材料合成与制备试题

一．填空题：1.聚合物基复合材料的制备大致可以分为4个步骤答：增强物的铺放—确定材料形状—基体注入—基体固化。2.均匀相成核和非均匀相成核答：在晶体生长过程中，新相核的发生和长大称为成核过程。成核过程可分为均匀成核和非均匀成核。所谓的均匀成核，是指在一个热力学体系内，各处的成核几率相等。由于热力学体系的涨落现象，在某个瞬间，体系中某个局部区域偏离平衡态，出现密度涨落，这时，这个小局部区域中的原子或分子可能一时聚集起来成为新相的原子集团（称为胚芽）。这些胚芽在另一个瞬间可能又解体成为原始态的原子或分子。但某些满足一定条件的胚芽可能成为晶体生长的核心。如果这时有相变驱动力的作用，这些胚芽可以发展成为新的相核，进而生长成为晶体。晶核的形成存在一个临界半径，当晶核半径小于此半径时，晶核趋于消失，只有当其半径大于此半径时，晶核才稳定地长大。所谓非均匀成核，是指体系在外来质点，容器壁或原有晶体表面上形成的核。在此类体系中，成核几率在空间各点不同。自然界中的雨雪冰雹等的形成都属于非均匀成核。际上，在所有物质体系中都会发生非均匀成核。有目的地利用体系的非均匀成核，可以达到特殊的效果和作用。二．名词解释：非均匀成核：非均匀成核，是指体系在外来质点，容器壁或原有晶体表面上形成的核。分子束外延法：实际上是改进型的三温度法。当制备三元混晶半导体化合物薄膜时，在加一蒸发源，就形成了四温度法。模压成型法：将复合材料片材或模塑料放入金属对模中，在温度和压力作用下，材料充满模腔，固化成型，脱模制得产品的方法。闪蒸法：把合金做成粉末或微细颗粒，在高温加热器或坩锅蒸发源中，使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发。真空蒸镀：将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。物理气相沉积：在真空条件下，用物理的方法，将材料汽化成原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。化学镀：通常称为无电源电镀，是利用还原剂从所镀物质的溶液中以化学还原作用，在镀件的固液两相界面上析出和沉积得到镀层的技术。喷射成型工艺：通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到模具表面，经棍压、固化制得复合材料制件的方法。短纤维沉积预成型：将短纤维预先制成与制品形状相似的疏松毡状毛坯，然后再浸渍胶液，经压紧固化而得到复合材料制品。三．简答题1．均匀形核必须具备的条件：答：①必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大；②必须具备与一定过冷相适应的能量起伏△G*或结构起伏r*，当△T增大时，△G*和r*都减小，此时的形核率增大。2．溅射与蒸发的异同点：答：同：在真空中进行。异：蒸发制膜是将材料加热汽化。溅射制膜是用离子轰击靶材，将其原子打出。3.固相—固相平衡的晶体生长的优缺点：答：优点：生长温度低；晶体形状可预先固定。缺点：难以控制成核以形成大晶粒。4．画出非晶态材料原理示意图：答：5．复合材料的制件设计过程：答：根据制品的要求选材（F、M）--------根据单向性能铺层设计-------根据材料的工艺性选择成型方法-------工装模具设计-------成型工艺实验。6．水热发生长单晶的优缺点：答：可生长低温固相单晶，高粘度材料；优点：a、可生长高蒸汽压、分解压的材料；b、可生长高蒸汽压、分解压的材料，ZnO2，VO2；c、晶体发育好，几何形状完美，质量好。缺点：设备要求高；需要优质籽晶；不能直接观察，生长速率慢，周期长（50~30天）。7.熔体生长单晶所用坩埚材料遵循那些原则：答：•不溶或仅微溶于熔体；•尽可能地不含有能输运到熔体中区的杂质；•容易清洗，表面杂质都能除去；•在正常适用条件下，有高强度和物理稳定性；•有低的孔隙率以利于排气；•易于加工或制成所需形状的坩埚。8．薄膜材料制备中，蒸发源材料选择则是应考虑那三个原则：答：(1)能加热到平衡蒸气压为(1.33×10-2～1.33Pa)的蒸发温度；(2)要求坩锅材料具有化学稳定性；(3)能承载一定量的待蒸镀材料。9．请画出功能材料的工艺技术和性能检测关系图：答：10．注射成型工艺流程图：答：11．分析手糊制品翘曲和变形的原因：答：①固化剂用量过大；②制品太薄；③制品厚度不均匀或不对称；④树脂集聚；⑤脱模太早，树脂固化度不够；⑥后处理过早或温度不均。12．制备非晶态固体必须解决那两个问题：答：（1）必须形成原子或分子混乱排列的状态；（2）必须将这种热力学上的亚稳态在一定的温度范围内保存下来，使之不向晶态转变。13．画出真空袋成型的工艺流程图：答：14．在单晶材料制备中，是不是过冷度越大越好？答：15．手糊成型工艺流程图：答：三．论述题：1．Al2O3粉末的制备方法：答：工业氧化铝粉体的生产一般采用拜耳法。它是将含铝量高的天然矿物，如铝矾土用酸法或碱法处理而得。碱法处理是近代炼铝工业中制造氧化铝的主要方法。酸法生产很少使用，但能提取贫矿中的氧化铝，因而是有发展前途的一种方法。高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐和金属铝分别热解、氧化而制得的，主要有以下四种方法：(1)．铵明矾热解法：硫酸铝铵[Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O]在空气中热分解制备Al2O3粉体；(2)．有机铝盐加水分解法：(3)．铝的水中放电分解法：(4)．铝的铵碳酸盐热分解法；2．影响CVD薄膜参数主要是哪些？答：CVD中影响薄膜质量的主要工艺参数有沉积温度、反应气体组成、工作气压、基板温度、气体流量等。其中温度是最重要的影响因素。由于不同反应体系沉积机制不同，沉积温度对不同沉积反应影响的程度是不同的。而对于同一反应体系，不同的沉积温度将决定沉积材料是单晶、多晶、无定形物，甚至不发生沉积。一般说来，沉积温度的升高对表面过程的影响更为显著。基体对沉积膜层的影响：要的要质量好的沉积膜，基本应满足以下条件：（1）．基体材料与沉积膜层材料之间有强的亲和力；（2）．基体与沉积膜层在晶体结构上有一定的相似性；（3）．基体材料与沉积膜层材料有相近的热膨胀系数。