材料合成与制备方法 复习.ppt

考试方式：闭卷满分：100分题型一、填空题（1分×10空）二、选择题（2分×10）三、名词解释（5分×4）四、简答题（6分×5）五、论述题 （10分×2）（前四章）材料合成与制备方法材料合成与制备方法 复习复习重点：前四章重点：前四章11-溶胶－凝胶法1 . 溶胶（Sol） 又称胶体溶液指在液体介质（主要是液体）中 分散了1-100nm粒子(基本单元)，且在分散体系中保持固体物质不沉淀的胶体体系溶胶也是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停地进行布朗运动的体系分散相分散相分散介质分散介质分散介质分散介质示例示例液体液体固体固体气体气体液体液体固体固体液体液体气体气体气体气体气体气体液体液体液体液体液体液体固体固体固体固体雾雾烟烟泡沫泡沫牛乳牛乳胶态石墨胶态石墨矿石中的液态夹杂物矿石中的液态夹杂物矿石中的气态夹杂物矿石中的气态夹杂物溶胶态分散系示例溶胶态分散系示例概念概念22. 凝胶（Gel）胶体颗粒或高聚物分子相互交联，空间网络状结构不断发展，最终使得溶胶液逐步失去流动性，在网状结构的孔隙中充满液体的非流动半固态的分散体系，它是含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络3. 溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成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。

4. 双电层溶胶体系中，静电引力静电引力使颗粒吸引反离子吸引反离子向其表面靠拢，并排斥同离子排斥同离子，固体表面电荷与溶液中反电荷形成了双电层结构形成了双电层结构32. 2. 提高溶胶稳定性的三个基本途径提高溶胶稳定性的三个基本途径(1)(1)使胶粒带表面电荷使胶粒带表面电荷；；(2) (2) 利用空间位阻效应利用空间位阻效应；；(3)(3)利用溶剂化效应利用溶剂化效应 1. 1. 溶胶不是物质而是一种溶胶不是物质而是一种““状态状态””3. 溶胶-凝胶过程，按照溶胶的形成原理分为胶体型无机、聚合物型、络合物型4. 4. 溶胶形成过溶胶形成过程中催化剂的程中催化剂的影响影响催化机理催化机理缩聚产物缩聚产物酸催化酸催化交联度低，交联度低，呈链状生长呈链状生长碱催化碱催化交联度高，结交联度高，结构粒子构粒子5. 凝胶点是指流变性质的突然改变，即容器倾斜45º时，溶胶不流动 知识点知识点2021/6/1641. 如何用溶胶凝胶法制备薄膜及涂层？如何用溶胶凝胶法制备薄膜及涂层？将将溶溶液液或或溶溶胶胶通通过过适适当当方方法法在在基基板板上上形形成成液液膜膜，，经经凝凝胶胶化化后后通通过过热热处处理理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层提拉浸渍法提拉浸渍法旋转涂覆法旋转涂覆法丝网印刷法丝网印刷法喷雾涂层法喷雾涂层法 电沉积法电沉积法 细管涂镀技术细管涂镀技术2. 2. 溶胶凝胶法制备薄膜及涂层的成膜机理是什么？溶胶凝胶法制备薄膜及涂层的成膜机理是什么？将将处处理理的的基基底底和和溶溶胶胶相相接接触触，，在在基基底底毛毛细细孔孔产产生生的的附附加加压压力力下下，，溶溶胶胶倾倾向向于于进进入入基基底底孔孔隙隙，，当当其其中中介介质质水水被被吸吸入入孔孔道道内内同同时时胶胶体体粒粒子子的的流流动受阻在表面截留，增浓，缩合，聚结而成为一层凝胶膜。

动受阻在表面截留，增浓，缩合，聚结而成为一层凝胶膜简答与论述简答与论述2021/6/1653. 3. 凝胶的产生途径有哪些？凝胶的产生途径有哪些？①①改变温度：改变温度：利用物质在同一种溶液中的不同温度时的溶解度不同， 通过升、降温度来实现胶凝，从而形成凝胶;②②转换溶剂：转换溶剂：用分散相溶解度较小的溶剂替换溶胶中原有的溶剂可以￿￿ 使体系胶凝，从而得到凝胶，如固体酒精的制备;③③加电解质：加电解质：溶液中加人含有相反电荷的大量电解质也可以引起胶凝而得到凝胶，如在Fe(OH)3溶胶中加人电解质KCI可使其胶凝;④④进行化学反应：进行化学反应：使高分子溶液或溶胶发生交联反应产生胶凝而形成凝胶，如硅酸凝胶、硅一铝凝胶的形成⑤⑤除去溶剂除去溶剂：使聚合产物的浓度增大，当存在一定程度的交联时，发生溶胶-凝胶的转变，粘度突然增大⑥⑥用酸或碱催化用酸或碱催化以促进水解和缩聚反应的发生2021/6/1664. 4. 溶胶形成过程中水解度的影响（加水量），并举例说明溶胶形成过程中水解度的影响（加水量），并举例说明？？水水解解度度R≥2R≥2，，TEOSTEOS水水解解反反应应使使大大部部分分的的-OR-OR基基团团脱脱离离，，产产生生-OH-OH基基团团，，形形成成了了部部分分水水解解的的带带有有-OH-OH的的硅硅烷烷，，在在这这些些部部分分水水解解的的硅硅烷烷之之间间容容易易反反应应形形成成二二聚聚体体，，这这些些二二聚聚体不再进行水解，而是发生交联反应形成三维网络结构，从而缩短了凝胶化时间体不再进行水解，而是发生交联反应形成三维网络结构，从而缩短了凝胶化时间. . 水水解解度度R≤2R≤2，，水水解解反反应应则则产产生生了了部部分分水水解解的的带带有有-OH-OH的的硅硅烷烷，，从从而而消消耗耗掉掉大大部部分分水水，，缩聚反应较早发生，形成缩聚反应较早发生，形成TEOSTEOS的二聚体，硅酸浓度减少，凝胶时间延长的二聚体，硅酸浓度减少，凝胶时间延长 （1）系统含水量比较低的情况下：反应产物一直受到水解速度的控制，更倾向于形成链状结构： 以研究最多的Si(OR)4（R＝CH3，C2H5）－ROH－H2O系统为例，体系中最先发生水解反应：2021/6/167（2）当加水量增大时：由于水解速度快，聚合反应主要或全部以失水缩聚的方式进行，从而形成具有二维或三维结构的聚合物，其水解和缩聚反应可表达为：总的净反应为：2021/6/1681.水水热热法法在在特特制制的的密密闭闭反反应应器器（（高高压压釜釜））中中，，采采用用水水溶溶液液作作为为反反应应体体系系，，通通过过对对反反应应体体系系加加热热、、加加压压(或或自自生生蒸蒸气气压压）），，创创造造一一个个相相对对高高温温、、高高压压的的反反应应环环境境，，使使得得通通常常难难溶溶或或不不溶溶的的物物质质溶溶解解，，并且并且重结晶重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。

而进行无机合成与材料处理的一种有效方法 2-2-水热与溶剂热合成法水热与溶剂热合成法概念概念2. 溶溶剂剂热热法法将将水水热热法法中中的的水水换换成成有有机机溶溶剂剂或或非非水水溶溶媒媒（（例例如如：：有有机机胺胺、、醇醇、、氨氨、、四四氯氯化化碳碳或或苯苯等等）），，采采用用类类似似于于水水热热法法的的原原理理，，以以制制备备在在水水溶液中无法长成，溶液中无法长成，易氧化易氧化、、易水解易水解或或对水敏感对水敏感的材料的材料3.3.水热与溶剂热合成的生产设备为水热与溶剂热合成的生产设备为高压釜高压釜，有，有不锈钢外壳不锈钢外壳和和聚四氟乙聚四氟乙烯内衬烯内衬构成构成2021/6/169水热生长体系中的晶粒形成有哪三种机制？水热生长体系中的晶粒形成有哪三种机制？“均均匀匀溶溶液液饱饱和和析析出出”机机制制由由于于水水热热反反应应温温度度和和体体系系压压力力的的升升高高，，溶溶质质在在溶溶液液中中溶溶解解度度降降低低并并达达到到饱饱和和，，以以某某种种化化合合物物结结晶晶态态形形式式从从溶溶液液中中析出析出 “溶溶解解-结结晶晶”机机制制所所谓谓““溶溶解解””是是指指水水热热反反应应初初期期，，前前驱驱物物微微粒粒之之间间的的团团聚聚和和联联接接遭遭到到破破坏坏，，从从而而使使微微粒粒自自身身在在水水热热介介质质中中溶溶解解，，以以离离子子或或离离子子团团的的形形式式进进入入溶溶液液，，进进而而成成核核、、结结晶晶而而形形成成晶晶粒粒。

当当水水热热介介质质中中溶溶质质的的浓浓度度高高于于晶晶粒粒的的成成核核所所需需要要的的过过饱饱和和度度时时，，体体系系内内发发生生晶晶粒粒的的成成核核和和生生长长，，随随着着结结晶晶过过程程的的进进行行，，介介质质中中用用于于结结晶晶的的物物料料浓浓度度又又变变得得低低于于前前驱驱物物的的溶溶解解度度，，这这使使得得前前驱驱物物的的溶溶解解继继续续进进行行如如此此反反复复，，只只要要反反应应时时间间足足够够长长，，前前驱驱物物将将完完全全溶解，生成相应的晶粒溶解，生成相应的晶粒 “原原位位结结晶晶”机机制制当当选选用用常常温温常常压压下下不不可可溶溶的的固固体体粉粉末末，，凝凝胶胶或或沉沉淀淀为为前前驱驱物物时时，，如如果果前前驱驱物物和和晶晶相相的的溶溶解解度度相相差差不不是是很很大大时时，，或或者者““溶溶解解- -结结晶晶””的的动动力力学学速速度度过过慢慢，，则则前前驱驱物物可可以以经经过过脱脱去去羟羟基基（（或或脱脱水水）），，原原子子原原位位重重排排而而转转变为结晶态变为结晶态简答和论述简答和论述2021/6/1610（（1 1）营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（）营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解溶解阶段阶段）；）；（（2 2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差，）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段输运阶段）；）；（（3 3）离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附；）离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附；（（4 4）吸附物质在界面上的运动；）吸附物质在界面上的运动；（（5 5）结晶。

结晶水热条件下晶体生长包括哪几个步骤？水热条件下晶体生长包括哪几个步骤？2021/6/1611粉粉体体的的晶晶粒粒粒粒度度与与粉粉体体形形成成时时的的成成核核速速度度有有关关，，成成核核速速度度越越快快，，由由此此制制得得的的粉粉体体的的晶晶粒粒粒粒度度就就越越小小，，对对于于溶溶液液体体系系，，如如果果采采取取一一定定的的措措施施，，加加快快成成核核速速度度，，即即在在相相对对较较短短的的时时间间内内形形成成相相对对较较多多的的晶晶核核，，由由于于在在成成核核过过程程中中溶溶质质被被大大量量消消耗耗，，在在生生长长过过程程所所提提供供的的溶溶质质就就会会相相对对减减少少，，则可以使产物的晶粒粒度减少则可以使产物的晶粒粒度减少 为为什什么么在在水水热热合合成成体体系系中中，，在在不不改改变变其其它它反反应应条条件件的的情情况况下下，，在在一一相相当当短短的的时时间间内内使使反反应应物物浓浓度度有有极极大大的的增增加加，，可可以以大大大大加加快快成成核核速速率率，，从从而而达达到到减小产物晶粒粒度的目的？减小产物晶粒粒度的目的？2021/6/1612在高温高压的水热体系中，水的性质发生哪些变化及对水热反应的影响？离子积升高，离子积升高，水的电离常数随反应温度压力的上升而增加，常温常压不溶于水的矿物或有机物会溶解，水热条件下也能诱发离子反应或促进水解反应。

水的粘度和表面张力随温度升高而下降，这使得离子和分子的活动性大为增加，在水热溶液中存在着十分有效的扩散，从而使得水热晶体生长较其他水溶液晶体生长具有更快的生长速率水的热扩散系数增加，水的密度降低水热溶液比常温常压下具有更大的对流驱动力，促进基元物质在界面运动，有利于成核结晶蒸汽压变高，可以增加分子间碰撞的机会而加速反应填充度通常在填充度通常在50%-80%50%-80%为宜为宜2021/6/16133-电解合成电解合成电解液按其组成及结构分为：电解液按其组成及结构分为：电解质溶液、熔融电解质电解质溶液、熔融电解质浓度增大时，电导率均呈现先增加后降低的趋势原因：原因：在一定浓度范围内，随着电解质溶液在一定浓度范围内，随着电解质溶液浓度的增浓度的增加，加，电解质溶液中电解质溶液中导电质点数量的增加占主导，导电质点数量的增加占主导，因而因而溶液的电导率随之增加；溶液的电导率随之增加；当浓度增加到一定程度后，当浓度增加到一定程度后，由于溶液中离子间的距离减小，相互作用增强，使离由于溶液中离子间的距离减小，相互作用增强，使离子运动速度减小子运动速度减小，电导率下降电导率下降电解质溶液的浓度如何影响电导率？电解质溶液的浓度如何影响电导率？电极反应电极反应作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上实现的。

电极上产生超电位的原因：电极上产生超电位的原因：浓差过电位、电阻过电位、活化过电位浓差过电位、电阻过电位、活化过电位简答简答知识点知识点2021/6/1614什么是电动势和理论分解电压？什么是电动势和理论分解电压？电动势：电动势：在一个电化学反应器中，当无电流通过时，两电极之间自发产生的电位差对电解池来说，则为电解反应所需的最低电压值对电解池来说，则为电解反应所需的最低电压值，也就是理论分解电压理论分解电压 金属的电位序有什么实用意义？金属的电位序有什么实用意义？由由电电位位序序可可知知，，在在标标准准情情况况下下氢氢前前面面的的金金属属都都是是容容易易氧氧化化的的金金属属，，氢氢后后面面的的是是难难氧氧化化的的金金属属，，前前面面的的金金属属能能把把电电位位序序表表中中排排在在后后面面的的金金属属从从盐盐溶溶液液中中置置换出来；可计算由任何两组金属组成的电池的电动势换出来；可计算由任何两组金属组成的电池的电动势电解合成的基本原理是什么？电解合成的基本原理是什么？通电前，电解质中的离子常处于无秩序的运动中，通直流电后，离子作定通电前，电解质中的离子常处于无秩序的运动中，通直流电后，离子作定向运动。

阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移向运动阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化动，在阳极失去电子，被氧化2021/6/1615什么是电解定律（法拉第定律）什么是电解定律（法拉第定律）电解时，电极上发生变化的质量与通过的电量成正比，且每通过电解时，电极上发生变化的质量与通过的电量成正比，且每通过1F电量电量可析出可析出1mol任何物质任何物质什么是槽电压？什么是槽电压？槽电压由下述各电压组成：槽电压由下述各电压组成：反抗电解质电阻所需的电压：电解质像普通的导体一样对电流反抗电解质电阻所需的电压：电解质像普通的导体一样对电流通过有一种阻力，反抗这种阻力所需的电压通过有一种阻力，反抗这种阻力所需的电压￿ ￿＝＝￿ ￿IR1完成电解反应所需的电压：该电压用来克服电解过程中所产生完成电解反应所需的电压：该电压用来克服电解过程中所产生的原电池的电动势的原电池的电动势￿ ￿＝＝￿ ￿E可逆可逆电解过程的超电压，电解过程的超电压， E不可逆不可逆反抗输送电流金属导体的电阻和反抗接触电阻需要的电压反抗输送电流金属导体的电阻和反抗接触电阻需要的电压￿ ￿＝＝￿ ￿IR2 E槽槽＝＝E可逆可逆+  E不可逆不可逆+IR1+ IR22021/6/1616在电极与溶液之间形成的在电极与溶液之间形成的界面上界面上进行的电极反应分为哪几个步骤？进行的电极反应分为哪几个步骤？反应物粒子自溶液本体向电极表面传递反应物粒子自溶液本体向电极表面传递反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化电极反应产物自电极表面向溶液本体传递。

电极反应产物自电极表面向溶液本体传递电流密度如何影响着阴极析出物的状态？电流密度如何影响着阴极析出物的状态？电流密度低：晶核生长充分，生成大的晶状沉积物（沉淀）电流密度低：晶核生长充分，生成大的晶状沉积物（沉淀）电流密度高：成核速率大于晶体生长速率，细的晶粒或粉末状电流密度高：成核速率大于晶体生长速率，细的晶粒或粉末状电流密度很高：晶体朝着金属离子浓集的那边生长，呈树状或团粒状电流密度很高：晶体朝着金属离子浓集的那边生长，呈树状或团粒状 导致导致H H2 2的析出，在极板上生成斑点的析出，在极板上生成斑点 pH pH值的局部增高而沉淀出一些氢氧化物或碱式盐值的局部增高而沉淀出一些氢氧化物或碱式盐 2021/6/1617什么是阳极效应？什么是阳极效应？端电压急剧升高，电流则强烈下降，同时，电解质与电极之间呈现端电压急剧升高，电流则强烈下降，同时，电解质与电极之间呈现润湿不良现象，电解质好像被一层气体膜隔开似的，电极周围还出润湿不良现象，电解质好像被一层气体膜隔开似的，电极周围还出现细微火花放电的光圈。

现细微火花放电的光圈正常润湿正常润湿阳极效应阳极效应2021/6/16184-化学气相沉积化学气相沉积CVD过程中过程中，原料，原料可以用可以用气态源气态源也可以用也可以用液态源液态源液态源液态源的输送方法：的输送方法：冒冒泡法泡法、、加热液态源加热液态源、、液态源直接注入法液态源直接注入法（喷淋法）（喷淋法）CVDCVD加热系统加热系统反应室的侧壁温度为反应室的侧壁温度为T Tw w，放置硅片的基座温度为，放置硅片的基座温度为T Ts s热壁式热壁式CVDCVD系统系统：：T Tw w等于等于T Ts s冷壁冷壁式式CVDCVD系统系统：： T Tw w小于小于T Ts s 冷冷壁壁系系统统能能够够降降低低在在侧侧壁壁上上的的沉沉积积，，减减小小了了反反应应剂剂的的损损耗耗，，也也减减小小壁上颗粒剥离对沉积薄膜质量的影响壁上颗粒剥离对沉积薄膜质量的影响知识点知识点2021/6/1619在一个基片上沉积多层薄膜时采用在一个基片上沉积多层薄膜时采用模块式模块式CVDCVD：：多多个个反反应应室室，，不不同同薄薄膜膜分分别别沉沉积积，，互互不不干干扰扰；；基基片片通通过过机机械械手手在在真真空下传递，不引入外界污染。

空下传递，不引入外界污染2021/6/1620什么是气缺现象？如何减缓这种现象？什么是气缺现象？如何减缓这种现象？在在LPCVDLPCVD系系统统中中，，因因为为表表面面反反应应速速度度控控制制沉沉积积速速率率，，而而表表面面反反应应速速度度又又正正比比于于表表面面上上的的反反应应剂剂浓浓度度，，要要想想在在各各个个硅硅片片表表面面上上沉沉积积厚厚度度相相同同的的薄薄膜膜，，就应该保证各个硅片表面上的反应剂浓度是相同的就应该保证各个硅片表面上的反应剂浓度是相同的然然而而对对于于只只有有一一个个入入气气口口的的反反应应室室来来说说，，沿沿气气流流方方向向因因反反应应剂剂不不断断消消耗耗，，靠靠近近入入气气口口处处沉沉积积的的膜膜较较厚厚，，远远离离入入气气口口处处沉沉积积的的膜膜较较薄薄 ，，称称这这种种现现象象为气缺现象为气缺现象什么是化学气相沉积？什么是化学气相沉积？通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。

形成固态沉积物的技术 简答和论述简答和论述2021/6/1621(1)(1)由于反应速度随着温度的升高而加快，由于反应速度随着温度的升高而加快，可通过在水平方向上逐可通过在水平方向上逐渐提高温度来加快反应速度，渐提高温度来加快反应速度，从而提高沉积速率，补偿气缺效应从而提高沉积速率，补偿气缺效应的影响，减小各处沉积厚度的差别的影响，减小各处沉积厚度的差别2)(2)采用分布式的气体入口，采用分布式的气体入口，就是反应剂气体通过一系列气体口注就是反应剂气体通过一系列气体口注入到反应室中需要特殊设计的沉积室来限制气流交叉效应入到反应室中需要特殊设计的沉积室来限制气流交叉效应3)(3)增加反应室中的气流速度增加反应室中的气流速度当气流速度增加的时候，在单位时间当气流速度增加的时候，在单位时间内，靠近气体入口处的沉积速率不变，薄膜沉积所消耗的反应剂内，靠近气体入口处的沉积速率不变，薄膜沉积所消耗的反应剂绝对数量也就没有改变，但所消耗的比例降低，更多的反应剂气绝对数量也就没有改变，但所消耗的比例降低，更多的反应剂气体能够输运到下游，在各个硅片上所沉积的薄膜厚度也变得更均体能够输运到下游，在各个硅片上所沉积的薄膜厚度也变得更均匀一些。

匀一些2021/6/1622化学气相沉积按照哪五个主要步骤进行？化学气相沉积按照哪五个主要步骤进行？(a)(a)反应物已扩散通过界面边界层；反应物已扩散通过界面边界层；(b)(b)反应物吸附在基片的表面；反应物吸附在基片的表面；(c)(c)化学沉积反应发生，表面迁移；化学沉积反应发生，表面迁移；(d)(d)部分生成物已扩散通过界面边界层；部分生成物已扩散通过界面边界层；(e)(e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统生成物与反应物进入主气流里，并离开系统 雷诺数如何判断流动的方式？雷诺数如何判断流动的方式？Re<2100, Re<2100, 层流层流Re>2100, Re>2100, 湍流湍流2021/6/1623什么是定向凝固？什么是定向凝固？在材料部分熔化状态下，通过移动固－液界面，以实现晶体特定方向生长在材料部分熔化状态下，通过移动固－液界面，以实现晶体特定方向生长途径：采用强制手段，在凝固金属和未凝固金属熔体中建立起特定方向的途径：采用强制手段，在凝固金属和未凝固金属熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到具有特定取温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到具有特定取向柱状晶。

向柱状晶 5-5-定向凝固定向凝固2021/6/1624二元合金的凝固过程中固液界面液相区内形成成分过冷条件？1. 1. 由于溶质原子在液相中固溶度由于溶质原子在液相中固溶度> >固相中固溶度固相中固溶度，当单向合金冷却凝固时，，当单向合金冷却凝固时，溶质原子被排挤到液相中去，在液相一侧，形成溶质原子的富集层随着离溶质原子被排挤到液相中去，在液相一侧，形成溶质原子的富集层随着离开固液界面距离增大，溶质质量分数逐渐降低开固液界面距离增大，溶质质量分数逐渐降低2. 2. 在凝固过程中，由于外界冷却作用，在固液界面固相一侧不同位置上的实在凝固过程中，由于外界冷却作用，在固液界面固相一侧不同位置上的实际温度不同，外界冷却能力强，实际温度低；相反实际温度高际温度不同，外界冷却能力强，实际温度低；相反实际温度高如果在固液如果在固液界面液相一侧，溶液中的实际温度低于平衡时液相线温度，出现过冷现象，界面液相一侧，溶液中的实际温度低于平衡时液相线温度，出现过冷现象，形成固相的可能性而影响界面的稳定性形成固相的可能性而影响界面的稳定性 2021/6/1625如何判断如何判断液固界面稳定性液固界面稳定性（对平界面、胞晶、枝晶形态（对平界面、胞晶、枝晶形态) )？？晶体生长过程中晶体生长过程中若不存在成分过冷，当平直的固液界面若不存在成分过冷，当平直的固液界面上产生凸起，过热的环境会将其熔化，上产生凸起，过热的环境会将其熔化，平面界面继续保持。

平面界面继续保持若若界界面面前前沿沿存存在在成成分分过过冷冷，，界界面面前前沿沿形形成成的的凸凸起起会会因因为为处处于于过过冷冷区区而而发发展展，，平界面失稳，导致树枝晶的形成平界面失稳，导致树枝晶的形成2021/6/1626什么是液态金属冷却法（什么是液态金属冷却法（LMCLMC法）？常用的液态金属有哪些？法）？常用的液态金属有哪些？在在快速凝固法快速凝固法的基础上，以的基础上，以液态金属代替水液态金属代替水，作为模壳的冷却介质，模壳直，作为模壳的冷却介质，模壳直接浸入液态金属冷却剂中，散热大大加强，以至在感应器底部迅速发生热平接浸入液态金属冷却剂中，散热大大加强，以至在感应器底部迅速发生热平衡，造成很高的温度梯度衡，造成很高的温度梯度实验室：实验室：Ga-InGa-In合金和合金和Ga-In-SnGa-In-Sn合金合金工业应用：工业应用：SnSn液液2021/6/1627什么是连续定向凝固技术（什么是连续定向凝固技术（OCCOCC法）法） ？？铸型温度高于金属或合金液的凝固温度铸型温度高于金属或合金液的凝固温度铸型只能约束金属或合金液的形状，铸型只能约束金属或合金液的形状，而不会在其表面发生金属的凝固。

凝固界面通常是凸向液相的这一凝固界面而不会在其表面发生金属的凝固凝固界面通常是凸向液相的这一凝固界面形态利于获得定向或单晶凝固组织形态利于获得定向或单晶凝固组织例如：制备单晶铜导线例如：制备单晶铜导线 传统连铸与传统连铸与OCC法原理对比示意图法原理对比示意图冷却距离冷却距离2021/6/16286-固相合成方法的概念固相合成方法的概念低热固相反应低热固相反应在在室室温温或或近近室室温温（（≤≤100℃100℃））的的条条件件下下，，固固相相化化合合物物之之间间所所进进行行的的化化学反应固相反应经历四个阶段： 扩散——反应——成核——生长 低热固相反应的温度很低，低热固相反应的温度很低，一般在小于一般在小于100℃100℃在通常情况下仅需要反在通常情况下仅需要反应物在应物在玛瑙研钵玛瑙研钵中研磨即可中研磨即可固相反应一旦发生即可进行完全，固相反应一旦发生即可进行完全，不存在不存在化学平衡化学平衡知识点知识点2021/6/1629靠分子间力(范德华力)相连，晶格容易变形，外界分子容易地嵌入固体固体分子固体分子固体 ——延伸固体延伸固体一维固体一维固体二维固体二维固体三维固体三维固体 ——低维固体低维固体零维晶体零维晶体 ——稳定性最强稳定性最强反应活性最强反应活性最强化学键作用仅在分子范围内有效，作用最弱，分子的可移动性强化学键作用贯穿整个晶格，致密的结构，外界物质难进入反反应应活活性性固体结构对其反应性的影响零维结构零维结构>一维结构一维结构>二维结构二维结构>三维结构三维结构2021/6/1630固相合成的原理是什么？起始于两个反应物分子的扩散接触，生成的产物分子分散在母体反应物中，只能当作一种杂质或缺陷的分散存在。

当产物分子集积到一定大小，才能出现产物的晶核，从而完成成核过程随着晶核的长大，达到一定的大小后出现产物的独立晶相什么是固相反应的拓扑化学控制原理？什么是固相反应的拓扑化学控制原理？ 液相反应中：液相反应中：反应物分子处于溶剂的包围中，分子碰撞机会各向均等，因而反应主要由反应物的分子结构决定固相反应中：固相反应中：各固体反应物的晶格高度序排列，晶格分子移动困难合适取向的晶面上的分子足够地靠近，并提供反应中心，使固相反应得以进行，这就是固相反应特有的拓扑化学控制原理2021/6/1631颗粒尺寸对固相反应的影响？ 在在固固相相条条件件下下，，化化学学反反应应的的速速率率通通常常与与反反应应剂剂的的表表面面积积成成正正比比反反应应物物的的颗颗粒粒尺尺寸寸不不同同，，它它们们的的比比表表面面积积及及固固体体缺缺陷陷结结构构也也会会发发生生变化颗粒越小，颗粒越小，比表面比表面 ，反应截面，反应截面  ，， 反应反应能力能力和扩散能力和扩散能力 反应物粒径分布的影响：颗粒尺寸分布越集中对反应速率越有利反应物粒径分布的影响：颗粒尺寸分布越集中对反应速率越有利 2021/6/1632什么是矿化剂，矿化剂对固相反应的影响？什么是矿化剂，矿化剂对固相反应的影响？矿化剂：在反应过程中不与反应物或矿化剂：在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应反应产物起化学反应, ,但可以不同的方式但可以不同的方式和程度影响反应的某些物质。

和程度影响反应的某些物质矿化剂作用矿化剂作用1.1.形成固溶体，从而使晶格活化形成固溶体，从而使晶格活化2.2.形成低共熔物，使物系在较低温度下出现液相，加速扩散和对固体的溶解形成低共熔物，使物系在较低温度下出现液相，加速扩散和对固体的溶解3.3.形成某种活性中间体，处于活化状态形成某种活性中间体，处于活化状态4.4.矿化剂对反应物离子产生极化，促使其晶格畸变和活化矿化剂对反应物离子产生极化，促使其晶格畸变和活化 2021/6/16337-热压烧结热压烧结 热热压压烧烧结结：：指指在在对对置置于于限限定定形形状状的的石石墨墨模模具具中中的的松松散散粉粉末末或对粉末压坯加热的同时，对其施加单袖压力的烧结过程或对粉末压坯加热的同时，对其施加单袖压力的烧结过程宏宏观观定定义义：：粉粉体体原原料料经经过过成成型型、、加加热热到到低低于于熔熔点点的的温温度度，，发发生生固固结结、、气气孔孔率率下下降降、、体体积积收收缩缩、、致致密密度度提提高高、、晶晶粒粒增增大，变成坚硬的烧结体，这个现象称为烧结大，变成坚硬的烧结体，这个现象称为烧结微微观观定定义义：：固固态态中中分分子子（（或或原原子子））的的相相互互吸吸引引，，通通过过加加热热，，质质点点获获得得足足够够的的能能量量，，进进行行迁迁移移使使粉粉末末体体产产生生颗颗粒粒粘粘结结，，产生强度并导致致密化和再结晶产生强度并导致致密化和再结晶概念概念2021/6/1634烧烧结结是是一一个个自自发发的的不不可可逆逆过过程程，，系系统统表表面面能能降降低低是是推推动动烧烧结结进进行行的的基基本动力。

本动力黏黏附附作作用用是是烧烧结结的的初初级级阶阶段段，，导导致致粉粉体体颗颗粒粒间间产产生生键键合合、、靠靠拢拢和和重重排排，，并开始形成接触区的一个原因并开始形成接触区的一个原因热压烧结常用的模具材料是热压烧结常用的模具材料是石墨石墨在在热热压压烧烧结结的的扩扩散散传传质质过过程程中中，，颈颈部部空空位位过过剩剩，，空空位位从从颈颈部部表表面面不不断断地地向向颗颗粒粒的的其其他他部部位位扩扩散散，，而而固固体体质质点点则则向向颈颈部部逆逆向向扩扩散散，，达达到到气气孔孔充填的结果充填的结果 粘滞流动与塑性流动粘滞流动与塑性流动粘性流动传质：粘性流动传质：在在外力场（如表面张力）作用下质点(或空位)优先沿此作用力的方向移动，呈现定向物质流塑性流动传质：塑性流动传质：如果表面张力足以使晶体产生位错，这时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实现物质传递知识点知识点2021/6/1635什么是溶解和沉淀传质？什么是溶解和沉淀传质？固相分散于液相中，并通过液相的毛细管作用固相分散于液相中，并通过液相的毛细管作用在颈部重新排列在颈部重新排列，成为更紧密，成为更紧密的堆积物；的堆积物；细小颗粒细小颗粒（其溶解度较高）以及一般颗粒的表面凸起部分溶解进（其溶解度较高）以及一般颗粒的表面凸起部分溶解进入液相，并通过液相移到粗颗粒表面（这里溶解度较低）而沉淀下来入液相，并通过液相移到粗颗粒表面（这里溶解度较低）而沉淀下来 。

什么是热等静压什么是热等静压 ？？对装于包套之中的松散粉末加热的同时从各个方向对试样进行均匀加压对装于包套之中的松散粉末加热的同时从各个方向对试样进行均匀加压的烧结过程压力传递介质为的烧结过程压力传递介质为惰性气体惰性气体热压烧结过程中，什么是蒸发和凝聚（气相传质）？热压烧结过程中，什么是蒸发和凝聚（气相传质）？由于颗粒之间表面曲率的差异，造成各部分蒸气压不同，物质从蒸气由于颗粒之间表面曲率的差异，造成各部分蒸气压不同，物质从蒸气压铰高的凸曲面蒸发，通过气相传递．在蒸气压较低的凹曲面处压铰高的凸曲面蒸发，通过气相传递．在蒸气压较低的凹曲面处( (两颗两颗粒间的预部粒间的预部）凝聚，这样就使颗粒间的接触面积增加，颗粒和气孔的）凝聚，这样就使颗粒间的接触面积增加，颗粒和气孔的形状改变，从而使颈部逐渐被填充，导致坯体逐步致密化形状改变，从而使颈部逐渐被填充，导致坯体逐步致密化 2021/6/1636自蔓延合成方法的概念自蔓延合成方法的概念利用化学反应利用化学反应放出的热量放出的热量使燃烧反应使燃烧反应自发的进行自发的进行下去，以获得具有指下去，以获得具有指定成分和结构的燃烧产物定成分和结构的燃烧产物。

8-自蔓延高温合成自蔓延高温合成自蔓延合成的要求：自蔓延合成的要求：1 1、剧烈的、剧烈的放热反应放热反应2 2、产物的、产物的绝热燃烧温度绝热燃烧温度T Ta a大于大于1800K1800K；；绝热温度绝热温度T Ta a大于产物熔点大于产物熔点，，存在液相存在液相，反应易进行，反应易进行2021/6/1637如何利用离心自蔓延高温合成制备钢管陶瓷内衬？即将铝热剂置于钢管内，旋转钢管，然后将铝热剂点燃铝热剂发生反应并放出大量的热，使得燃烧合成产物熔化由于金属比重较氧化物大，这样在离心力作用下金属和氧化物发生分离，使之氧化物位于最内层，金属位于钢管和氧化物之间，这样制成的陶瓷复合管SHS焊接陶瓷的原理是什么？焊接陶瓷的原理是什么？利用活性元素在陶瓷的界面处与陶瓷发生界面反应来改善陶瓷的利用活性元素在陶瓷的界面处与陶瓷发生界面反应来改善陶瓷的表面状态，以提高焊料反应产物与陶瓷的润湿性表面状态，以提高焊料反应产物与陶瓷的润湿性2021/6/16389-SPS合成技术原理1. 1. 等离子烧结技术等离子烧结技术通过将特殊电控制装置发生的通过将特殊电控制装置发生的直流脉冲电压直流脉冲电压加到粉体试样上，除了能利加到粉体试样上，除了能利用通常放电加工所引起的烧结促进作用（放电冲击压力和焦耳加热）外，用通常放电加工所引起的烧结促进作用（放电冲击压力和焦耳加热）外，还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象（还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象（瞬间产生高温等瞬间产生高温等离子体离子体）所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结）所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术。

技术2 2 等离子体等离子体由大量的带电粒子组成的由大量的带电粒子组成的非束缚态非束缚态的宏观体系的宏观体系概念概念2021/6/163910-激光合成激光合成激光是如何产生的？激光是如何产生的？把材料中处于低能级的电子送到高能级上，并积累起来成为把材料中处于低能级的电子送到高能级上，并积累起来成为粒子反粒子反转分布转分布，然后再给高能级上的电子一个适当的，然后再给高能级上的电子一个适当的激发力量激发力量，电子便会，电子便会突然从高能级跃回到低能级，伴随着这种跃迁，原子会以光的形式突然从高能级跃回到低能级，伴随着这种跃迁，原子会以光的形式释放能量，这种能量很大的光就是激光释放能量，这种能量很大的光就是激光激光的一些特性与材料合成的关系？激光的一些特性与材料合成的关系？利用激光的利用激光的方向性方向性，可实现，可实现微区域的高温化学反应微区域的高温化学反应激光的激光的单色性单色性，使光子的，使光子的能量与反应所需激活能相匹配能量与反应所需激活能相匹配，是提高量子效，是提高量子效率的一个基本条件，激励某些化学反应率的一个基本条件，激励某些化学反应 利用激光的利用激光的高亮度高亮度，可以使它成为一种特殊的，可以使它成为一种特殊的热源热源，利用这种热源直接，利用这种热源直接加热、蒸发、解离化学物质加热、蒸发、解离化学物质，就可以使许多繁杂、艰难的化学操作变得，就可以使许多繁杂、艰难的化学操作变得简单可行。

简单可行利用利用激光的能量集中激光的能量集中，可以进行材料的，可以进行材料的表面热处理和表面氧化表面热处理和表面氧化2021/6/1640微波加热大体上可认为是微波加热大体上可认为是介电加热效应介电加热效应由于微波是一种每秒振荡上百亿次的电磁场，放在这样的电磁场中，分子由于微波是一种每秒振荡上百亿次的电磁场，放在这样的电磁场中，分子的排列方向就要每秒钟随之改变上百亿次，这样，大量分子吸收了微波的的排列方向就要每秒钟随之改变上百亿次，这样，大量分子吸收了微波的能量而高频率的剧烈的转动，便产生了大量的内能，使物体的温度升高能量而高频率的剧烈的转动，便产生了大量的内能，使物体的温度升高微波提高化学反应速率的主要原因？微波提高化学反应速率的主要原因？微波作用于反应物后，加速了分子运动速度，提高了分子的平均能量，即相对降低了反应的活化能，大大增大了分子的碰撞频率相对降低了反应的活化能，大大增大了分子的碰撞频率，从而使反应迅速，从而使反应迅速完成完成物质与微波间的作用物质与微波间的作用金属，金属，反射微波反射微波，常用作微波炉的内腔材料，常用作微波炉的内腔材料绝缘体，绝缘体，反射或使微波穿透反射或使微波穿透，可用作家用微波炉的炊具、支架及窗口材料等，可用作家用微波炉的炊具、支架及窗口材料等电介质，电介质，吸收微波，吸收微波， CuO、、Fe3O410-微波合成微波合成2021/6/1641 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！。