材料合成與制備復習資料有答案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 第一章 溶膠-凝膠法 名詞解釋1. 膠體(Colloid)：膠體是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的質量可以忽略不計，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。 2. 溶膠：溶膠是具有液體特征的膠體體系，是指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。分散粒子是固體或者大分子顆粒，分散粒子的尺寸為1nm-100nm，這些固體顆粒一般由103個-109個原子組成。 3. 凝膠(Gel)：凝膠是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質形成連續(xù)的網絡骨架，骨架孔隙中充滿液體或氣體，凝膠中分散相含量很低，一般為1%-3%。 4. 多孔材料：是由形成材料本身基本構

2、架的連續(xù)固相和形成孔隙的流體所組成。一、 填空題1.溶膠通常分為 親液型 和 憎液型 型兩類。2.材料制備方法主要有 物理方法 和 化學方法 。 3.化學方法制備材料的優(yōu)點是 可以從分子尺度控制材料的合成 。4.由于界面原子的自由能比內部原子高，因此溶膠是 熱力學不穩(wěn)定 體系，若無其它條件限制，膠粒傾向于自發(fā)凝聚，達到低比表面狀態(tài)。5.溶膠穩(wěn)定機制中增加粒子間能壘通常用的三個基本途徑是 使膠粒帶表面電荷 、 利用空間位阻效應 、 利用溶劑化效應 。6.溶膠的凝膠化過程包括 脫水凝膠化 和 堿性凝膠化 兩類。7.溶膠凝膠制備材料工藝的機制大體可分為三種類型 傳統(tǒng)膠體型 、 無機聚合物型 、 絡合

3、物型 。 8.攪拌器的種類有 電力攪拌器 和 磁力攪拌器 。9.溶膠凝膠法中固化處理分為 干燥 和 熱處理 。10.對于金屬無機鹽的水溶液，前驅體的水解行為還會受到 金屬離子半徑的大小 、 電負性 和 配位數 等多種因素的影響。 二、 簡答題溶膠凝膠制備陶瓷粉體材料的優(yōu)點？制備工藝簡單，無需昂貴的設備；對多元組分體系，溶膠-凝膠法可大大增加其化學均勻性；反應過程易控制，可以調控凝膠的微觀結構；材料可摻雜的范圍較寬（包括摻雜量及種類），化學計量準確，易于改性；產物純度高，燒結溫度低等。 第二章 水熱溶劑熱法 名詞解釋1、水熱法：是指在特制的密閉反應器（高壓釜）中，采用水溶液作為反應體系，通過將反

4、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、溶劑熱法：將水熱法中的水換成有機溶劑或非水溶媒（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。 3、超臨界流體：是指溫度及壓力都處于臨界溫度或臨界壓力之上的流體。在臨界狀態(tài)下，物質有近于液體的溶解特性以及氣體的傳遞特性。 4、微波水熱合成：微波加熱是一種內加熱，具有加熱速度快，加熱均勻無溫度梯度，無滯后效應等特點。微波對化學反應作用是非常復雜的，但有一個方面是反應物分子吸收了微波能量，提高了分子運動速度，致使分子運

5、動雜亂無章，導致熵的增加，降低了反應活化能。 二、填空1、在溶劑熱條件下，溶劑的物理化學性質如 密度 、 介電常數 、 粘度 、 分散性 等相互影響，與通常條件下相差很大。相應的，它不但使反應物(通常是固體)的溶解、分散過程及化學反應活性大為增強，使得反應能夠在較低的 溫度 下發(fā)生；而且由于體系化學環(huán)境的特殊性，可能形成以前在常規(guī)條件下無法得到的 亞穩(wěn)相 。2、超臨界流體的 密度 、 溶劑化能力 、 粘度 、 介電常數 、 擴散系數等物理化學性質隨溫度和壓力的變化一十分敏感，即在不改變化學組成的情況下，其性質可由壓力來連續(xù)調節(jié)。3、在一般情況下，水是極性溶劑，可以很好的溶解包括鹽在內的大多數

6、電解質 ，對氣體和大多數 有機物 則微溶或不溶，水的密度幾乎不隨壓力改變。4、微波水熱的顯著特點是可以將反應 時間 大大降低，反應 溫度 也有所下降，從而在水熱過程中能以更低的溫度和更短的時間進行晶核的形成和 生長 ，反應 溫度 和 時間 的降低,限制了產物微晶粒的進一步長大，有利于制備超細粉體材料。5、物質的 介電常數 越大，吸收微波的能力越強,在相同時間內的升溫 越大 。在微波場中，能量在體系內部直接轉化，水和醇類都有過熱的現象出現。6、水熱法是在百余年前由地質學家模擬地層下的 水熱條件 研究某些 礦物 和 巖石 的形成原因，在實驗室內進行仿地水熱合成時產生的。7、水熱法常用 氧化物 或者

7、 氫氧化物 或 凝膠體 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。8、晶粒粒度是衡量粉體性能的一項重要指標，其大小的改變直接影響粉體的特性。尤其是粉體的晶粒度減小到 納米 級時，粉體的特性產生較大的變化。因此降低粉體的晶粒 粒度 對制備納米粉體和納米陶瓷具有十分重要的意義。9、影響水熱反應的因素有 溫度 、 壓力 、 保溫時間 及 溶液組分 、pH 值、有無礦化劑和礦化劑種類。所有這些因素都將影響最終產

8、物的大小、形貌、物相等性質。水熱反應溫度是化學反應和晶體生長的重要影響因素，它決定反應速率常數的大小。簡述題1、 簡述水熱與溶劑熱合成存在的問題？（1）水熱條件下的晶體生長或材料合成需要能夠在高壓下容納高腐蝕性溶劑的反應器，需要能被規(guī)范操作以及在極端溫度壓強條件下可靠的設備。由于反應條件的特殊性，致使水熱反應相比較其他反應體系而言具有如下缺點：a·無法觀察晶體生長和材料合成的過程，不直觀。b·設備要求高耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內襯，技術難度大溫壓控制嚴格、成本高。C·安全性差，加熱時密閉反應釜中流體體積膨脹，能夠產生極大的壓強，存在極大的安全隱患。（2）水熱反應

9、的反應機理還有待分析，目前，晶體生長機理的理論體系在某些晶體生長實踐中得到了應用，起到了一定的指導作用。但是，迄今為止，幾乎所有的理論或模型都沒有完整給出晶體結構、缺陷、生長形態(tài)與生長條件四者之間的關系，因此與制備晶體技術研究有較大的距離，在實際應用中存在很大的局限性。2、與水熱法相比，溶劑熱法具有怎樣的特點？（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的原料的范圍大大擴大，如氟化物、氮化物、硫屬化合物等均可作為溶劑熱反應的原材料；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。 （

10、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，為人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，提供了許多值得研究和探討的線索。 第三章 電解法名詞解釋1.超電位：實際開始分解的電壓往往要比理論分解電壓大一些，兩者之差稱之為超電壓。2.陽極效應：在某些熔鹽點解過程中，端電壓急劇升高，

11、電流則強烈下降，同時，電解質與電極之間呈現潤濕不良現象，電解質好像被一層氣體膜隔開似的，電極周圍還出現細微火花放電的光圈。3電位序：各元素按照它們的標準電極電位數值的大小排列出來的順序。 二、填空題1.無機物電解反應可分為 電還原 和 電氧化 兩大類。2.依結構與功能的不同，隔離器（separator）大致分為 隔板 、 多孔隔離器和隔膜 和 離子交換膜 3種類型 。3.電化學反應器一般由 陰極 、 陽極 、 電解質溶液 和 隔離器組成。當電流通過反應器時，溶液中的離子在電場作用下發(fā)生 遷移 ，電極上則發(fā)生 電子傳遞 反應，從而構成電流回路。4.通常所說的電解液按其組成及結構可分為 電解質溶液

12、 和 熔融電解質 兩大類。電解質溶液按溶劑不同又分為 電解質水溶液和 非水電解質溶液 。5.電極過程大致可分為以下三類： 金屬電極過程 、 氣體電極過程 和 電解氧化還原 。6.電解槽中的離子導體除常見的電解質溶液外，尚有 熔鹽 、 固體電解質 或 超臨界流體 等。三、 簡答題1、 電極上產生超電位的原因有哪些？影響超電位的因素？原因：（1）濃差過電位：由于電解過程中電極上發(fā)生了化學反應，消耗了電解液中的有效成分，使得電極附近電解液的濃度和遠離電極的電解液的濃度（本體濃度）發(fā)生差別而造成。 （2）電阻過電位：由于電解過程中在電極表面形成一層氧化物的薄膜或其他物質，對電流的通過產生阻力而引起的。

13、 （3）活化過電位：由于在電極上進行的電化學反應速率往往不大，易產生電化學極化，從而引起過電位。在電極上有氫或氧形成時，活化過電位更為顯著。電解時所觀察到的過電位一般不是單純的某一種，可能是三種都出現，應根據具體反應和實際情況而定。影響因素：（1）電極材料； （2）析出物質的形態(tài)：通常金屬的超電壓較小，氣體物質的超電壓較大； （3）電流密度：電流密度增大，超電壓隨之增大。第四章 氣相沉積法一名詞解釋1. 化學氣相沉積: 是通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，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。 2. 物理氣相沉積: 以物

14、理機制來進行薄膜沉積而不涉及化學反應的沉積技術，所謂物理機制是物質的相變化現象，如蒸鍍，蒸鍍源有固態(tài)轉化為氣態(tài)濺鍍，蒸鍍源則由氣態(tài)轉化為電漿態(tài)。3. 氧化還原反應沉積: 一些元素的氫化物有機烷基化合物常常是氣態(tài)的或者是易于揮發(fā)的液體或固體，便于使用在CVD技術中。如果同時通入氧氣，在反應器中發(fā)生氧化反應時就沉積出相應于該元素的氧化物薄膜。4. 化學合成反應沉積: 由兩種或兩種以上的反應原料氣在沉積反應器中相互作用合成得到所需要的無機薄膜或其它材料形式的方法。二填空1在MOCVD過程中，金屬有機源（MO源）可以在 熱解 或 光解 作用下，在較低溫度沉積出相應的各種無機材料，2等離子增強反應沉積中

15、，由于等離子體中 正離子 、 電子 和 中性反應分子 相互碰撞，可以大大降低沉積溫度，例如硅烷和氨氣的反應在通常條件下，約在850左右反應并沉積氮化硅，但在等離子體增強反應的條件下，只需在350左右就可以生成氮化硅。3. 其他各種能源例如利用 火焰燃燒法 ，或熱絲法都可以實現增強反應沉積的目的。不過燃燒法主要不是 降低溫度而是 增強反應速率 。利用外界能源輸入能量有時還可以改變沉積物的 品種 和 晶體結構 。例如，甲烷或有機碳氫化合物蒸汽在高溫下裂解生成炭黑，炭黑主要是由非晶碳和細小石墨顆粒組成。第五章 定向凝固技術一、 名詞解釋1. 定向凝固：在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和為凝固熔體

16、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. 超高溫度梯度定向凝固：這種方法將區(qū)域熔煉與液態(tài)金屬冷卻相結合，利用感應加熱機中對凝固界面前沿液相進行加熱，從而有效地提高了固液界面前沿的溫度梯度。3. 電磁約束成形定向凝固：該技術是將電磁約束成形技術與定向凝固技術相結合而產生的一種新型定向凝固技術。利用電磁感應加熱熔化感應器內的金屬材料，并利用在金屬熔體部分產生的電磁壓力來約束已熔化的金屬熔體成形，獲得特定形狀鑄件的無坩堝熔煉、無鑄型、無污染定向凝固成形。二、填空1. 柱狀晶包括 柱狀樹枝晶 和 胞狀柱晶 。這種柱晶組織大量用于 高溫合金 和

17、磁性合金 的鑄件上。 2. 定向凝固過程的兩個基本環(huán)節(jié)是 加熱 和 冷卻 。3. 電磁約束成形定向凝固包括 無接觸電磁約束 和 軟接觸電磁約束 兩種方案。4. 結晶體本身的界面晶體學各向異性的差異程度，決定了 初始的晶體學取向 。討論題：1. 簡述獲得定向凝固柱狀晶的基本條件？合金凝固時熱流方向必須是定向的。在固液界面應有足夠高的溫度梯度，避免在凝固界面的前沿出現成分過冷或外來核心，使徑向橫向生長受到限制。另外，還應該保證定向散熱，絕對避免側面型壁生核長大，長出橫向新晶體。因此，要盡量抑制液態(tài)合金的形核能力。提高液態(tài)金屬的純潔度，減少氧化、吸氣形成的雜質污染是用來抑制形核能力的有效措施。但是，

18、對于某些合金系，常規(guī)化學組成中含有很多雜質，以致即使采用很高的GL/R比值，都不足以使液體合金的成核得到抑制。2. 簡述定向凝固技術的不足？（1）工業(yè)上廣泛應用的快速凝固法，其溫度梯度只能達到100K/cm左右，凝固速率很低，導致凝固組織粗大，偏析嚴重，致使材料的性能潛力沒有得到充分發(fā)揮。 （2）ZMLMC法雖然可以達到較高的溫度梯度，使組織細化，材料的性能顯著提高，但尚只能使用于實驗室研究，無法實現工業(yè)生產。 （3）目前凝固工藝都是利用熔模精鑄型殼室合金成形的，粗厚、導熱性能差的陶瓷模殼一方面嚴重降低合金熔體中的溫度梯度及凝固速率，另一方面，模殼材料在高溫條件下對合金產生污染，降低材料性能。

19、第六章 低溫固相合成一、 名詞解釋1. 低溫固相反應：反應溫度低于100的固相化學反應。2. 固配化合物：低熱固相配位化學反應中生成的有些配合物只能穩(wěn)定地存在于固相中，遇到溶劑后不能穩(wěn)定存在而轉變?yōu)槠渌a物，無法得到它們的晶體，因此表征這些物質的存在主要依據譜學手段推測，這也是這類化合物迄今未被化學家接受的主要原因。將這一類化合物稱為固配化合物。二、填空1. 固相化學反應能否進行，取決于 固體反應物的結構 和 熱力學函數 。2. 延伸固體按連續(xù)的化學鍵作用的空間分布可分為 一維 、 二維 和 三維 固體。3. 固相化學反應根據固相化學反應發(fā)生的溫度分 低熱固相反應 、 中熱固相反應 和 高熱固

20、相反應 反應。4. Kaupp等通過原子力顯微鏡觀察有機固相反應，提出了三步反應機理： 相重建 、 相轉變 、 晶體分解或分離 。5. 按照參加反應的物種數，可將固相反應體系分為 單組分固相反應和 多組分固相反應 。6. 雜質能影響反應物的缺陷結構，可以改變 反應速率 。并且有可能與反應物形成固溶體降低 起始反應溫度 ，使反應速率 加快 。7. 固體之間要發(fā)生反應必須使分子間有更多的機會發(fā)生接觸。因此， 研磨 、 高壓 或超聲波等是增加分子接觸，利于分子擴散的有效手段。8. 目前已知的六類非線性光學材料，即 無機氧化物及含氧酸鹽 、 半導體 、 有機化合物 、 有機聚合物 、 金屬有機化合物

21、、 配位化合物 。 第七章 熱壓燒結一、名詞解釋1、燒結：隨著溫度的上升和時間的延長，固體顆粒相互鍵聯，晶粒長大，空隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過物質的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅硬的只有某種顯微結構的多晶燒結體。2、熱壓燒結：熱壓是指在對置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末或對粉末壓坯加熱的同時對其施加單軸壓力的燒結過程。3、固相燒結：是指松散的粉末或經壓制具有一定形狀的粉末壓坯被置于不超過其熔點的設定溫度中在一定的氣氛保護下，保溫一段時間的操作過程。4、熱等靜壓：是指對裝于包套之中的松散粉末加熱的同時對其施加各向同性的等靜壓力的燒結過程。二、填空1、 燒結可以分 不加壓燒結 和

22、加壓燒結 。2、 燒結時所設定的溫度為 燒結溫度 ，所用的氣氛稱為 燒結氣氛 ，所用的保溫時間稱為 燒結時間 。3、 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 。4、 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。5、 在熱力學上，所謂燒結是指 系統(tǒng)總能量 減少的過程。6、 一般燒結過程，總伴隨著氣孔率的降低， 顆?？偙砻娣e 減少， 表面自由能 減少及與其相聯系的晶粒 等變化。7、 燒結中期有明顯的傳質過程。8、 決定燒結致密化速率主要有三個參數：顆粒起始粒徑、粘度、表面張力。9、 溶解-沉淀傳質過程的推動力是細顆粒間液相對毛細管壓力

23、。10、 熱等靜壓的壓力傳遞介質為惰性氣體。11、 熱壓燒結工藝制度有最高燒結溫度、保溫時間、降溫方式、氣氛的控制、壓力。12、 燒結溫度、時間和物料粒度是三個直接影響熱壓燒結的因素。三、簡述題1、簡述影響熱壓燒結的因素？燒結溫度、時間和物料粒度是三個直接影響熱壓燒結的因素。因為隨著溫度升高，物料蒸汽壓增高，擴散系數增大，粘度降低，從而促進了蒸發(fā)-凝聚、離子和空位擴散以及顆粒重排和黏性塑性流動過程，使燒結加速。這對于黏性流動和溶解-沉淀過程的燒結影響尤為明顯。延長燒結時間一般都會不同程度地促進燒結，但對黏性流動機理的燒結較為明顯，而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。（1） 溫度和保溫時間的影響

24、(2)壓力的影響(3)物料的影響(4)氣氛的影響(5)液相的影響(6)添加劑的影響2、 簡述擴散傳質的影響因素？影響擴散傳質的因素比較多，如材料組成、材料的顆粒度、溫度、氣氛、顯微結構、晶格缺陷等，其中最主要的是溫度和組成。在陶瓷材料中陰離子和陽離子兩者的擴散系數都必須考慮在內，一般由擴散較慢的離子控制整個燒結速率。加入添加物，增加空位數目，也會因擴散速率變化而影響燒結速率。 第八章 自蔓延合成一、填空題1、自蔓延高溫合成方法的最早應用是 黑色炸藥 。2、自蔓延高溫合成，或稱 燃燒合成 。4、用自蔓延高溫合成技術可制備許多新型材料，如 功能傾斜材料 、 蜂窩狀陶瓷材料 、 單晶體超導材料 、

25、各向異性材料 、 金屬間化合物 及 金屬陶瓷 等復合材料。5、SHS復合技術系統(tǒng)包括 SHS制粉技術 、 SHS燒結技術 、 SHS致密化技術 、 SHS冶金技術 、 SHS焊接技術 和 SHS氣相傳質涂層技術 等。6、SHS技術而臨的最大問題是 合成過程難以控制 。7、根據SHS燃燒波傳播的方式，可將SHS分為 自蔓延 和 “熱爆” 兩種方式。8、非穩(wěn)態(tài)SHS過程根據波的特征，又可分為 振蕩燃燒 、 螺旋燃燒 、 表面燃燒 和 重復燃燒 。9、在SHS合成過程中，實現由反應物結構轉化為產物結構的區(qū)域是 燃燒區(qū) 。10、SHS合成中的固-固反應，對于指定的材料體系， 預加熱溫度 和 顆粒大小

26、是影響合成產品的主要因素。11、在SHS合成過程中，如果需要加壓，則加壓方式有 單向加壓 、 等靜壓 、 準等靜壓 及 動態(tài)加載法 。12、SHS燒結技術技術適用于制備 多孔材料 、 氮化物材料 、 耐火材料 和 建筑材料 。13、常用的SHS致密化技術有 液相致密化技術 、 SHS粉末燒結致密化技術 、 SHS結合壓力致密化技術 。14、根據機械加壓的方式不同，可將機械加壓密實化技術分為 彈簧機械加壓 、 燃燒合成熱壓 、 液壓傳動的快速加壓 等。二、名詞解釋1、自蔓延高溫合成：是利用反應物之間高的化學反應熱的自加熱和自傳導來合成材料的一種技術，當反應物一旦被引燃，便會自動向尚未反應的區(qū)域傳播，直至反應完全，是制備無機化合物高溫材料的一種新方法。 2、SHS燒結：直接完成所需形狀和尺寸的材料或物件的合成與燒結，是將粉末或壓坯在真空或一定氣氛中直接點燃，不加外載，憑自身反應放熱進行燒結和致密化。 三、簡述題1、要成功地進行離心熔鑄，應滿足的條件有哪些？可燃的SHS混合物；燃燒產