材料合成与制备新技术
材料合成与制备 第5章 定向凝固技术
4、磁性材料
稀土超磁致伸缩材料RFe(R-Tb、Dy)作为一种电-磁-机械能量或信 息转换的新型功能材料，从20世纪70年代以来得到了迅速发展，它具有 很高的磁致伸缩值(1500~2000×10 )和能量密度(14000~25000J／m )，而 且还具有低频响应速度快、机电耦舍系数大等特点，故在大功率声纳换 能器、磁弹性波器件、液压阀门控制、精密加工徽定位、精度高速线性 马达、伺服系统和特殊兵器等高新技术领域展示出广阔的应用前景。对 于Tb-Dy-Fe材料，人们一直希望得到具有<111>方向择优取向的样品。 通过改变材料的定向凝固条件、控制材料的取向度、以及对材料进行热 处理消除晶界提高材料磁致伸缩性能。
(4)激光超高温梯度快速凝固
利用激光器作为热源来实现定向凝固。 激光具有能量高度集中的特性，在作为定向凝固热源时可能获得 比现有定向凝固方法高得多的温度梯度。利用激光表面熔凝技术实现 超高温度梯度快速定向凝固的关键在于：在激光熔池内获得与激光扫 描方向一致的温度梯度；根据合金凝固特性选择适当的工艺参数以获 得胞晶组织。
定向凝固过程工艺参数分别为： 合金熔融温度1450℃，温度梯度140℃/cm，牵引速度0.5-0.8 mm/min。
2、柱状晶生长
控制热流方向和温度梯度。
3、高温合金制备
定向凝固制备Fe-Cr-C过共晶原位生长复合材料
高铬铸铁是一种优良的耐磨材料，普通条件下凝固的高铬铸铁碳 化物呈网状，在实际磨损中往往会因为碳化物脆裂或折断而失效。 为此，通过定向凝固的方法，使碳化物纤维定向排列，即将Fe-C-Cr 合金制备成碳化物呈定向分布的原位生长复合材料，使高硬度的碳 化物垂直于磨面的方向定向生长，可以显著提高其性能。
化学工程揭秘新型材料的合成方法
化学工程揭秘新型材料的合成方法为了满足不断变化的社会需求，科学家们在化学工程领域不断探索并研究新的材料合成方法。
这些新型材料在各个领域中发挥着重要作用，如电子、能源、环保等。
本文将揭秘一些新型材料的合成方法，介绍其制备工艺及应用。
一、聚合物材料合成方法1.原位聚合法原位聚合法是一种常见的合成聚合物材料的方法。
它通过在化学反应中加入单体，使其在反应过程中逐渐聚合形成聚合物。
这种方法的特点是简单易行，适用于大规模生产。
例如，聚乙烯和聚丙烯就是通过原位聚合法合成的。
2.溶液聚合法溶液聚合法是将单体溶解在溶剂中，加入引发剂或光引发剂，通过引发剂的作用使单体逐渐聚合形成聚合物。
这种方法的优点是能够控制聚合物的分子量和分子结构，制备出具有特定性能的材料。
举例来说，聚酯和聚酚等材料常采用溶液聚合法合成。
二、无机材料合成方法1.沉积法沉积法是一种通过在底物上逐渐沉积材料的方法。
它包括化学气相沉积、物理气相沉积、溶液沉积等多种形式。
这种方法适用于制备薄膜、纳米颗粒等材料。
例如，气相沉积法常用于制备硅薄膜和二氧化钛薄膜。
2.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将溶胶与凝胶逐渐转化为固体材料的过程。
溶胶指由溶剂中分散的颗粒或分子组成的胶体体系，凝胶则是指由溶液中形成的三维网状结构的凝胶体系。
这种方法适用于制备陶瓷材料、气凝胶等。
铝氧凝胶就是通过溶胶-凝胶法制备的。
三、纳米材料合成方法1.气相法气相法是通过在气相条件下进行反应合成纳米材料的方法。
它包括气相沉积、气相凝胶法等。
这种方法可以制备出高纯度、均匀分散的纳米材料。
氧化铝纳米颗粒常使用气相法进行合成。
2.凝胶法凝胶法是通过溶胶凝胶过程制备纳米材料的方法。
采用这种方法可以控制纳米颗粒的尺寸和形貌，制备出具有特殊性能的纳米材料。
二氧化硅纳米颗粒常采用凝胶法进行制备。
新型材料的合成方法多种多样，不同的材料类型适用于不同的合成方法。
随着科技的发展，更多新型材料的合成方法将被不断探索和发展。
材料合成与制备方法
A.晶核形成的热力学势垒 要大，液体大
C.在粘度与温度关系相似的条件下， 或液相温度要低
D.原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。
2）结构模型
A.微晶模型：基本思想是：大多数原子与其最近邻原子的相对位置与晶体情形完全相同，这些原子组成一纳米至几十纳米的晶粒，长程有序性消失主要是因为这些微晶取向散乱、无规的原因。
答：B—S法的构思是在一个温度梯度场内生长单晶，在单—固——液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内，坩埚可垂直或水平放置，使坩埚下降通过一个温度梯度，或使加热器沿坩埚上升。
第二章、
1.试说明非晶态的概念与特性
答：1）概念：非晶体物质是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集态，其在小于几个原子间距的小区间内（1~1.5nm），仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序但长程无序的特殊物质状态。
2.试推导液固生长系统的相变驱动力。
解：设晶体流体的界面面积为A，垂直于界面的位移为∆X，系统的吉布斯自由能的降低为∆G，界面上单位面积的驱动力为f；驱动力做功：f·A·∆X=—∆G
f=-∆G·A·∆X=-∆G·∆V
生长驱动力在数值上等于生长单位体积的晶体所引起的系统吉布斯自由能的变化，负号表示界面向流体中位移引起系统自由能降低。
2）特性： a.高强度、高韧性b.抗腐蚀性c.软磁特性d.超导电性e.光学性质：光吸收、光电导、光致发射f.其它性质：室温电阻率高，负的电阻温度系数。
2.试说明常见非晶态的分类
答： 1）非晶态合金
2）非晶态半导体材料
3）非晶态超导体
4）非晶态高分子材料
5）非晶态玻璃
3.试说明非晶态材料的形成条件和结构模型
6.说明影响CVD的参数
稀土材料的合成方法与制备工艺研究进展
稀土材料的合成方法与制备工艺研究进展引言稀土材料由稀土元素组成，具有独特的磁性、光学、电子和化学性质，被广泛应用于磁性材料、发光材料、催化剂等领域。
随着科学技术的不断发展，人们对稀土材料的合成方法和制备工艺进行了深入研究，旨在提高稀土材料的性能和应用广泛性。
本文将对稀土材料的合成方法和制备工艺的研究进展进行综述。
1. 化学合成法化学合成法是稀土材料的常用制备方法之一。
它通过将不同的化学物质按特定的组成和比例混合，经过一系列的反应和处理，最终形成稀土材料。
这种方法具有操作简便、成本较低的优点。
常见的化学合成方法包括溶胶-凝胶法、水热法等。
1.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的稀土材料合成方法。
它基于溶胶的聚集和凝胶的形成过程，通过溶解稀土金属盐于适当的溶剂中，形成溶胶。
随后，通过加热或添加凝胶剂，溶胶会逐渐凝胶化，形成稀土凝胶。
最后，稀土凝胶经过干燥和煅烧等步骤，得到稀土材料。
1.2 水热法水热法是一种利用水的高温高压条件下进行稀土材料合成的方法。
通过在恒定温度和压力条件下将适当的稀土盐溶液或氢氧化物溶液与酸性溶液反应，产生稀土材料的过程。
水热法通常能够获得具有良好晶体形貌和尺寸可控性的稀土材料。
2. 物理制备法除了化学合成法，物理制备法也被广泛应用于稀土材料的合成。
物理制备法是利用物理性质和原理进行稀土材料的制备，具有制备简单、物质纯度高的特点。
常见的物理制备法包括溅射法、磁控溅射法等。
2.1 溅射法溅射法是一种通过溅射稀土金属靶材，使金属原子以高能量撞击的方式沉积在基底上形成薄膜的方法。
通过调节制备过程中的参数，如溅射功率、沉积速率等，可以控制稀土材料薄膜的性质和结构。
2.2 磁控溅射法磁控溅射法是一种在磁场中进行溅射的物理制备方法。
它通过在溅射过程中施加磁场，改变离子轨迹的运动路径，从而影响薄膜的成分、结构和性能。
磁控溅射法可以制备具有优异磁性的稀土材料。
3. 生物制备法生物制备法是一种利用生物体或生物系统合成稀土材料的方法。
材料化学的前沿领域
材料化学的前沿领域材料化学是研究物质结构、性质以及相互关系的学科，是现代科学技术发展不可或缺的基础学科。
在材料科学的发展过程中，材料化学的前沿领域一直备受关注。
本文将介绍一些当前材料化学的前沿领域，包括先进材料合成与制备、能源储存与转化、纳米材料和生物材料等。
一、先进材料合成与制备材料的性质往往由其结构和组成决定。
因此，先进材料的合成和制备是材料化学研究的重要方向之一。
近年来，通过化学合成和物理制备方法，已经发展出了许多新型材料的合成技术。
例如，有机-无机杂化材料的合成，可通过有机物与无机材料的结合，实现材料性能的可控调节。
此外，纳米材料的制备也是先进材料合成的研究方向之一。
通过控制反应条件和表面修饰方法，可以制备出各种形状和尺寸的纳米材料，以满足不同应用领域的需求。
二、能源储存与转化能源问题一直是全球课题，而材料化学在解决能源问题方面扮演着重要角色。
材料化学研究通常旨在开发和改进能源储存和转化的材料。
例如，锂离子电池作为一种重要的可再充电电池，已经在便携式电子产品和电动汽车等领域得到广泛应用。
而材料化学家们正致力于寻找更具性能优越的电池材料，以提高电池的能量密度和循环寿命。
同时，光催化材料的研究也是能源转化领域的一个重要方向。
通过光催化材料的设计与合成，可以利用太阳光将光能转化为化学能，实现水分解产生氢气等绿色能源。
三、纳米材料纳米材料是指在纳米尺度范围内具有特殊性质和应用潜力的材料。
纳米材料研究是材料化学领域的一个重要分支。
纳米材料具有较大比表面积、较高的化学活性和特殊的物理性质，因此在催化、光电子器件、生物传感器等领域具有广泛应用。
近年来，研究人员通过不同方法制备出了大量的纳米材料，并深入研究了其结构与性能之间的关系。
同时，纳米材料的表面修饰和功能化也成为研究的重点。
纳米材料的制备和应用为材料化学的发展开辟了新的研究方向。
四、生物材料生物材料是指用于医学、生物工程和组织工程等领域的材料，能够与生物体相互作用并发挥特定功能。
高分子材料的新生产方法
高分子材料的新生产方法近年来，高分子材料作为一种重要的材料在各个领域得到广泛应用。
传统的高分子材料生产方法主要包括物理合成和化学合成两种。
物理合成包括熔融法、溶液法等，而化学合成则包括聚合反应法、嵌段共聚法等。
然而，这些传统的生产方法存在一些问题，例如高成本、低产率及环境污染等。
为了解决这些问题，研究人员已经开发出了一些新的高分子材料生产方法。
本文将介绍其中几种较为重要的方法。
首先，激光打印技术是一种新兴的高分子材料生产方法。
激光打印技术利用激光束精确地控制高分子材料的沉积过程，从而实现与传统方法相比更高的精度和复杂度。
该技术可以直接将液态高分子材料转化为固态结构，并通过可编程的激光图案控制材料的物理和化学性质。
这种方法不仅提高了高分子材料的成本效益，而且还可以实现个性化生产，满足不同行业的需求。
其次，生物合成技术也是一种新兴的高分子材料生产方法。
生物合成技术利用生物酶和细菌等微生物对基础物质进行转化，从而合成高分子材料。
与传统的化学合成方法相比，生物合成方法更加环保且能够产生更高质量的高分子材料。
例如，利用细菌发酵法可以生产出高质量的生物降解高分子材料，这种材料具有良好的生物降解性能，可以有效地减少环境污染。
此外，生物合成方法还可以实现高分子材料的定制化，从而满足不同领域的需求。
第三种新的高分子材料生产方法是纳米技术。
纳米技术是一种利用纳米尺度的材料和系统进行制备和加工的技术。
在高分子材料的生产中，纳米技术可以通过调控纳米颗粒的大小和形状来控制材料的性能。
例如，通过添加纳米颗粒可以提高高分子材料的强度和硬度，从而改善其力学性能。
此外，纳米技术还可以通过调控高分子材料的表面形态来实现超浸润性、防水性和抗菌性等特殊性能。
因此，纳米技术可以为高分子材料的生产带来更多的可能性和应用领域。
除了上述方法，还有其他一些新的高分子材料生产方法，例如气相沉积、电化学合成和等离子体处理等。
这些方法都具有各自的特点和优势，可以满足不同领域对高分子材料的需求。
无机化学合成与制备技术
无机化学合成与制备技术无机化学合成与制备技术是一门研究无机化合物合成方法和制备工艺的学科，对于无机材料的研发和应用具有重要意义。
本文将介绍无机化学合成与制备技术的基本原理、实验方法以及在材料科学领域的应用。
一、无机化学合成的基本原理无机化学合成是指通过化学反应将不同的无机物质合成为目标化合物。
基本原理包括选择适当的反应物、控制反应条件以及合理选择反应路径。
1.选择适当的反应物：无机化学合成的第一步是选择适当的反应物。
反应物的选择需要考虑目标化合物的化学性质、晶体结构以及产率等因素。
通常情况下，反应物需要满足化学反应平衡和速率条件。
2.控制反应条件：反应条件对于无机化学合成具有重要影响。
反应条件包括温度、压力、溶剂、催化剂等因素。
通过调控这些条件可以实现反应的选择性和高产率。
3.合理选择反应路径：无机化学合成可以通过不同的反应路径来实现。
常见的反应路径包括溶液法、气相法、固相法等。
选择合适的反应路径可以提高合成效率，获得纯度较高的产物。
二、无机化学制备技术的实验方法无机化学制备技术的实验方法主要包括溶液法、气相法、固相法以及溶胶-凝胶法等。
1.溶液法：溶液法是最常用的无机化学制备技术。
它通过将适量的反应物溶解于溶剂中，然后通过调节反应条件（如温度、pH值等）来实现化学反应。
溶液法具有反应条件易于控制和产物纯度高的优点。
常见的溶液法包括沉淀法、溶胶-凝胶法等。
2.气相法：气相法是通过气体相反应进行制备的技术。
气相法通常需要在高温下进行，利用气体反应物的高扩散性以及高活性来进行反应。
气相法适用于制备高纯度的产物，但需要考虑反应温度和压力等因素。
3.固相法：固相法是指通过固体相反应进行制备的技术。
固相法通常需要将适量的反应物混合均匀，然后在高温下进行反应。
固相法适用于制备晶体材料和多相材料，但通常需要较长的反应时间。
4.溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种通过控制溶液中的溶胶聚集来制备材料的方法。
它可以制备出具有高比表面积和均匀微结构的材料。
新型高温合金材料的设计与合成
新型高温合金材料的设计与合成 随着科技日新月异的发展，高温合金材料在现代工业生产和技术领域中扮演着至关重要的角色。新型高温合金材料的设计与合成已成为人们关注的热点之一。本文将探讨新型高温合金材料的设计及其合成的相关原理和方法。
一、新型高温合金材料的设计原理 高温合金材料是指在高温下能够保持较好的力学性能和化学稳定性的金属材料。因此，对于高温合金材料的设计，需要考虑以下几个方面的原理：
1.合金成分设计 合金成分是高温合金材料设计的重要基础。理论上，合金成分中需要包含高温下能够稳定的合金元素，例如铬、钨等，同时需要保证合金成分中其他元素对高温性能的影响尽可能小。
2.晶体学设计 晶体学设计是指在制备高温合金材料时，通过调节晶格结构，优化材料的力学性能和化学稳定性。尤其是在高温应力下，优化晶格结构对材料的性能影响尤其明显。
3.加工处理设计 加工处理设计包括热加工、冷加工、时效、固溶处理等一系列过程，通过合理调节处理参数，提高高温合金材料的高温强度、耐腐蚀性和机械性能等。
二、新型高温合金材料的合成方法 在高温合金材料的设计原理的基础上，为了实现高温合金材料的合成，需要选择合适的工艺和方法。以下是常用的合成方法：
1.热等静压法 热等静压法又称为“热压法”，是指通过在高温下对金属粉末施加压力，并在压力下提高温度，使金属粉末均匀烧结成型的过程。 2.粉末冶金法 粉末冶金法是指通过混合金属粉末、压制成型、烧结等一系列过程，制备出高温合金材料的方法。此方法具有制备精度高、成本低的特点。
3.物理气相沉积法 物理气相沉积法是指通过在高温下将气体中的特定元素离子，沉积到热难熔的金属或陶瓷基底上，以实现高温合金材料的制备。
三、新型高温合金材料的应用前景 新型高温合金材料的出现，对于现代工业制造、航空航天、能源开发等领域的发展具有非常重要的意义。其中，高温合金材料在航空航天领域中的应用尤为广泛。
例如，高温合金材料可以用于制造航空发动机中的涡轮叶片、燃烧室等部件，提高发动机的性能。同时，在能源领域中，高温合金材料可以用于制造锅炉、燃气轮机等设备，提高能源利用率。 结语： 高温合金材料是人类在不断探索新材料领域中的一个重要突破。随着科技的快速发展，新型高温合金材料的设计和合成技术将不断提高，为现代工业制造和技术领域的发展带来更多新的可能。