剂及高分子试剂等。
—— connected with function and, through that function, utilities.
Chapter1 Introduction
11
Distinguish between Chemicals and Materials
• Chemicals：the utility lies primarily in their consumption. • Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
复合材料
纳米材料
……
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials Inorganic Materials Polymers Composites
材料概论(周达飞)(二版) 第5-1章
○○ ○ ○
○
○○ ○ ◎
兼隔热, 吸热钢化玻璃 ○ ○ ○ ◎ 有色,安全 吸热夹层玻璃 ○ ○ ○ ◎
○○ ○ ○
○
○◎
隔热， 普通中空玻璃 ○ ○
◎ ◎○
不结露 吸热中空玻璃 ○ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○
有色， 不透明
彩色釉面玻璃
○○ ○ ○
注：○代表具有某种性能；◎代表某些性能较好。
5.2 陶瓷的生产
不同产品de化学成分差异很大。
表51 几种常见玻璃的主要化学组成（wt％）
成分 种类
Sa2O +K2O
平板玻璃 71~73 0.5~2.5 6~10 1.5~4.5
14~16
瓶罐玻璃 70~75 1~5 5.5~9 0.2~2.5
13.5~17
高硼硅仪器 79~85 1.9~2.5 0.1~0.6
第三章 材料的制备方法
❖G液澄清阶段：G液继续加热T，→气泡大量 —去除可见气泡，但还有条纹，T也不均匀。钠钙 硅G一般在14001500℃结束。
❖G液的均化阶段：G液长时间处于高温下，化学组成 →一致，即通过G液的扩散、对流和搅拌作用消除条纹 和热不均匀性。均化可＜T澄清完成，此时太小，不适
合成型要求。
理的、化学的、物理化学的现象 和反应，使各原料的机械混合物
❖玻璃液冷却 →复杂的熔融物即G液。
B.玻璃熔窑的构造
第三章 材料的制备方法
❖硅酸盐形成阶段：很大程度是在固态下进行，各种原料在 8001000℃下反应生成烧结状态的硅酸盐及熔融物， 其中含大量石英砂粒、气泡和条纹。
❖G形成阶段：烧结物连续加热时即开始熔融。普通G 在12001250℃完成。易熔的低共熔混合物先熔化， 同时发生硅酸盐和剩余石英砂粒的互溶。此阶段结束 时，石英砂颗粒已完全熔化，烧结物→含大量可见气 泡和条纹、在T和化学成分上不够均匀的透明G液。 与硅酸盐形成阶段间无明显界限，实际熔制时，前者 尚未结束，后者已开始。
金属材料与热处理第2版课件王学武
热处理的应用与效果
提高机械性能
通过改变金属的内部组织结构，提高其硬度 、韧性和强度等机械性能。
改善切削加工性
通过改变金属的内部组织结构，改善其切削 加工性能，提高生产效率和产品质量。
提高耐腐蚀性
通过改变金属的表面组织结构，提高其耐腐 蚀性，延长使用寿命。
消除残余应力
通过热处理消除金属内部的残余应力，提高 其稳定性和可靠性。
分类
金属材料按成分可分为纯金属、合金和金 属间化合物三大类；按用途可分为结构材 料和功能材料；按形态可分为块状、板状 、箔状、粉状、丝状和带状等。
金属材料的性能特点
物理性能
01
金属材料的物理性能包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导
电性和磁性等。
化学性能
02
金属材料的化学性能是指其在一定温度和介质条件下抵抗各种
03
金属材料的力学性能
强度与塑性
强度
金属材料抵抗外力作用而不被破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等指标来衡量。
塑性
金属材料在外力作用下产生不可逆的永久变形而不被破坏的能力，通常用延伸率和断面收缩率等指标 来衡量。
硬度与韧性
硬度
金属材料抵抗硬物压入表面的能力，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
热处理定义
通过加热、保温和冷却的方式改变金 属材料的内部组织结构，以达到改善 其性能的目的。
热处理分类
根据加热温度、冷却方式和加热介质 的不同，热处理可分为多种类型，如 退火、正火、淬火和回火等。
热处理的基本原理
相变
金属在加热和冷却过程中会发生相变，即固态、液态和气 态之间的转变。相变会影响金属的内部组织结构，进而影 响其性能。
(完整版)复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配：石德珂《材料科学基础》教材)
材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造榔头？答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。
2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类：黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合材料：混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时，哪些性能特别重要？答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度；电灯泡灯丝：熔点高，耐高温，电阻大；剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性；汽车挡风玻璃：透光性，硬度；电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。
第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属？(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱族：(6)；碱土族：(4)；过渡金属：(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内？答：稀土族元素的电子在填满6s态后，先依次填入远离外壳层的4f、5d层，在此过程中，由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化，这些元素具有几乎相同的化学性质，故处于周期表的同一空格内。
3.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键？答：氢键本质上与范德华键一样，是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。
它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子（或原子团）之间的结合所形成的物理键。
当氢原子与一个电负性很强的原子（或原子团）X结合成分子时，氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢变成一个裸露的质子，对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力，与Y之间形成氢键。
华东理工大学2018年硕士研究生招生复试内容(专业知识、实验技能部分)
笔试
《材料力学》（第四版）（I以及II中的十三章能量法）刘鸿文高等教育出版社;《机械设计》安琦科学出版社2008;《工程材料》第三版朱张校清华大学出版社
23
机械与动力工程学院
080700动力工程及工程热物理
《材料力学》《机械设计》《工程材料》
笔试
《材料力学》（第四版）（I以及II中的十三章能量法）刘鸿文高等教育出版社;《机械设计》安琦科学出版社2008;《工程材料》第三版朱张校清华大学出版社
14
生物工程学院
071005微生物学
生物工程学院专业综合
笔试
15
生物工程学院
071010生物化学与分子生物学
生物工程学院专业综合
笔试
16
生物工程学院
081703生物化工
生物工程学院专业综合
笔试
17
生物工程学院
083201食品科学
生物工程学院专业综合
笔试
18
生物工程学院
083600生物工程
生物工程学院专业综合
《AT89C52单片机原理与接口技术》凌志浩、张建正编著高等教育出版社，2011.3或《微型计算机原理与接口技术》吴秀清、周荷琴编著中国科学技术大学出版社，1999
37
信息科学与工程学院
085211计算机技术
突出知识面宽、重点考核基础知识和基本技能。其中专业课内容：计算机网络和数据库原理
笔试
《计算机网络》（第六版）谢希仁编著电子工业出版社2013；《数据库系统原理与设计》（第二版），万常选等，清华大学出版社,2012或《数据库系统概念》第六版，Abraham Silberschatz等著，杨冬青等译，机械工业出版社，2012
53
社会与公共管理学院
《材料力学》（第四版）（I以及II中的十三章能量法）刘鸿文高等教育出版社;《机械设计》安琦科学出版社2008;《工程材料》第三版朱张校清华大学出版社
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机械与动力工程学院
080700动力工程及工程热物理
《材料力学》《机械设计》《工程材料》
笔试
《材料力学》（第四版）（I以及II中的十三章能量法）刘鸿文高等教育出版社;《机械设计》安琦科学出版社2008;《工程材料》第三版朱张校清华大学出版社
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生物工程学院专业综合
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生物工程学院专业综合
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生物工程学院专业综合
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083600生物工程
生物工程学院专业综合
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37
信息科学与工程学院
085211计算机技术
突出知识面宽、重点考核基础知识和基本技能。其中专业课内容：计算机网络和数据库原理
笔试
《计算机网络》（第六版）谢希仁编著电子工业出版社2013；《数据库系统原理与设计》（第二版），万常选等，清华大学出版社,2012或《数据库系统概念》第六版，Abraham Silberschatz等著，杨冬青等译，机械工业出版社，2012
53
社会与公共管理学院
材 料 科 学 概 论 论 文
《材料科学概论》结课论文院系：材料科学与工程学院班级：料102班学号： 109024221姓名：李扬超导材料摘要：人类的发展是一个开发和运用新材料的过程，随着上个世纪超导现象被发现以来超导现象一直为人所关注。
关于超导材料的研究也是屡见不鲜.但是如何才能提高材料的临界超导温度，如何把超导材料产业化和生活化都是现在面临的重大问题。
这就要我们综合考虑超导材料的组成成分，制备工艺以改善它的性能。
逐步提高材料的临界温度，使材料更具有实用意义。
关键词：超导材料成分制备性能应用发展前景1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。
1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。
此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。
1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。
1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。
1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。
一、超导材料的分类超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。
①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为9.26K。
电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。
②合金材料：超导元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超导材料的全部性能提高。
《材料概论第》PPT课件
23
• Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding).
• Atomic level Arrangement of atoms in materials for the same atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond.
Tin
210 thousand
Molybdenum Titanium W Uranium Silver Gold Platinum
121 thousand 95 thousand 43 thousand 39 thousand 14 thousand 1.9 thousand 270 ton
2020/12/21
6
2020/12/21
精选ppt
7
1.1 材料科学与工程的发展史
芳纶纤维
Ceramics 10,000 BC 5,000 BC 1,000 BC
2020/12/21
DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
8
2020/12/21
DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
•Bauxite
101 million
•Coal
4,573 million
•Iron ore
943 million
•Cement
1121 million
• Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding).
• Atomic level Arrangement of atoms in materials for the same atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond.
Tin
210 thousand
Molybdenum Titanium W Uranium Silver Gold Platinum
121 thousand 95 thousand 43 thousand 39 thousand 14 thousand 1.9 thousand 270 ton
2020/12/21
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1.1 材料科学与工程的发展史
芳纶纤维
Ceramics 10,000 BC 5,000 BC 1,000 BC
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•Iron ore
943 million
•Cement
1121 million
材料概论(周达飞)(二版)_第2章2-1
2.3 材料的性能
2.1 材料的组成
材料通常都是由原子or分子结合而成的，也可以说是
由各种物质组成的，而物质是由≥1种元素组成的。按原 子or分子的结合与结构分布状态的不同，可分成3类：
固溶体、聚集体和复合体
2.1.1 材料组元的结合形式 •组元、相和组织 •固溶体 2.1.2 材料的化学组成 •聚集体 •复合体
金属、无机物、有机物 （链状高分子）
宏 观 聚 组 复 集 织 合 组 组 织 织
纤维 无机、有机纤维的聚集体 毛毡、垫料、织布等 聚集 （+空气） 多孔 无机物、有机物+空气 泡沫混凝土、加气混凝土、泡沫塑 料、木材等
灰砂浆、混凝土、纤维增强混凝土、 复合 无机物、有机物复合聚集 木纤维水泥板、石棉水泥板、玻璃 聚集 体 钢、涂料、金属陶瓷 胶合板、石膏板、蜂窝板、钢筋混 凝土等
铝—Al+Cu+Mg等组成的合金。
合金元素：为形成合金所加入的元素。由2或3种元
素构成的分别叫做二元或三元合金。一些主要合金
的化学组成见p16表2-2。
合金一般都是多晶体，有时可形成固溶体、共熔晶、 金属间化合物，以及它们的聚集体。 非晶态合金具有许多优异性能，如强韧性、抗侵蚀、 导磁率高、超导性等。
的结合力。
复合体(复合材料)：由 ≥ 2 种不同材料通过一定的方 式复合而构成的新型材料，各相之间存在着明显的
界面。各相不但保持各自的固有特性而且可最大限
度发挥各种材料相的特性，并赋予单一材料所不具 备的优良特殊性能。其结构通常： • 一相为连续相，称为基体材料；
• 另一相是不连续的，以独立的形态分布在整个连续
• 纯金属是单相材料，钢(非纯金属)在室温下由铁素体 (含碳的Fe)和渗碳体(Fe3C为化合物)组成； • 普通陶瓷：由晶相(1种/几种)与非晶相(玻璃相)组成。
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• 磁控溅射：与真空蒸镀相比，二极直流or高频溅射的V
成膜都非常小(只有~50nm/min，约为蒸镀的1/51/10)。磁 控溅射是在溅射仪中附加了磁场，∵洛仑兹力的作用， 能使V溅射，∴使溅射技术→新的高度。
• 反应溅射：通过将活性气体混合在放电气体中，可控制
膜的组成和性质，主要用于制绝缘化合物薄膜。可采用 直流、高频和磁控等溅射方法。
• 在衬底上发生凝结，最后可能是在高能粒子轰击期间，or 在反应气体or非反应气体粒子碰撞过程中(or两者共同 作用)，通过异相成核作用和膜生长形成1种沉积膜。
A. PVD法制备薄膜材料
在一定的基体表面制备膜层，由元素和化合物从蒸气 相凝结而成。膜沉积技术的基本类型有：
(1)真空沉积法(真空蒸镀)
• 液体or固体原料则需要使其在所规定的温度下蒸发or 升华，并通过Ar、He、N2、H2等载气送入反应炉内;
• 废气必须通过放有吸收剂的水浴瓶、收集器或特殊的 处理装置后进行排放。
不同T析出和过饱和度将引起的析出物质的形态变化 图314，实际应用中可根据反应条件的不同→薄膜、晶须、 晶粒、颗粒和超细粉体等不同形态的材料。
高 用外延生长法生长的单晶
低板状单晶针状单晶源自析 出 温 度树枝状多晶
柱组织的多晶（一般具有较强的 结晶取向）
过 饱 和 度
微粒多晶
非晶质
低 由均相成核产生的粉末
第三章 材料的制备方法
B. PVD法制备超细粉体材料
可制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物or金属等微粉。 特别适用于制备液相法和固相法难以直接合成的非氧化 物系列(金属、合金、氮化物、碳化物等)的超细粉， 粒径通常＜0.1m，且分散性好。
•真空蒸发法是目前用PVD法来制备超细粉理论上研究最 多和制备超细粉最常用的方法之一。 •优点：可通过输入惰性气体和改变P载气来调节微粒的大小、 表面光洁度和粒度均匀性。也存在形状难控制、最佳 工业条件难以掌握等问题。
第三章 材料的制备方法
(3)离子镀法
❖是蒸发工艺与溅射技术的结合，1种较新的方法。
❖↗薄膜的耐磨性、耐磨擦性、耐腐蚀性等，↗与基片 的结合强度，在形状复杂的基片表面能形成厚度较均匀的薄 膜等。∵不像电镀那样有废液产生，∴作为无公害涂 膜法正在拓展其应用。
❖基本原理与真空沉积法相同，将蒸发了的金属原子在 等离子体中离子化后在基体上析出薄膜。通过输入反 应性气体也能够析出陶瓷等化合物膜。与前者相比， 作用气体P高，膜均匀性较好，与基体结合性也好。
•CVD法的反应类型：热分解、化学合成(氢还原、氧化、水解、固相、置换) •CVD法的分类：热CVD法、等离子体CVD法、光子增强CVD法、激光CVD法 •CVD的原料种类：卤化物、氢化物、有机金属化合物等
B. CVD工艺流程与设备 C. 影响参数：反应体系成分、气体组成、P、T等 D. CVD法的特点：10点p110
1.物理气相沉积法(PVD)
利用电弧、高频电场or等离子体等高温热源将原料 加热 高温→气化/等离子体 骤冷 凝聚成各种形态(如晶 须、薄片、晶粒等) 。包括3个步骤：
• 蒸汽的产生：简单的蒸发和升华or阴极溅射方法。
• 通过减压使气化材料从供给源转移到衬底。挥发的镀
膜材料能用各种方式激活or离子化，离子能被电场加速。
• 进行表面反应
距离
• 析出颗粒在表面的扩散；
析出CVD涂层的模型图 • 产物从气相→分离；
• 从产物析出区向→块状固体
的扩散。
第三章 材料的制备方法
从气相析出固相的驱动力(driving force)：
• 基体材料和气相间的扩散层内存在的温差T； • 不同化学物质的浓度差； • 由化学平衡所决定的过饱和度。
高
图3-14 CVD法所得产物的形态 与T析出和过饱和度的关系
热CVD膜的组织与析出温度的关系
B. CVD工艺流程与基本装置
尽管CVD种类不同，但工艺流程基本上相同。CVD设备大多 可分为4部分：
(1)反应室;
(2)加热系统;
(3)气体控制系统
(4)排气系统。
• 室温下呈气态的原料从高压贮气瓶通过纯化装置直接 输入CVD反应炉;
气相 扩散层
气相反应物 吸附的中间体 气相副产物 固相产物
基体
以制备涂层为例，∵反应气体中不同物质间的化学反应和 向基片的析出是同时发生的，机理是复杂的。
基片 扩散层 反应气体
从混合气中析出CVD涂层 的沉积过程可理解为由几
温
反 应
个过程构成:
度
气
体 浓
• 原料气体向→基片表面扩散；
度 • 原料气体吸附到→基片上；
2.化学气相沉积法(CVD)
A. CVD法原理：涉及反应化学、热力学、动力学、转 移机理、膜生长现象和反应工程。以金属蒸气、挥 发性金属卤化物、氢化物or金属有机化合物等蒸汽为 原料 气相热分解反应， or≥2种单质or化合物的反 应 凝聚生成 各种形态的材料。可制多种组成的材料： 单质、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等
• 应用→金属or合金膜(特别是e元件的电极和玻璃表面 红外线反射薄膜)，还→功能薄膜如液晶显示装置的 In2O3-SnO2透明导电陶瓷薄膜。
溅射设备主要有以下几种：
• 二极直流溅射：最简单，很早就工业生产，但无法获
得绝缘膜。
• 高频溅射：可在较低电压下进行，能制介质膜，∴高频
溅射仪自1965年问世以来很快得到普及，数量在溅射仪 中占绝对优势。
(2)溅射法：利用溅射现象使飞出的原子团or离子在对面基
片上析出的方法。
(3)离子镀法： 蒸镀工艺与溅射技术的结合(较新)，基本 原理与真空沉积法相同.
(1)真空沉积法(真空蒸镀)：很早就用于电容器、光学薄膜、
塑料等的真空蒸镀、沉积膜等，近年用于塑料表面镀金属， 还制备In2O3-SnO2系等透明导电陶瓷薄膜。
图 真空沉积 法机理图
机理:将需制成膜的金属元素or化合物在真空中蒸发 or升华，使之在基片表面上析出并附着的过程。
第三章 材料的制备方法
（2）真空溅射法：荷能粒子（高能的离子、中性原 子等）冲击靶材，使靶材表面原子or原子团逸出。
• 优点：与真空沉积法相比，所得到的膜成分基本上与 靶材相同，易于获得复杂组成的合金，而前者∵合金 成分和蒸气压的差异无法精确控制；溅射法与基体的 附着力>>蒸镀法。
成膜都非常小(只有~50nm/min，约为蒸镀的1/51/10)。磁 控溅射是在溅射仪中附加了磁场，∵洛仑兹力的作用， 能使V溅射，∴使溅射技术→新的高度。
• 反应溅射：通过将活性气体混合在放电气体中，可控制
膜的组成和性质，主要用于制绝缘化合物薄膜。可采用 直流、高频和磁控等溅射方法。
• 在衬底上发生凝结，最后可能是在高能粒子轰击期间，or 在反应气体or非反应气体粒子碰撞过程中(or两者共同 作用)，通过异相成核作用和膜生长形成1种沉积膜。
A. PVD法制备薄膜材料
在一定的基体表面制备膜层，由元素和化合物从蒸气 相凝结而成。膜沉积技术的基本类型有：
(1)真空沉积法(真空蒸镀)
• 液体or固体原料则需要使其在所规定的温度下蒸发or 升华，并通过Ar、He、N2、H2等载气送入反应炉内;
• 废气必须通过放有吸收剂的水浴瓶、收集器或特殊的 处理装置后进行排放。
不同T析出和过饱和度将引起的析出物质的形态变化 图314，实际应用中可根据反应条件的不同→薄膜、晶须、 晶粒、颗粒和超细粉体等不同形态的材料。
高 用外延生长法生长的单晶
低板状单晶针状单晶源自析 出 温 度树枝状多晶
柱组织的多晶（一般具有较强的 结晶取向）
过 饱 和 度
微粒多晶
非晶质
低 由均相成核产生的粉末
第三章 材料的制备方法
B. PVD法制备超细粉体材料
可制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物or金属等微粉。 特别适用于制备液相法和固相法难以直接合成的非氧化 物系列(金属、合金、氮化物、碳化物等)的超细粉， 粒径通常＜0.1m，且分散性好。
•真空蒸发法是目前用PVD法来制备超细粉理论上研究最 多和制备超细粉最常用的方法之一。 •优点：可通过输入惰性气体和改变P载气来调节微粒的大小、 表面光洁度和粒度均匀性。也存在形状难控制、最佳 工业条件难以掌握等问题。
第三章 材料的制备方法
(3)离子镀法
❖是蒸发工艺与溅射技术的结合，1种较新的方法。
❖↗薄膜的耐磨性、耐磨擦性、耐腐蚀性等，↗与基片 的结合强度，在形状复杂的基片表面能形成厚度较均匀的薄 膜等。∵不像电镀那样有废液产生，∴作为无公害涂 膜法正在拓展其应用。
❖基本原理与真空沉积法相同，将蒸发了的金属原子在 等离子体中离子化后在基体上析出薄膜。通过输入反 应性气体也能够析出陶瓷等化合物膜。与前者相比， 作用气体P高，膜均匀性较好，与基体结合性也好。
•CVD法的反应类型：热分解、化学合成(氢还原、氧化、水解、固相、置换) •CVD法的分类：热CVD法、等离子体CVD法、光子增强CVD法、激光CVD法 •CVD的原料种类：卤化物、氢化物、有机金属化合物等
B. CVD工艺流程与设备 C. 影响参数：反应体系成分、气体组成、P、T等 D. CVD法的特点：10点p110
1.物理气相沉积法(PVD)
利用电弧、高频电场or等离子体等高温热源将原料 加热 高温→气化/等离子体 骤冷 凝聚成各种形态(如晶 须、薄片、晶粒等) 。包括3个步骤：
• 蒸汽的产生：简单的蒸发和升华or阴极溅射方法。
• 通过减压使气化材料从供给源转移到衬底。挥发的镀
膜材料能用各种方式激活or离子化，离子能被电场加速。
• 进行表面反应
距离
• 析出颗粒在表面的扩散；
析出CVD涂层的模型图 • 产物从气相→分离；
• 从产物析出区向→块状固体
的扩散。
第三章 材料的制备方法
从气相析出固相的驱动力(driving force)：
• 基体材料和气相间的扩散层内存在的温差T； • 不同化学物质的浓度差； • 由化学平衡所决定的过饱和度。
高
图3-14 CVD法所得产物的形态 与T析出和过饱和度的关系
热CVD膜的组织与析出温度的关系
B. CVD工艺流程与基本装置
尽管CVD种类不同，但工艺流程基本上相同。CVD设备大多 可分为4部分：
(1)反应室;
(2)加热系统;
(3)气体控制系统
(4)排气系统。
• 室温下呈气态的原料从高压贮气瓶通过纯化装置直接 输入CVD反应炉;
气相 扩散层
气相反应物 吸附的中间体 气相副产物 固相产物
基体
以制备涂层为例，∵反应气体中不同物质间的化学反应和 向基片的析出是同时发生的，机理是复杂的。
基片 扩散层 反应气体
从混合气中析出CVD涂层 的沉积过程可理解为由几
温
反 应
个过程构成:
度
气
体 浓
• 原料气体向→基片表面扩散；
度 • 原料气体吸附到→基片上；
2.化学气相沉积法(CVD)
A. CVD法原理：涉及反应化学、热力学、动力学、转 移机理、膜生长现象和反应工程。以金属蒸气、挥 发性金属卤化物、氢化物or金属有机化合物等蒸汽为 原料 气相热分解反应， or≥2种单质or化合物的反 应 凝聚生成 各种形态的材料。可制多种组成的材料： 单质、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等
• 应用→金属or合金膜(特别是e元件的电极和玻璃表面 红外线反射薄膜)，还→功能薄膜如液晶显示装置的 In2O3-SnO2透明导电陶瓷薄膜。
溅射设备主要有以下几种：
• 二极直流溅射：最简单，很早就工业生产，但无法获
得绝缘膜。
• 高频溅射：可在较低电压下进行，能制介质膜，∴高频
溅射仪自1965年问世以来很快得到普及，数量在溅射仪 中占绝对优势。
(2)溅射法：利用溅射现象使飞出的原子团or离子在对面基
片上析出的方法。
(3)离子镀法： 蒸镀工艺与溅射技术的结合(较新)，基本 原理与真空沉积法相同.
(1)真空沉积法(真空蒸镀)：很早就用于电容器、光学薄膜、
塑料等的真空蒸镀、沉积膜等，近年用于塑料表面镀金属， 还制备In2O3-SnO2系等透明导电陶瓷薄膜。
图 真空沉积 法机理图
机理:将需制成膜的金属元素or化合物在真空中蒸发 or升华，使之在基片表面上析出并附着的过程。
第三章 材料的制备方法
（2）真空溅射法：荷能粒子（高能的离子、中性原 子等）冲击靶材，使靶材表面原子or原子团逸出。
• 优点：与真空沉积法相比，所得到的膜成分基本上与 靶材相同，易于获得复杂组成的合金，而前者∵合金 成分和蒸气压的差异无法精确控制；溅射法与基体的 附着力>>蒸镀法。