材料制备原理.docx

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材料制备原理

1.溶胶：

指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。

2.凝胶：

被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体。

3.溶胶－凝胶法：

采用具有高化学活性的含材料成分的液体化合物为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行一系列的水解、缩聚化学反应，通过抑制各种反应条件，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成了三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。

4.水热法：

在特制的密闭反应器中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压，创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的方法。

5.溶剂热法：

将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒，采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。

6.化学气相沉积:

两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到基片表面上。

7.物理气相沉积:

以物理机制来进行薄膜沉积而不涉及化学反应的制程技术。

8.放电等离子体烧结：

利用脉冲电流产生的脉冲能，放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术。

9.自蔓延高温合成：

利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导做用来合成材料的技术。

10.等离子体：

电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体。

11.物质的四态：

宇宙中物质存在的四种状态，包括固、液、气、等离子体态。

12.SPS烧结：

利用体加热和表面活化，实现材料的超快速致密化烧结。

13.烧结：

多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。

14.固相烧结和液相烧结：

在烧结温度下，粉末坯体在固态情况下达到致密化过程；粉末坯体在烧结过程中有液相存在的烧结过程。

15.烧成温度：

陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度。

16.热压烧结：

在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。

17.等静压烧结：

将粉末压坯装入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。

18.微波烧结：

利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化。

19.SHS烧结：

将粉末或压坯在真空或一定气氛中直接点燃，不加外载，凭自身反应放热进行烧结和致密化。

20.搅拌器的种类有电力搅拌器和磁力搅拌器。

21.溶胶凝胶法中固化处理分为干燥和热处理。

22.自蔓延高温合成，或称燃烧合成。

23.SHS技术而临的最大问题是合成过程难以控制。

24.常用的SHS致密化技术有液相致密化技术、SHS粉末烧结致密化技术、SHS结合压力致密化技术。

25.用SPS来制备高密度、细晶粒陶瓷不仅降低了烧结温度和提高了致密度，更主要是极大地缩短了烧结时间。

26.PSZ，ZTA，TZP，SPS，PTC？

PSZ代表部分稳定氧化锆；ZTA代表氧化锆增韧氧化铝；TZP代表四方氧化锆多晶体；SPS代表放电等离子烧结法；PTC代表正温度系数热敏电阻。

27.在材料科学领域，实验室和工业上最广泛采用气体放电获得等离子体的方法。

28.粉体的各种制备方法有机械粉碎法、固相法、液相法、气相法。

29.溶胶凝胶法的使用范围？

块体材料；多孔材料的制备；纤维材料的制备；复合材料的制备；超细粉体材料的制备；薄膜和涂层材料的制备。

30.溶胶－凝胶法制备块体材料的优点？

纯度高；材料成分易控制；成分多元化；均匀性好；材料形状多样化；较低的温度下进性合成并致密化。

31.溶胶凝胶制备陶瓷粉体材料的优点？

制备工艺简单、无需昂贵的设备；对多元组分体系，可大大增加其化学均匀性；反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构；材料可掺杂的范围较宽，化学计量准确，易于改性；产物纯度高，烧结温度低。

32.水热生长体系中的晶粒形成的三种基本类型？

均匀溶液饱和析出机制；广泛应用“溶解-结晶”机制；原位结晶机制。

33.简述水热与溶剂热合成存在的问题？

无法观察晶体生长和材料合成的过程；温压控制严格、成本高；安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强；该反应的反应机理还有待分析。

34.与水热法相比，溶剂热法具有怎样的特点？

抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；可选择的原料的范围大；扩大了所能制备的目标产物的范围；可以达到比水热合成更高的气压，有利于产物的结晶；反应物中的结构单元可以保留到产物中，且不受破坏；有机溶剂的官能团和反应物或产物作用，生成某些新型的在催化和储能方面有潜在应用的材料；非水溶剂的种类繁多。

35.请画出水热与溶剂热合成的一般工艺流程图？

选择反应物和反应介质；确定物料配方；优化配料顺序；装釜、封釜；确定反应温度、压力、时间等实验条件；冷却、开釜；液、固分离；物相分析。

36.简述影响水热与溶剂热反应的因素？

温度；压强；pH值酸碱度；反应时间；杂质水热反应。

37.化学气相沉积方法沉积的固体形态？

在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒；在气体中生成粒子。

38.影响化学气相沉积制备材料质量的几个主要因素？

反应混合物的供应；沉积温度；衬底材料；系统内总压和气体总流速；反应系统装置的因素；源材料的纯度。

39.同其它常规工艺方法相比，SHS技术具有的优点是什么？

节省时间，能源利用充分；设备、工艺简单；产品纯度高，反应转化率接近100%；不仅能生产粉末，如果同时施加压力，还可以得到高密度的燃烧产品；产量高；扩大生产规模简单，能够生产新产品；容易烧结；可以制造某些非化学计量比的产品、中间产物以及亚稳定相等。

40.电离气体成为等离子体的条件？

当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动，这样的“电离气体”才算转变成等离子体。

否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不过是互不相关的各部分的简单加和，而不具备作为物质的第四态的典型性和特征，仍属于气态。

41.比较干压与等静压成型方法的特点？

干压成型将粉料加少量结合剂，然后将造粒后的粉料置于钢模中，在压力机上加压形成一定形状的坯体。

优点：

工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行自动化生产；其成型的坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高等。

缺点：

对大型坯体生产有困难，模具磨损大、加工复杂、成本高；加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩不均，会产生开裂、分层等现象。

等静压成型利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法。

可以成型以一般方法不能生产的形状复杂、大件及细而长的制品，而且成型质量高。

可以不增加操作难度而比较方便地提高成型压力，而且压力作用效果比其他干压法好。

由于坯体各向受压力均匀，其密度高而且均匀，烧成收缩小，因而不易变形。

模具制作方便、寿命长、成本较低。

可以少用或不用粘接剂。

但此设备价格昂贵。

42.何谓粉体的粒度和粒度分布？

颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸，这是所有颗粒的平均大小。

各种不同大小颗粒所占的百分比；分为频率分布和累积分布。

43.简述等离子体与气体的差异？

气体通常是不导电的，等离子体则是一种导电流体而又在整体上保持电中性。

组成粒子间的作用力不同，气体分子间不存在静电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力，并由此导致带电粒子群的种种特有的集体运动。

作为一个带电粒子系，等离子体的运动行为受到电磁场的影响和约束。

44.粒度测定分析的常见方法有哪些？

显微镜法，筛分法，沉降法，激光法，X射线法，表面积法。

45.影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？

球磨机的转速；研磨体的比重、大小及形状；球磨方式；球磨方式有湿法和干法两种。

；料、球、水的比例；装料方式；球磨机直径；球磨机内衬的材质。

46.什么是一次颗粒？

二次颗粒？

粉体颗粒中没有堆积、絮联等结构的最小单元。

发生了一定程度团聚的颗粒。

47.颗粒团聚原因有哪几种？

分子间的范德华引力；颗粒间的静电引力；吸附水分的毛细管力；颗粒间的磁引力；颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。

48.特种陶瓷的成形方法有哪些？

注浆成型；热压铸成型；挤压成型；轧膜成型；干压成型；等静压成型；带式成型法。

49简述热压铸成型的优缺点？

优点设备简单、操作灵活方便、劳动强度低、生产效率高、模具磨损小、使用寿命长等优点，适合形状较复杂，精度要求较高的中小型产品的生产。

缺点是工序较复杂、能耗较大、工期较长、烧后制品的致密度偏低，不宜制作壁薄大而长的产品。

50.制造Al2O3陶瓷的原料Al2O3粉为什么要预烧？

预烧Al2O3粉质量如何检验？

使γ-Al2O3全部转变为α-Al2O3，减少烧成收缩。

排除Al2O3原料中的Na2O，提高原料的纯度。

染色法。

由于α-Al2O3结构致密不会吸附染料，而γ-Al2O3是多孔的球体结构，吸附能力强，因此可以通过吸附染料的多少来判断转化的程度。

通常所用的染料有茜素、亚甲基蓝等。

未转化完全的Al2O3颜色深，转化完全的Al2O3则染色浅。

光学显微镜法。

根据α-Al2O3和γ-Al2O3具有不同的折射率来判断转化情况，一般采用折射率为1.730的二碘甲烷作为测定折射率用油。

在偏光显微镜下，如果测得折射率大于1.730的则属于α-Al2O3，相反，小于1.730则属于γ-Al2O3。

密度法。

对于α-Al2O3和γ-Al2O3而言，α-Al2O3密度大，接近理论密度；而γ-Al2O3密度小。

可以根据预烧后Al2O3的密度来估算α-Al2O3所占的数量，从而判断预烧质量的好坏。

51.烧结方法有哪些？

低温烧结；热压烧结；气氛烧结；微波烧结；电场烧结；超高压烧结；活化烧结；活化热压烧结等。

52.微波烧结有哪些特点？

一、

整体加热；选择性加热；降低烧结温度；改善材料性能；控制性和无污染。

53.银离子的抗菌机理？

接触反应说：

微量的银离子进入菌体内部，破坏了微生物细胞的呼吸系统及传输系统，引起酶的破坏，从而达到抗菌作用。

催化反应说：

在光的作用下，由于银离子的催化作用，将氧气或水中的溶解氧变成了活性氧，这种活性氧具有抗菌作用。

54.氧化铝有哪些结晶型态？

α-Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体；β-Al2O3，Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物的总称；γ-Al2O3，是氧化铝的一种低温型态，等轴晶系（a＝0.791nm），尖晶石型结构，晶体结构中氧原子呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。

55.简述氧化铝原料的制备工艺？

烧结、溶出、脱硅、分解和煅烧。

56.与氧化物陶瓷比较，非氧化物陶瓷有何特点？

非氧化物在自然界中很少存在，需要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺来做成陶瓷制品；在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物，因此必须在保护性气体中进行；氧化物原子间的化学键主要是离子键，而非氧化物一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷一般比氧化物难熔和难烧结。

57.碳化硅原料的结晶形态及物理性能？

α-SiC、6H-SiC、15R-SiC、4H-SiC和β-SiC型。

58.碳化硅的物理性能？

硬度很高，莫氏硬度为9.2～9.5，显微硬度为33.4GPa。

具有高的导热性和负的温度系数。

热膨胀系数介于Al2O3和Si3N4之间，约为4.7×10-6/K，随着温度的升高，其热膨胀系数增大。

高的热导率和较小的热膨胀系数使得它具有较好的抗热冲击性能。

59.碳化物陶瓷主要有哪些？

它们的共同特点是什么？

SiC；B4C；TiC；ZrC；VC；TaC；WC；Mo2C。

特点：

熔点高。

60.常用的压电陶瓷的性能参数有哪些？

弹性常数；机械品质因素；压电性、压电常数与压电方程；机电耦合系数。

61.什么是正压电效应？

什么是逆压电效应？

在没有对称中心的晶体上施加一个机械力时，则发生与应力成比例的介质极化，在晶体表面的两电极上会出现等量的正、负电荷，电荷多少与力的大小成正比，当机械力撤去后，电荷会消失。

当在晶体上施加一个外电场引起极化时，晶体会发生形变，且形变大小与电场成正比，若撤除电场，则晶体又恢复原状。

62.什么是超导体？

超导体的主要类型有哪些？

某种物质冷却到低温时电阻突然变为零，同时物质内部失去磁通成为完全抗磁性的物质。

从材料来分元素超导体、合金或化合物超导体、陶瓷超导体。

从低温处理方法液氦温区超导体，液氢温区超导体，液氮温区超导体和常温超导体。

63.举例说明超导陶瓷的应用？

电力系统；交通运输；选矿和探矿；环保和医药；高能核实验和热核聚变；电子工程。

64.磁性陶瓷（铁氧体陶瓷）有哪几种类型？

按晶体结构：

尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（MFe12O19）（M为铁族元素，R为稀土元素）。

按性质及用途：

软磁、硬磁、旋磁、矩磁、磁泡、磁光、磁记录材料等。

按结晶状态：

单晶体和多晶体铁氧体。

按外观形态：

粉末、薄膜和体材。

65.什么是生物陶瓷？

生物陶瓷应具有哪些性能？

能适用生命体的身体机能并能代替身体某一部分的陶瓷。

与生物组织有良好的相容性；有适当的生物力学和生物学性能；有良好的加工性和临床操作性；有耐消毒灭菌性能。

66.什么是相变增韧？

ZrO2颗粒弥散在其它陶瓷基体中，当基体对ZrO2颗粒有足够的正应力，而ZrO2的颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，在室温时仍可以保持四方相。

当材料受到外应力时，基体对ZrO2的压抑作用松弛，ZrO2颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果。

67.什么是微裂纹增韧？

部分稳定ZrO2陶瓷在由四方相向单斜相转变，相变出现了体积膨胀而导致产生微裂纹，由ZrO2陶瓷在冷却过程中产生的相变诱发微裂纹，以及裂纹在扩展过程中在其尖端区域形成的应力诱发相变导致的微裂纹，都将起着分散主裂纹尖端能量的作用，从而提高了断裂能。