材料合成与制备

第1章引言1

1.1材料与工程材料1

1.1.1材料1

1.1.2材料科学与工程1

1.1.3工程材料的分类2

1.2材料合成与制备3

1.2.1材料合成与制备的概念3

1.2.2材料合成与制备的意义4

1.3本课程的学习内容和方法4

1.4材料合成与制备的发展5

参考文献5

思考题6

第2章常用金属材料的制备7

2.1冶金工艺7

2.1.1火法冶金7

2.1.2湿法冶金8

2.1.3电冶金8

2.2钢铁材料的制备9

2.2.1生铁的冶炼10

2.2.2钢的冶炼14

2.2.3铸铁的熔制16

参考文献19

思考题19

第3章陶瓷材料的制备21

3.1陶瓷材料的分类与显微组织21

3.1.1陶瓷材料的分类21

3.1.2陶瓷材料的显微组织21

3.2陶瓷材料的特性与发展前景23

3.2.1陶瓷材料的特性23

3.2.2陶瓷材料的发展前景24

3.3陶瓷材料的制备25

3.3.1传统陶瓷的制备过程25

3.3.2特种结构陶瓷的制备过程30

3.4工程陶瓷材料的应用实例32

3.4.1发动机用高温高强度陶瓷材料32

3.4.2超硬工具陶瓷材料32

3.4.3超高压合成材料33

3.4.4透明陶瓷34

参考文献34

思考题34

第4章高分子材料的制备35

4.1概述35

4.1.1常用名词35

4.1.2高分子材料的发展史36

4.1.3高分子材料的分类和命名36

4.2高聚物的结构37

4.3塑料、橡胶、纤维三大合成材料38

4.4高分子材料的制备38

4.4.1高分子聚合反应39

4.4.2自由基聚合方法40

4.4.3缩聚反应方法45

参考文献46

思考题47

第5章单晶材料的制备48

5.1概述48

5.1.1单晶48

5.1.2单晶的制备方法48

5.2固相-固相平衡的晶体生长49

5.2.1形变再结晶理论49

5.2.2应变退火及其工艺设备52

5.2.3利用烧结体生长晶体54

5.3液相-固相平衡的晶体生长(熔体法)54

5.3.1从液相中生长晶体的一般理论54

5.3.2定向凝固法62

5.3.3提拉法66

5.3.4区域熔化技术68

5.4常温溶液法68

5.4.1基本原理68

5.4.2晶体生长方法69

5.5高温溶液法70

5.5.1基本原理70

5.5.2晶体生长方法简介71

5.5.3晶体生长实例光折变材料BaTiO3的晶体生长72

参考文献72

思考题73

第6章非晶材料的制备74

6.1概述74

6.1.1非晶材料的基本概念74

6.1.2非晶态合金的结构特点76

6.1.3非晶态合金的特性及发展应用76

6.2非晶态材料的形成理论79

6.2.1热力学理论79

6.2.2动力学理论80

6.2.3结构化学理论81

6.2.4非晶态的形成与稳定性理论82

6.2.5非晶态材料的结构模型83

6.3非晶态材料的制备原理与方法86

6.3.1非晶态材料的制备原理86

6.3.2非晶态材料的制备方法87

6.3.3非晶态材料制备技术举例91

参考文献99

思考题100

第7章薄膜材料的制备101

7.1物理气相沉积——真空蒸镀101

7.1.1真空蒸发镀膜102

7.1.2蒸发的分子动力学基础103

7.1.3真空蒸发镀膜的纯度103

7.1.4蒸发源103

7.1.5合金、化合物的蒸镀方法106

7.2物理气相沉积溅射镀膜109

7.2.1气体放电理论109

7.2.2几种典型的溅射镀膜方法113

7.2.3离子成膜117

7.3化学气相沉积119

7.3.1基本概念119

7.3.2反应原理120

7.3.3影响CVD薄膜的主要参数122

7.3.4CVD设备122

7.3.5CVD装置124

7.4三束技术与薄膜制备125

7.4.1分子束外延125

7.4.2激光辐照分子外延126

7.4.3准分子激光蒸发镀膜方法128

7.4.4等离子体法制膜技术130

7.4.5离子束增强沉积表面改性技术132

7.5液相反应沉积133

7.5.1液相外延技术133

7.5.2化学镀133

7.5.3电化学沉积133

7.5.4溶胶-凝胶法133

参考文献135

思考题136

第8章纳米材料的制备137

8.1概述137

8.1.1纳米材料的分类及微观结构137

8.1.2纳米材料的特性138

8.1.3纳米材料研究的特点138

8.1.4纳米材料的性能和应用139

8.2纳米材料制备技术142

8.2.1纳米材料制备技术现状142

8.2.2物理法制备纳米材料143

8.2.3化学法制备纳米材料144

8.3块体纳米材料的制备技术146

8.3.1惰性气体凝聚原位加压成形法146

8.3.2机械合金研磨结合加压成块146

8.3.3非晶晶化法147

8.4SiO2微球的制备方法147

8.4.1纳米SiO2的制备147

8.4.2纳米SiO2的应用领域148

参考文献149

思考题149

第9章功能陶瓷的合成与制备150

9.1功能陶瓷概论150

9.1.1功能陶瓷150

9.1.2功能陶瓷的制备工艺151

9.2高温超导陶瓷153

9.2.1超导体153

9.2.2陶瓷超导材料155

9.2.3超导理论156

9.2.4超导陶瓷的具体结构157

9.2.5超导体主要性能测试158

9.2.6超导陶瓷的制备159

9.2.7超导陶瓷的应用160

9.3敏感陶瓷161

9.3.1热敏陶瓷163

9.3.2压敏陶瓷167

9.3.3气敏陶瓷168

9.3.4湿敏陶瓷170

9.3.5其他敏感陶瓷简介172

9.4压电陶瓷173

9.4.1压电陶瓷概述173

9.4.2压电陶瓷的性能参数173

9.4.3压电陶瓷材料174

9.4.4压电陶瓷的应用176

9.5半导体陶瓷176

9.5.1半导体陶瓷的导电特性176

9.5.2半导体掺杂陶瓷及其应用177

9.5.3陶瓷半导体元件178

9.6磁性陶瓷178

9.6.1磁性陶瓷的磁学基本性能179

9.6.2磁性陶瓷的分类181

9.6.3磁性陶瓷材料及其应用181

参考文献185

思考题186

本书是根据高等学校材料科学与工程学院学生通识教学的需要而编写的教科书。针对新材料的发展趋势,总结和概括了传统材料和新型材料的合成和制备方法,简要介绍各种新型材料的制备技术。通过本课程的学习，使学生在掌握传统材料制备技术的基础上，对目前常见新型材料制备方法的发展概况、制备原理、操作设备以及制备工艺方法等有一定的了解和掌握。

本书共9章，内容涉及金属材料、无机非金属材料、高分子材料等传统工程材料以及新型功能材料的制备技术和过程。

合成氢燃料的生产方法

合成氢燃料的生产方法很简单。将水引入特殊装置中，用特制的石墨电极棒进行裂解，就可以生成合成氢可燃混合气体。

合成氢燃料的生产原料

水。合成氢燃料的生成原料主要是水，各种水资源都可以利用。比如人们的日常生活用水、中水（再生水）、河水、海水、或者已经污染了的无机废水等，都可为其所有。污水经过电解反应作用后，对水质还可以起到净化处理的作用。

石墨电极。在合成氢燃料的生产过程中，要消耗少量的石墨电极，其来源也很广泛。一是来源于石墨矿。我国的山东、吉林、黑龙江为主要产地。二是人工制造。以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机械加工而制成。三是用生物质碳（如焦炭）也可以制作石墨电极。因此合成氢的主要原料来源相当广泛。

第1章 总论

1.1 冶金与材料制备工程学科范畴与战略地位

1.2 冶金与材料制备工程科学发展现状

1.3 冶金与材料制备工程科学发展趋势

1.4 冶金与材料制备工程学科发展战略目标

1.5 冶金与材料制备工程学科优先发展方向

1.6 冶金与材料制备工程学科发展对策与建议

第2章 矿物工程

2.1 矿物工程学科范畴与战略地位

2.2 矿物工程学科发展回顾、现状与趋势

2.3 矿物工程学科战略目标与优先发展方向

参考文献

第3章 冶金物理化学

3.1 冶金物理化学学科范畴与战略地位

3.2 冶金物理化学学科发展回顾、现状与趋势

3.3 冶金物理化学学科战略目标与优先发展方向

参考文献

第4章 冶金反应工程

4.1 冶金反应工程学科范畴与战略地位

4.2 冶金反应工程学科发展回顾、现状与趋势

4.3 冶金反应工程学科战略目标与优先发展方向

4.4 冶金反应工程学科发展对策与建议

参考文献

第5章 钢铁冶金工程

5.1 钢铁冶金工程学科范畴与战略地位

5.2 钢铁冶金工程学科发展回顾、现状与趋势

5.3 钢铁冶金工程学科战略目标与优先发展方向

5.4 钢铁冶金工程学科发展对策与建议

参考文献

第6章 有色金属冶金工程

6.1 有色金属冶金工程学科范畴与战略地位

6.2 有色金属冶金工程学科发展回顾、现状与趋势

6.3 有色金属冶金工程学科战略目标与优先发展方向

6.4 有色金属冶金工程学科发展对策与建议

参考文献

第7章 粉末冶金

7.1 粉末冶金学科范畴与战略地位

7.2 粉末冶金学科发展回顾、现状与趋势

7.3 粉末冶金学科战略目标与优先发展方向

7.4 粉末冶金学科发展对策与建议

参考文献

第8章 冶金新工艺新方法

8.1 冶金新工艺新方法学科范畴与战略地位

8.2 冶金新工艺新方法学科发展回顾、现状与趋势

8.3 冶金新工艺新方法学科战略目标与优先发展方向

8.4 冶金新工艺新方法学科发展对策与建议

参考文献

第9章 冶金过程工程

9.1 冶金过程工程学科范畴与战略地位

9.2 冶金过程工程学科发展回顾、现状与趋势

9.3 冶金过程工程学科战略目标与优先发展方向

参考文献

第10章 材料制备与加工工程

10.1 材料制备与加工工程学科范畴与战略地位

10.2 材料制备与加工工程学科发展回顾、现状与趋势

10.3 材料加工工程学科战略目标与优先发展方向

10.4 材料制备与加工工程学科发展对策与建议

参考文献

第11章 冶金耐火材料

11.1 冶金耐火材料学科范畴与战略地位

11.2 冶金耐火材料学科发展回顾、现状与趋势

11.3 冶金耐火材料学科战略目标与优先发展方向

11.4 冶金耐火材料学科发展对策与建议

参考文献

第12章 冶金环境工程

12.1 冶金环境工程学科范畴与战略地位

12.2 冶金环境工程学科发展回顾、现状与趋势

12.3 冶金环境工程学科战略目标与优先发展方向

12.4 冶金环境工程学科发展对策与建议

参考文献

第13章 冶金节能

13.1 冶金节能学科范畴与战略地位

13.2 冶金节能学科发展回顾、现状与趋势

13.3 冶金节能学科战略目标与优先发展方向

13.4 冶金节能学科发展对策与建议

参考文献

附录1 冶金与矿业学科分类代码

附录2 冶金与材料制备工程领域部分院士、国家杰出青年科学基金获得者、创新团队名单

附录3 “九五、十五”间工程科学一处资助冶金与材料制备工程领域重大、重点项目清单2100433B

本书共9章，主要介绍了热电材料的现状、制备方法、高压合成理论介绍、热电性能测试方法以及不同种类的材料制备和性能研究等内容。

本书具有较强的知识性和针对性,可供材料科学与工程、热电材料、环境工程等领域的科研人员、技术人员和管理人员阅读，也可供高等学校材料科学与工程、环境工程等相关专业的师生参考。