(完整word版)材料合成與制備期末復習題

1、第零章緒論1 .材料合成：材料合成是指促使原子或分子構成材料的化學或物理過 程；2 .材料制備：材料制備是指研究如何控制原子與分子使其構成有用的 材料，但材料制備還包括在更為宏觀的尺度上控制材料的 結構，使其具備所需的性能和使用效能。3 .材料合成與制備的最終目標是： 制造高性能、高質量的新材料以滿 足各種構件、物品或儀器等物件的日益發(fā)展的需求。4 .材料合成與制備的發(fā)展方向： 材料的高性能化、復合化、功能化、 低維化、低成本化、綠色化；5 .影響熱力學過程自發(fā)進行方向的因素：(1)能量因素；(2)系統(tǒng)的 混亂度因素；6 .隔離系統(tǒng)總是自發(fā)的向著嫡值增加的方向進行。7 .論述反應速率的影響因素

2、：(1)濃度對反應速率的影響：對于可逆反應，增加反應物濃度可以使平衡向產物方向移動，因此， 提高反應物濃度是提高產率的一個辦法， 但如果反應物成本很高，將 反應物之一在生成后立即分離出去或轉移到另一相中去，也是提高反 應產率的一個很好的辦法。對于有氣相的反應，如果反應前后氣體物 質的反應計量數(shù)不等，則增加壓力會有利于反應向氣體計量數(shù)小的方 向進行。另外，對于多個反應同時進行的反應，則應按主反應的情況 來控制反應物的配比；(2)溫度對反應速率的影響：對于一個可逆反應，正反應吸熱，則逆反應就放熱；如果正反應放熱， 則逆反應就吸熱，升高溫度有利于反應向吸熱方向進行， 不利于放熱 反應；對于放熱反應，

3、用冷水浴或冰浴使其降溫的辦法有利于反應的 進行，但影響反應速率。實際生產中，要綜合考慮單位實際內的產量 和轉化率同時進行；（3）溶劑等對反應速率的影響：溶劑在反應中的作用：一是提供反 應的場所，二是發(fā)生溶劑化效應。溶劑最重要的物理效應即溶劑化作 用，化學效應主要有溶劑分子的催化作用和容積分子作為反應物或產 物參與了化學反應。若溶劑分子與反應物生成不穩(wěn)定的溶劑化物，可 使反應的活化能降低，加快反應速率；若生成穩(wěn)定的溶劑化物，則使 反應活化能升高，降低反應速率；若生成物與溶劑分子生成溶劑化物， 不論它是否穩(wěn)定，都會使反應速率加快。第一章溶膠-凝膠法1 .溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，是指

4、微小的固體顆粒懸浮 分散在液相中，不停地進行布朗運動的體系。2 .凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系.被分散的物質形成連續(xù) 的網狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體。3 .溶膠凝膠法：就是用含高化學活性組分的化合物作前驅體.在液 相下將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合化學反應，通過抑制各 種化學反應條件，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經陳化， 膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了 失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經過干燥、燒結固化制備出分子 乃至納米亞結構的材料。4 .粒子間的兩個力：（1）顆粒間的范德華力； 雙電層靜電排斥能 5.增加粒干間能奉通常有三個基本途

5、徑:（1）使膠粒帶表面電荷；（2）利 用空間位阻效應；（3）利用溶劑化效應。6.由溶膠制備瓣膠的具體方法：(1)、使水、醇等分散介質揮發(fā)或冷卻溶膠，使其形成過飽和液，而 形成凝膠。(2)、加入非溶劑，如在果膠水溶液中加入適量酒精后，即形成凝膠。(3)、將適量的電解質加入膠粒親水性較強的憎液型溶膠， 即可形成 凝膠。(4)、利用化學反應產生不溶物，并控制反應條件可得凝膠。7 .溶膠一凝膠合成方法的適用范圍：(1)塊體材料(2)多孔材料(3)纖維材料(4)復合材料(5)超細粉體材料(6)薄膜及涂層材料8 .溶膠-凝膠合成生產工藝種類程類化學特征狡體型調整pH值或加 入電解質使粒 子表面電荷中 和，

6、蒸發(fā)溶劑使 粒子形成凝膠1. 密集的粒子前驅體溶膠粉末形成凝膠網絡2. 凝膠中固相是由金屬無機化合物與含量較高3. 凝膠誘明：強添加劑之間薄膜的反應形成度較弱的密集粒子ku前驅體水解和1.由前驅體得主要是金屬薄膜塊體到的無機聚合物構成的凝膠網絡2.剛形成的凝膠體積與前驅體溶液體積完全一聚合物樣3.證明凝膠形炫氧化物纖維聚合粉末成的參數(shù)凝膠時間隨著過程中的其它參數(shù)變化而變化4.凝膠透明絡合物絡合反應導致1.由氫鍵連接金屬醇鹽、硝薄膜的絡合物構成凝較大混合配合酸鹽或醋酸粉末1體的絡合物的2 .凝膠在濕氣中可能會溶解3 .廨膠誘明鹽纖維9 .溶膠-凝膠合成工藝設備：(1)有恒溫加熱的攪拌器；(2)真

7、空干燥箱；(3)馬弗爐10 .溶膠-凝膠合成材料的基本過程：(1)溶液溶膠化；(2)凝膠化成型(3)固化處理11在溶液-溶膠化階段中，膠液的獲得方法有三種 ：(1)超細粉和溶液機械混合形成膠液(2)金屬無機化合物或金屬醇鹽水解(3)金屬有機化合物水解12 .凝膠質量好壞的影響因素： 前驅體選擇:反應配比；溶液 pH值； 反應溫度；反應時間等。(1)前驅體原料的選擇：金屬無機鹽作為溶膠-凝膠合成反應的原料具 有價格低廉的特殊優(yōu)點，可以用作產業(yè)化生產的原材料；(2)水解度的影響；(3)催化劑的影響；(4)溶膠濃度的影響；(5)反應溫度的影響；(6)絡合劑的使用。13 .溶膠-凝膠法應用(1)一氣凝

8、膠；(2) A12O3耐熱涂層；(3)溶膠凝膠-自蔓延制備生物玻璃粉體。氣凝膠:是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結構成的納米多孔網絡固 態(tài)非晶材料。溶膠-凝膠自蔓延合成技術：是指有機鹽凝膠或有機鹽(燃料)與金屬硝 酸鹽在加熱過程中發(fā)生氧化還原反應， 燃 燒產生大量的氣體，可自我維持并合成所 需燃燒物的材料的合成工藝。第二章水熱與溶劑熱合成1 .水熱法：是指在特制的密閉反應器(反應釜)中，采用水溶液作為 反應體系，通過將反應體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度)，在 反應體系中產生高壓環(huán)境而進行無機合成與材料制備的一種有效方 法。2 .在水熱條件下，水的作用： 既可作為溶劑又可作為礦化劑,在液態(tài) 或

9、氣態(tài)下還是傳遞壓力的媒介。水熱合成技術最大的缺點是： 反映周期長。3 .溶劑熱法：實在水熱法的基礎上發(fā)展起來的一種新的材料制備方 法，江水熱法中的水換成有機溶劑或非水溶酶(如有機胺、醇、氨、 四氯化碳或苯等)，采用類似于水熱法的原理，以制備在水溶液中無 法長成、易氧化、易水解或對水敏感的材料，如田V族半導體化合 物、氮化物、硫族化合物、新型磷(碎)酸鹽分子篩三維骨架結構等。4 .與水熱法相比，溶劑熱法具有以下優(yōu)點：(1)在有機溶劑中進行的反應能夠有效地抑制產物的氧化過程或 水中氧的污染；(2)非水溶劑的采用使得溶劑熱法可選擇原料的范圍大大擴大， 比如氟化物，氮化物，硫化合物等均可作為溶劑熱反應

10、的原材料； 同時，非水溶劑在亞臨界或超臨界狀態(tài)下獨特的物理化學性質極 大地擴大了所能制備的目標產物的范圍；(3)由于有機溶劑的低沸點，在同樣的條件下，它們可以達到比 水熱合成更高的氣壓，從而有利于產物的結晶；(4)由于較低的反應溫度，反應物中結構單元可以保留到產物中， 且不受破壞，同時，有機溶劑官能團和反應物或產物作用，生成 某些新型在催化和儲能方面有潛在應用的材料；(5)非水溶劑的種類繁多，其本身的一些特性，如極性與非極性、 配位絡合作用、熱穩(wěn)定性等，為我們從反應熱力學和動力學的角 度去認識化學反應的實質與晶體生長的特性，提供了研究線索。5 .水熱法基本原理：水熱法常用氧化物或者氫氧化物或凝

11、膠體作為前驅物，以一定的填充比進入高壓釜，它們在加熱過程中溶解度隨溫度升高而增大，最終導致溶液過飽和，并逐步形成更穩(wěn)定的新相。反應過程的驅動力是最后可溶的前驅體或中間產物與最終產物之間的溶解度差，即反應向吉布斯焓減小的方向進行。但嚴格的說，水熱技術中幾種重要的反應機理并不完全相同，即并非都可用這種“溶解-結晶”機理來解釋，水熱反應的微觀機理是急需解決的問題。同時，反應過程中的有關礦化劑的作用，中間產物對產物的影響等也不十分清楚。水熱生長體系中的晶粒形成可分為三種類型：? “均勻溶液飽和析出”機制由于水熱反應溫度和體系壓力的升高，溶質在溶液中溶解度降低并達到飽和，以某種化合物結晶態(tài)形式從溶液中析

12、出。當采用金屬鹽溶液為前驅物，隨著水熱反應溫度和體系壓力的增大，溶質（金屬陽離子的水合物）通過水解和縮聚反應，生成相應的配位聚集體（可以是單聚體，也可以是多聚體）當其濃度達到過飽和時就開始析出晶核，最終長大成晶粒。? “溶解-結晶”機制當選用的前驅體是在常溫常壓下不可溶的固體粉末、凝膠或沉淀時，在水熱條件下，所謂“溶解”是指水熱反應初期，前驅物微粒之間的團聚和聯(lián)接遭到破壞，從而使微粒自身在水熱介質中溶解，以離子或離子團的形式進入溶液，進而成核、結晶而形成晶粒；“結晶”是指當水熱介質中溶質的濃度高于晶粒的成核所需要的過飽和度時，體系內發(fā)生晶粒的成核和生長，隨著結晶過程的進行，介質中用于結晶的物料

13、濃度又變得低于前驅物的溶解度，這使得前驅物的溶解繼續(xù)進行。如此反復，只要反應時間足夠長，前驅物將完全溶解，生成相應的晶粒。? “原位結晶 ”機制當選用常溫常壓下不可溶的固體粉末，凝膠或沉淀為前驅物時，如果前驅物和晶相的溶解度相差不是很大時，或者“溶解-結晶”的動力學速度過慢，則前驅物可以經過脫去羥基(或脫水)，原子原位重排而轉變?yōu)榻Y晶態(tài)。晶體生長習性的研究就是對“晶體結構晶體生長條件晶體生長形態(tài)晶體缺陷”這四者關系的研究。將水熱條件下納米晶粒的形成過程可分為三個階段：? 生長基元與晶核的形成? 生長基元在固-液生長界面上的吸附與運動? 生長基元在界面上的結晶或脫附成核理論晶核的生長在結晶過程中

14、起起決定性作用。晶體生長理論：從微觀角度看，晶體生長過程可以看做一個基元過程?；^程包括以下主要步驟：(1)基元的形成。(2)基元在生長界面的吸附。(3)基元在界面的運動。(4)基元在界面上的結晶或脫附。6 .溶劑熱基本原理水熱與溶劑熱合成化學有如下特點：（1）在水熱與溶劑熱條件下，反應物性能的改變，活性的提高，使其不但可以降低反應溫度，而且可以代替部分固相反應和完成一些其他制備方法難以進行的反應，如合成低熔點化合物、有較高蒸氣壓而不能在融體中生成的物質和高溫分解相等；（2）在水熱與溶劑熱法條件下，存在著溶液的快速對流與溶質的有效擴散， 且多數(shù)反應物能溶于水或非水溶媒，使反應在液相或氣相的快

15、速對流中進行，溶液、（相對）低溫、等壓環(huán)境有利于生長極少缺陷、熱應力小、完美的晶體，并能均勻地進行摻雜以及易于控制產物晶體的粒度；（3）由于水熱與溶劑熱合成始終在密閉高壓釜中進行，可通過控制反應氣氛（溶液組分、溫度、壓力、可化劑、pH 等 ）而形成合適的氧化還原環(huán)境，使其能合成、開發(fā)出一系列介穩(wěn)結構、特種凝聚態(tài)與聚集態(tài)的新物質；（4）水熱與溶劑熱合成的密閉條件有利于進行那些對人體健康有害的有毒反應，盡可能減少環(huán)境污染；（5）水熱與溶劑熱合成體系一般處于非理想非平衡狀態(tài)，因此，應該用非平衡熱力學研究合成化學問題；（6）水熱與溶劑熱合成的可操作性和可調變性，將使其成為銜接合成化學和合成材料的物理性

16、質之間的橋梁。7 .水熱與溶劑熱合成方法的適用范圍? （ 1）微孔材料（ 2）制備超細（納米）粉末（ 3）制備薄膜? （ 4）低溫生長單晶(5)合成新材料、新結構和亞穩(wěn)相第三章電解合成1 .電解合成的特點：優(yōu)點：(1)在電解中調節(jié)電極電位，能提供高電子轉移的功能，這種功 能可以使之達到一般化學試劑所不具備的氧化還原能力，同時可 改變電極反應速度；(2)控制電極電位和選擇適當?shù)碾姌O、溶劑等方法，使反應按人 們所希望的方向進行，故反應選擇性高，副反應較少，可制備出 許多特定價態(tài)的化合物，這是任何其它方法不能比擬的；(3)電化學反應所用的氧化劑或還原劑是靠電極上失電子或得電 子來完成的，在反應體系中

17、除原料和生成物外通常不含其他反應 試劑。因此產物不會被污染，也容易分離和收集，因此，可得到 收率和純度都較高的產品。對環(huán)境污染少。(4)電化學過程的電參數(shù)(電流、電壓)便于數(shù)據(jù)采集、過程自 動化與控制，由于電氧化還原過程的特殊性，能制備出許多其它 方法不能制備的物質和聚集態(tài)，而且電解梢可以連續(xù)運轉。不足之處：耗電量大、電解梢結構復雜、電極活性物質的壽命短、生 產管理和技術水平要求高。2 .電導率的物理意義：是電極面積各為1cm2,兩電極相距1cm時溶 液的電導，其數(shù)值與電解質種類、溶液濃度及溫度等因素有關。3 .不論強、弱電解質，濃度增大時，電導率均呈現(xiàn) 先增加后降低 的趨 勢。4 .電動勢的

18、大小與溫度、壓力、濃度以及熱力學狀態(tài)函數(shù)等因素有關。5 .電位序有較大的實用意義：由電位序可知，在標準情況下氫前面的金屬都是容易氧化的金屬，氫后面的是難氧化的金屬，前面的金屬能把電位序表中排在后面的金屬從鹽溶液中置換出來；可計算由任何兩組金屬組成的電池的電動勢。6 .發(fā)生反應物價態(tài)的增加即氧化反應，這個金屬電極即為陽極 。在與電源負端連接的電極金屬上電子充足，因此， 發(fā)生反應物質價態(tài)的降低即 還原反應，這個金屬電極即為負極 。7 .電極上產生超電位的原因：( 1)濃差過電位；( 2)電阻過電位；( 3)活化過電位8 .電解過程大致可分為以下三類：(1)金屬電極過程，包括金屬電沉積和金屬溶解，如

19、 Ni2+2e=Ni (鍍 鎮(zhèn)的陰極過程)和Cu (粗銅)=Cu2+2e (銅電解精煉的陰極過程)；(2)氣體電極過程，如電解鹽酸溶液的陰、陽極反應2H2+2e=H2 和2Cl-=Cl2+2e；電解氧化還原過程，如 MnO42-+e MnO等。9 .電解合成的適用范圍在水溶液、非水溶劑和熔融鹽中，通過電氧化或電還原過程可以合成出多種類型與不同聚集狀態(tài)的化合物和材料，主要一下幾個方面：(1) 電解鹽的水溶液和熔融鹽以制備金屬、某些合金和鍍層；(2) 通過電化學氧化過程制備最高價和特殊高價的化合物；(3) 含中間價態(tài)或特殊低價元素化合物的合成；(4) C、B、Si、P、S、Se等二元或多元陶瓷型化

20、合物的合成(5) 非金屬元素間化合物的形成；(6) 其它方法難以合成的混合價態(tài)化合物、簇合物、嵌插型化合物、 非計量氧化物。例如：合成納米材料、電極材料、功能材料、超導材料等。10 .電解合成設備進行電解的裝置叫 電化學反應器，又名電解池，工業(yè)上稱電解梢，高 溫熔鹽體系叫電解爐。電解合成最基本的裝置包括 5部分：電源、陰極和陽極、電解容 器、電壓測量儀表、電流測量儀表。11 .幾個重要的電解合成術語(1)電流效率(”)；(2)電能耗；(3)電能效率(，)；(4)時空產率 12.電解合成工藝流程通常包括電解合成前處理、電解合成、電解合 成后處理各步，其中電解合成是最重要的步驟。13 .水溶液中電

21、沉積金屬時電解液的組成必須符合以下幾個要求：(1)含有一定濃度的欲得金屬的離子，并且性質穩(wěn)定；(2)電導性能好；(3)具有適于在陰極析出金屬的pH值；(4)能出現(xiàn)金屬收率好的電沉積狀態(tài)；(5)盡可能少地產生有毒和有害氣體。14 .熔鹽特性(1)高溫離子熔鹽對其它物質具有非凡的溶解能力：一些用一般濕 化法不能進行反應的礦石、難熔氧化物和渣，以及超強超硬、高溫難 熔物質，可望在高溫熔鹽中進行處理。(2)熔鹽中的離子濃度高、粘度低、擴散快、導電率大，從而使 高溫化學反應過程中傳質、傳熱、傳能速率快、效率高。(3)金屬/熔鹽離子電極界面間的交換電流i0特別高，達到 1-10A/cm2使電解過程中的陽極

22、氧化和陰極還原不僅可以在高溫高速下進行，而且能耗低；動力學遲緩過程引起的活化過電位和擴散過 程引起的濃差過電位都較低，熔鹽電解生產合金時，往往伴隨去極化 作用。(4)常用熔鹽作為溶劑，用于電解制備金屬等。(5)不少熔鹽在一定溫度范圍內具有良好的熱穩(wěn)定性，它可使用 的溫度區(qū)間從100c1100c (有的更高)，可根據(jù)需要進行選擇(見 表 3.8)。(6)熔鹽的熱容量大、貯熱和導熱性能好；(7)某些熔鹽耐輻射；(8)熔鹽的腐蝕性較強。15.陽極效應是指：端電壓急劇升高、電流則強烈下降，同時， 電解質與電極之間呈現(xiàn)潤濕不良現(xiàn)象，電解質好像被一層氣體膜隔開 似的，電極周圍還出現(xiàn)細微火花放電的光圈。16

23、.應用舉例1.氯堿生產；2.熔鹽電解制備鋁；3.鋁電解過程中的陽極效應；第四章化學氣相沉積1 .化學氣相沉積：乃是通過化學反應的方式.利用加熱、等離子激 勵火光輻射等各種能源，在反應器內使七臺或蒸汽狀態(tài)的化學物質在 氣相或氣固界面上經化學反應形成固態(tài)沉積物的技術。這種技術可以提高材料抵御環(huán)境作用的能力， 如提高材料表面的硬 度、耐磨性和耐腐蝕性；他還可以賦予材料某些功能特性，包括光、 電、磁、熱、聲等各種物理和化學性能。2 .化學氣相沉積法的概念：化學氣相沉積簡單來說就是兩種或兩種以 上的氣態(tài)原材料導入到一個反應室內，然后他們相互之間發(fā)生化學反 應，形成一種新的材料，沉積到氣體表面上。從氣相中

24、析出的固體的 形態(tài)主要有以下幾種：在固體表面上形成薄膜、晶須和晶粒，在氣體中形成粒子。3為適應CVD技術的需要，選擇原料、產物及反應類型等通常需滿足以下幾點基本要求：(1)反應劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高的蒸汽壓 而易于揮發(fā)成蒸汽的液態(tài)或活固態(tài)物質，且有很高的純度；(2)通過沉積反應已與生成所需要的材料沉積物，其他副產物均易 揮發(fā)而留在氣相排出或易于分離；(3)反應易于控制。4化學氣相沉積法的原理：是通過化學反應的方式,利用加熱等離子 激勵火光輻射等各種能源，在反應器內使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質 在氣相或氣固界面上經化學反應形成固態(tài)沉積物的技術?；瘜W氣相沉積反應技術的反應原理：C

25、VD是一種材料表面改性技術。 它利用氣相間的反應，在不改變基體材料的成分和不削弱基體材料的 強度條件下，賦予材料表面一些特殊的性能。用于化學氣相沉積技術的通反應類型通常有如下五種：(1)熱分解反應；原理：是最簡單的沉積反應。利用熱沉積反應沉積材料一般在簡單的 單溫區(qū)爐中進行，其過程通常是首先在真空或惰性氣氛下將襯底加熱 到一定溫度，然后導入反應氣態(tài)源物質使其發(fā)生熱分解， 最后在襯底 上沉積出所需的固態(tài)原料。熱分解法可應用于制備金屬、半導體以及絕緣材料等。(2)氧化還原反應沉積；(3)化學合成反應沉積；(4)化學輸運反應沉積；(5)等離子體增強的反應沉積。化學氣相沉積法合成生產的工藝種類包含的系

26、統(tǒng)：一般而言，任彳BfCVD系統(tǒng)，均包含一個反應器、一組氣體傳輸系統(tǒng)、 排氣系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)等。第五章定向凝固技術1 .定向凝固:在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和凝固熔體中 建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝 固，獲得具有特定取向柱狀晶的技術。2 .定向凝固技術的工藝參數(shù)：（1）凝固過程中固液界面前沿液相中的溫度梯度 GL ;（2）固液界面向前推進的速度R ;（3） GL/R值是控制晶體長大形態(tài)的重要判據(jù)。3定向凝固基本原理：即利用晶體的生長方向與熱流方向平行且相反 的自然規(guī)律在鑄型中建立特定方向的溫度梯度， 是熔融合金沿著與熱 流方向相反的方向，按照要求的結晶

27、取向進行凝固的結晶工藝。4.傳統(tǒng)定向凝固技術：（1）發(fā)熱劑法；（2）功率降低法（PD法）；（3） 高（快）速凝固法（HRS）; （4）液態(tài)金屬冷卻法（LMC法）；（5） 流態(tài)床冷卻法（FBQ法）。用什么冷卻？?第六章低熱固相合成1 .固相反應：廣義:指由固態(tài)物質參加的反應。狹義：有固體物質直接參加的反應，它既包括固-固反應， 也包括固-氣反應和固-液反應。2 .根據(jù)固相化學反應發(fā)牛的溫度將固相化學反應分為三類： （1）低熱固相反應（反應溫度 100 C）;(2)中熱固相反應(100 CX反應溫度 600 C);(3)高熱固相反應(反應溫度 600 C).3.20世紀90年代中期，Kaupp等通

28、過原子力顯微鏡觀察有機固相反 應，提出了三步反應機理，即 相重建、相轉變、晶體分解或分 離。 4.新泉領導的研究小組1988年開始報導“固態(tài)配比化學反應研究” 系列。5.低熱固相合成影響因素分析：(1)固體結構對其反應性的影響；(2)固體的Tammann溫度對其反應性的影響；(3)反應溫度對低溫固相合成的影響；(4)外力作用對固相反應的影響；(5)顆粒尺寸影響；(6)雜質的影響；(7)固體缺陷的影響；(8)結晶水的影響。第七章熱壓燒結1 .堯U 是陶瓷生坯在高溫下的致密化過程和現(xiàn)象的總稱。2 .燒結過程可以分為兩大類：(1)不加壓燒結；(2)加壓燒結3 .熱壓燒結的原理：(1)固體粉末燒結的過

29、程和特點坯體燒結后在宏觀上的變化是：體積收縮，致密度提高，強度 增加燒結程度可以用坯體收縮率、氣孔率或體積密度與理論密度之 比等來表征。在熱力學上，所謂燒結是指系統(tǒng)總能量減少的過程根據(jù)其變化特點來劃分燒結階段:燒結初期燒結中期燒結后期(2)固體粉末燒結的本征熱力學驅動力(1)本征過剩表面能驅動力可以用下述簡單方法估計本征過剩表面能驅動力數(shù)量級。假定燒結前粉末系統(tǒng)的表面能為 Ep,燒結成一個致密的立方體后的表面能為Ed,忽略形成晶界能量的消耗，則本征驅動力為：A=代入晶體材料的摩爾質量 Wm(g/mol),固-氣表面能丫 sv(J/m2),粉末比表面Sp(cm2/g),致密固體密度d(g/cm3

30、),則有：_ ) 1 =/ |-I1 I ， I由于'',則可近似為要想在適當?shù)臒Y時間內獲得燒結體的充分致密化， 粉末顆粒系統(tǒng)應當滿足下式關系：式中Dv體積擴散系數(shù)，cm2/ss2a粉末粒度，pm例如，Dv的數(shù)量級為10-12cm2/s,則粉末粒度要在1區(qū)m左右。如 果Dv太低，則某些共價鍵材料（如Si的Dv為10-14cm2/s）若要充分 地燒結致密化就要求使用粒度 0.5 w m左右的粉末。一般金屬粉末的Dv比陶瓷粉末的Dv大，因而金屬粉末的粒度可以 粗些.而陶瓷則須細粉末才能獲得好的燒結結果， 這與燒結經驗是完 全吻合的。（2）本征Laplace應力除了松散燒結（也稱重力燒結）之外，粉末總是在被壓制成某種形狀 的壓坯后再進行燒結的；這樣的顆粒系統(tǒng)就有另外兩個本征的特點： 顆粒之間的接觸相顆粒之間存在著空隙”或稱孔洞；系統(tǒng)表面的減少。自由能的降低主要是通過孔洞的收縮來實現(xiàn)的。燒結開始時，孔洞的形狀并不是球形