材料制备科学与技术.docx
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材料制备科学与技术
1、晶胞：
空间点阵可分成无数等同的平行六面体，每个平行六面体称为晶胞。
2、晶格：
空间点阵可以看成在三个坐标方向上无数平行坐标轴的平面彼此相交所形成的格点的集合体，这种集合体是一些网络，称为晶格。
3、晶体缺陷：
在实际的晶体中，原子规则排列遭到破坏而存在偏离理想晶体结构的区域。
可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
4、点缺陷：
它是完整晶体中一个或几个原子规则排列被破坏的结果，其所发生区域的尺寸远小于晶体或晶粒的线度。
它有两种基本类型，即空位和填隙原子。
5、缺陷形成能：
各类缺陷的形成能EF的数值可以直接反映特定缺陷形成的难易程度，材料合成环境对于缺陷形成的影响及复合缺陷体系的稳定性等。
6、位错能（位错的应变能）：
晶体中位错的存在会引起点阵畸变，导致能量增高，这种增加的能量即为位错能，包括位错的核心能量和弹性应变能量（占总能量的9/10）。
7、位错反应：
位错的合并于分解即晶体中不同柏氏矢量的位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成两条或多条柏氏矢量不同的位错线。
8、柯氏气团：
金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别），形成所谓的“柯氏气团”。
v过冷度：
指熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。
每一种物质都有其平衡结晶温度即理论结晶温度，但在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，两者的温度差值即为过冷度。
v均匀成核：
在亚稳相系统中空间各点出现稳定相的几率都是相同的。
不借助任何外来质点，通过母相自身的原子结构起伏和成分起伏、能量起伏形成结晶核心的现象。
v非均匀成核：
在亚稳相系统中稳定相优先出现在系统中的某些局部，称为非均匀成核
v自发形核：
指液态金属绝对纯净，无任何杂质，也不和器壁接触，只是依靠液态金属能量的变化，由晶胚直接生核的过程。
v非自发形核：
晶核依附于外来杂质（包括液态内部的固相质点或与其他固体接触的界面）而形成的现象。
v成核率：
单位时间、单位体积内能发展成为晶体的晶核数，用I表示。
v平衡分配系数：
指在固液两相体系达平衡状态时，溶质在两相中的浓度的比值，即Ko=Cs/CL.。
Ko为平衡分凝（分配）系数；Cs、CL分别为固相与液相的平衡成分。
v平衡凝固：
在一定的压力条件下，凝固体系的温度、成分完全由相应合金系的平衡相图所规定，这种理想状态下的凝固过程即平衡凝固。
v成分过冷：
由于在不平衡凝固时，液相中溶质分布不均匀，在正常温度梯度下也会引起过冷。
这种由于成分不均匀引起的过冷称为成分过冷。
v成分偏析：
由于凝固或固态相变而导致的合金中化学成分的不均匀分布。
v宏观偏析：
在不存在成分过冷且晶体以平面方式生长时，先结晶部分的溶质浓度低，后结晶部分的溶质浓度高，晶体宏观各区成分不均匀，此类偏析称为宏观偏析。
v胞状偏析：
在有小的成分过冷，晶体以胞状方式生长时，先结晶的胞状凸出部分溶质含量低，被排出的溶质向周围扩散，在侧向富集，最后结晶，因而胞晶内部溶质浓度低，形成胞状偏析。
v树枝状偏析：
当成分过冷很大，晶体以树枝状方式生长时，先结晶的枝晶主干部分溶质含量低，后结晶的枝晶外周部分富集溶质，形成树枝状偏析。
1.熔盐生长法（助熔剂法、高温溶液法、熔盐法）：
是在高温下从熔融盐溶剂中生长晶体的方法。
1.物理气相沉积（PVD）技术包括（）常用于沉积薄膜和涂层，沉积薄膜的厚度可以从10-1nm级到mm级变化。
2.外延是指在单晶衬底上生长同类单晶体（同质外延），或者生长具有共格或半共格的异类单晶体（异质外延）的技术。
3.溅射镀膜：
用动能为几十电子伏的粒子束照射沉积材料表面（一般称为“靶”），使表面原子获得入射粒子所带的一部分能量并脱离靶体后，在一定条件下沉积在基片上的镀膜方法。
4.化学气相沉积（CVD）：
在一个加热的基片或物体表面上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学反应，而形成不挥发的固态膜层或材料过程。
5.化学溶液镀膜法：
指在溶液中利用化学反应或电化学原理在基体材料表面上沉积成膜的一种技术。
它包括各种化学反应沉积、阳极氧化、电镀等。
6.阳极氧化法：
铝、钽、钛、铌、钒等阀型金属，在相应的电解液中作阳极，用石墨或金属本身作阴极，加上合适的直流电压时，会在这些金属的表面上形成硬而稳定的氧化膜，这个过程即阳极氧化，此法制膜称为阳极氧化法。
7.液相外延：
是指含溶质的溶液（或熔体）借助过冷而使溶质在衬底上以薄膜形式进行外延生长的方法。
8.真空蒸镀：
在一定的真空条件下加热被蒸镀材料，使其熔化（或升华）并形成原子、分子或原子团组成的蒸气，凝结在基底表面成膜。
9.溅射：
溅射是一种物理气相淀积技术，它是形容固体靶中的原子被高能量离子撞击而离开固体进入气体的物理过程。
溅射过程中的离子通常来自等离子体
10.离子镀：
在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质或其反应物沉积在基片上的方法。
11.化学镀：
也称无电解镀或者自催化镀，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
9、奇异面：
表面能级图中能量曲面上出现极小值的点所对应的界面。
奇异面是表面能较低的晶面，一般来说是低指数面，也是密面积。
10、邻位面：
取向在奇异面邻近的晶面。
由于界面能效应，邻位面往往有一定组态的台阶构成。
11、非奇异面：
除奇异面与邻位面的其他取向的晶面。
12、杰克逊模型的假设：
晶体生长主要取决于晶体的界面是光滑界面还是粗糙界面，而这又决定于晶体的种类和晶体生长时的热力学条件，该假设针对的是所有界面，而不是某一种界面。
13、表面熔化温度：
在温度较低时光滑界面上的粗糙度是很小的，虽然它也随温度增加而增加，但增加不快；但当温度增加到某临界值To时，界面的粗糙度突然增加，此后随温度增加粗糙度就增加得很快了，此临界温度Tc称为表面熔化温度。
14、界面能位垒：
在表面能作用下，界面面积有缩小的趋势，便产生了附加压力，称界面能位垒。
15、界面相变熵：
，其中α是两个因子的乘积，L0是单个原子相变时内能的改变，也可近似地看成是单个原子的相变潜热，Te是两相的平衡温度，k是玻尔兹曼常数。
16、物质相变熵：
Lo/Te是单个原子相变时熵的改变，决定于相变潜热和两相的平衡温度，即不仅取决于构成系统的物质，还决定于系统中共存的两相的类别。
界面取向因子：
η1/Z，对给定的晶体，其结构是确定的，界面的面指数不同，η1/Z就不同，α也就不同。
1、浸镀：
由一种金属从溶液中置换另一种金属的置换反应而在金属表面产生牢固金属沉积层的过程。
2、电镀：
就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。
3、外延温度：
外延温度是外延生长难易程度的指标。
4、分子束外延：
是以蒸镀为基础发展起来的超薄层材料生长新技术，是超高真空条件下的精控蒸发技术。
它能够在单晶衬底上制备厚度仅为原子层量级的高纯完整单晶膜。
1.气相生长法可以分为三类：
升华法、蒸气输运法、气相反应法
气体输运过程因其内部压力不同而主要有三种可能的方式（输运取决于什么东西？
压力的三个级别）：
①当压力<102Pa时，输运速度主要决定于原子的速度。
②在102—3*105Pa之间的压力范围内，分子运动主要由扩散确定③当压力>3*105Pa时，热对流对确定气体运动及其重要。
3.溶液中生长晶体的具体方法主要有：
降温法、流动法（温差法）、蒸发法、凝胶法
4.水热法生长单晶体的设备装置是：
高压釜
5.晶体与残余物的溶液分离开的方法有：
倒装法和坩埚倾斜法。
6.从熔体中生长单晶体的典型方法大致有以下几种：
（大类别和小类别都要写）
①正常凝固法a、晶体提拉法b、坩埚下降法c、晶体泡生法d、弧熔法②逐区熔化法a、水平区熔法b、浮区法c、基座法d、焰熔法
7.提拉法生长单晶体的加热方式有：
电阻加热和高频感应加热；激光加热；电子束加热；等离子体加热和弧光成像加热。
8.坩埚下降法即（B—S方法）的分类：
垂直式、水平式。
1薄膜材料的制备方法从学科上可以分为物理方法和化学方法；从具体方式上分，可以分为干式、湿式、喷涂三种方式。
2.薄膜的生长过程可以分为以下三种类型：
核生长型、层生长型、层核生长型。
3.物理气相沉积（PVD）包括蒸发沉积（蒸镀）、溅射沉积（溅射）和离子镀等。
4.把蒸镀材料加热气化的主要方法有：
电阻加热、电子束轰击、射频感应等。
5.溅射镀膜的装置（方法）有：
辉光放电；磁控溅射；离子束溅射。
6.离子镀的设备方法有：
空心阴极离子镀；多弧离子镀；双离子束键；离子注入成膜法。
7.化学气相沉积可以分为即CVD设备有：
热化学气相沉积；等离子体化学气相沉积；光化学气相沉积。
8.根据化学反应的形式，化学气相沉积可以分为以下两类：
热分解反应沉积；化学反应沉积。
9.CVD的工艺装置结构主要有：
反应器（室）、供气系统和加热系统。
10.反应器的基本类型有：
立式、水平式、钟罩式。
11.CVD反应器的分类：
按照沉积温度的高低，可分为高温（>500℃）CVD反应器和低温（<500℃）CVD反应器。
根据沉积时系统压力大小，可分为常压CVD（NPCVD）和低压CVD（LPCVD）。
12.影响沉积质量（CVD质量）的因素：
沉积温度；反应气体的比例；基体对沉积膜层的影响。
13.膜厚的测量与监控的各种分类：
1）称重法：
a.石英晶体法b.微量天平法；
2）电学方法：
a.电阻测量法b.电容测量法
c.品质因素（Q值）变化测量法d.电离法；
3）光学方法：
a.测量光吸收系数的方法b.光干涉方法c.椭圆偏振法。
14.膜厚的监控方法：
光电法，触针法。
1、晶体结合键型中属于一次成键的是金属键、离子键、共价键；属于二次成键的是范德华键。
2、fcc、bcc中的各个参数
结构特征
fcc面心立方
bcc体心立方
点阵常数
a
a
原子半径R
晶胞内原子数n
4
2
配位数CN
12
8
致密度K
0.74
0.68
密排方向
<110>
<111>
密排面
｛111｝
｛110｝
四面体间隙数量
8
12
八面体间隙数量
4
6
四面体间隙原子半径
八面体间隙原子半径
四面体间隙位置
4个最近邻原子的中心
侧面中心点1/4和3/4处
八面体间隙位置
体心和邻边中点
面心和棱边中点
3、铸锭组织的铸锭三区：
①表层细晶区（由细小等轴晶粒构成）；②柱状晶区（由垂直于模壁层柱状晶构成）；③中心等轴晶区（由粗大等轴晶构成）。
4、实际晶体中的位错取决于晶体的结构和所处的能量条件；其检测方法主要有：
化学腐蚀法、X射线衍射形貌照相法、扫描电子显微镜法。
5、位错的形式有：
①刃型位错；②螺型位错；③混合位错（其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交截任意角度）。
1、过饱和点缺陷的产生方法有哪些？
答：
通常获得过饱和点缺陷的方式有以下三种：
①淬火。
如果将晶体加热到高温，保温足够的时间，然后急冷到低温（淬火），那么空位就来不及通过向位错、晶界等（漏洞）处扩散而消失，因而晶体在低温下含有过饱和的空位。
②冷加工。
金属在室温下进行压力加工（冷加工）时会产生空位，其微观机制是由于位错交割所形成的割阶发生攀移。
③辐照。
当金属受到高能粒子照射时，金属点阵上的原子将被击出，而进入点阵间隙中。
由于被击出的原子具有很高的能量，它在进入稳定的间隙位置前还会将点阵上的其他原子击出，后者又可能再击出另外的原子，依次下去就会形成大量的、等量的空位和间隙原子。
2、柏氏矢量的确定方法？
答：
先确定
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