复习大纲

陈春华老师部分绪论：材料的定义合成五字言，常试知交变。CSD：化学喷雾沉积ESD：静电喷雾沉积FAUSP：火焰辅助超声喷雾沉积TPS：热保护系统RCC：强化碳碳结构一、铁的制备火法：粉碎矿石，煤焦化，高炉还原，通氧除碳。二、铜的制备1.火法：粉碎矿石，通氧焙烧，闪熔除硫得冰铜，闪转除硫得纯铜，精炼。2.湿法：水浸得离子，沉淀去杂质，纯化（电化学或置换）。三、铝的制备拜耳法（重要）：碱溶铝矿得偏铝酸盐，水解沉淀得氢氧化铝，煅烧得氧化铝。霍尔-埃鲁法：加冰晶石与氧化铝共融，电化学辅助碳还原。四、锂的制备粉碎，浸渍后蒸发或置换得到碳酸锂，焙烧分解得氧化锂，真空铝或硅热还原（或者直接电化学还原氯化锂）。五、粉末制备（机械法）1.球磨机：转速太低，钢球不能甩起，粉碎效率低；转速太高，钢球紧贴器壁不落下，无粉碎效果。2.喷射粉末泵六、合金技术1.喷雾技术（等离子、喷雾转化）2.熔化拉丝（快淬）七、高分子基础1.重均质量总是大于等于数均质量。2.区分均聚物与共聚物（特别注意是隐含单体还是两种单体）。3.聚合度和分子量是对应的。八、高分子加工1.逐步聚合：加催化剂，体系中任意两分子可反应，聚合度增加，单体多是双末端基团。方法：熔融缩聚，溶液缩聚，界面缩聚，固相缩聚（熔点以下）。2.链式聚合：加引发剂，聚合度一般不随单体转化率改变，单体多是多重键。方法：（1）本体聚合：无溶剂，无分散剂，无杂质，易局部过热。均相聚和（溶解）与非均相聚合（沉淀聚合）。（2）溶液聚合：有溶剂，有引发剂，热量易扩散，速率慢，不纯。均相与非均相。（3）悬浮聚合：有分散剂（悬浮剂），水作溶剂，加入油溶性引发剂。分子量分布窄。液滴内聚合。（4）乳液聚合：有乳化剂，水作溶剂，加入水溶性引发剂。胶束和乳胶粒内聚合，颗粒更细小。九、陶瓷制备1.固相反应压碎原料，混合，磨碎煅烧，密封加压，高温烧结，后处理。特点：成本低，无杂元素，但需高温，产物不均匀。（1）碳热还原（2）燃烧合成（自蔓延高温合成SHS）：短时间高温，放热内部传导，反应自发进行。（3）铝热还原2.湿化学法前驱物溶液，固定步骤（化学法或物理法），干燥，煅烧，得到粉末。（1）喷雾技术前驱物溶液，雾化（超声），得到小液滴，干燥，煅烧，得到小颗粒。注意小液滴和小颗粒的直径公式。（2）共沉淀法a)直接沉淀b)共沉淀（乳滴）c)强制水解（改变pH）（3）络合物法a)草酸盐法（沉淀）b)柠檬酸盐法（蒸干燃烧热解）c)EDTA法（蒸干燃烧热解）（4）溶胶-凝胶法含陶瓷颗粒的溶胶，颗粒均匀分散，凝胶化，除去溶剂，煅烧，得到产品。注意胶体合成法与聚合体合成法（控制水解作用与凝结作用的比例）的区别与联系。影响因素：pH，水解比等。如加入螯合剂可以降低水解速率。特点：有利于形貌控制，低操作温度，小颗粒，均质，但过程复杂。重要知识点：（1）奥斯瓦尔德熟化：溶液中，小颗粒溶解得比大颗粒快，整体看是小颗粒溶解长在了大颗粒表面，这个过程是动态可逆的。本质与表面张力和自由能有关，可参考开尔文方程及其变形。（2）斯托博过程：正硅酸乙酯与乙醇和氨水反应制备微纳米二氧化硅球的过程，调控酯和醇的种类以及调控醇酯体积比可以改变粒径大小。注意：分离小球多用离心法，平板涂层可用浸渍提拉法。（3）比基尼方法：硝酸盐、柠檬酸（螯合剂）、乙二醇混合，加热蒸发，得到树脂（干凝胶），煅烧，磨碎，烧结。（4）甘氨酸盐热解法（GNP）：两种金属硝酸盐以一定比例混合，加入定量甘氨酸，加热搅拌得到粘性溶液，蒸发燃烧得到固体，烧结得到掺杂的金属氧化物。（5）水热法（6）氧化铜纳米簇的自牺牲模板法3.气相反应十、晶体1.天然晶体与人工晶体，晶体的定义和基本特性，人工晶体的分类。2.晶体生长过程（宏观与微观）。3.晶体生长技术：溶液法，熔体法，气相法，固相法。（1）溶液法：从过饱和溶液析出晶体降温法适用于溶解度温度系数大的物质，降温法和蒸发法在操作上的差异主要体现在回流比上，前者是全回流，后者是部分回流。注意循环流动法和温差水热法及它们的特点。溶液法的优缺点。（2）熔体法：熔融后引入籽晶或是降温。熔体法的优缺点。分类：提拉法（CZ法），下降法（BS法），泡生法，弧熔法，区熔法，冷坩埚法（仅用于生产立方氧化锆晶体），焰熔法（维尔纳叶法，生长宝石的主要方法）。（3）固相法（4）助熔剂法（高温溶液生长法）彭冉冉老师部分一、陶瓷定义：原料（一般指粉体）经过人为加工（一般指成型）、热处理（烧成）后，具有一定强度和功能物性的无机非金属材料。制备过程：原料粉体，加工成型，烧成（烧结），性能检测。二、粉体1.粉体团聚硬团聚、软团聚。一次粒子、凝聚粒子。2.粉体堆积同等小球堆积、大小球堆积。粒径太宽会给烧结造成困难。喷雾造粒（干燥）。三、成型工艺1.干压法2.等静压成型四、表面化学1.表面的定义2.比表面能与表面张力（对固体一般两者不相等，有塑性形变）3.拉普拉斯公式和开尔文公式4.固体表面的吸附：物理吸附与化学吸附，了解气固表面吸附等温方程式，毛细管凝聚现象。5.润湿6.细粉与毛细管流动7.干燥粉体粒子之间的粘附8.表面能与晶体的成核与生长相变过程自发进行：放热过冷，吸热过热。9.表面活性剂：亲水亲油平衡（HLB）（结构因子法，质量法，溶度法），临界胶束浓度（CMC），正吸附，沾湿、浸湿、铺展。应用：润湿剂、防水剂、起泡剂（再加捕集剂浮游选矿）、消泡剂、乳化剂、抗凝聚剂。胶体：胶团带电，扩散双电层，DLVO理论，电解质聚沉，抗凝聚机理，凝聚和絮凝，粘合剂。五、烧结1.烧结现象，烧结与熔化、固相反应及烧成的区别。2.烧结驱动力：表面能（SV）大于晶界能（GB），除此之外，还有曲率引起的烧结驱动力。3.烧结时物质从凸处流向凹处，空位正相反。4.烧结过程中的传质机理（1）蒸发凝聚：适用于高蒸气压物质（易挥发），凸处蒸发，凹处凝结。（2）扩散：表面扩散，粒界扩散，体扩散。（3）液相烧结：圆形粒子。溶解-沉淀。（4）粘性流动（5）塑性流动注意课件上的比较表格。5.烧结过程（1）初期：脖颈长大，多扩散机制，也有蒸发-凝聚。（2）中期：气孔收缩，密度增大，闭气孔生成。收缩的90%是在此阶段发生。（3）后期：闭气孔收缩，粒子长大，致密化。气孔在粒界上易消失，当气孔内的气体不易在固体内扩散时，将会形成永久气孔，留存在粒内，成为粒内气孔。6.粒子长大（1）晶粒长大不是小晶粒相互粘结，而是晶界移动的结果，晶粒生长取决于晶界移动的速率。（2）气孔随粒界移动情况。（3）过大粒子的产生原因。南卡陈老师部分一、粉体冲压成型1.干压（单轴压力）（DP或DC）特点：技术简单，生产效率高，尺寸公差小，可达到精密公差。常用于光谱学制样，物质烧结，电容器电介质的制备等。工业生产上要求原料粉末能自由流动，模具软硬皆可。根据需要，有不同维度的压力作用。因压力不均一出现断裂缺陷的原因可能有：压力存在梯度；不均一装料；器壁润滑不足摩擦大；脱模过程中脱出部分与未脱部分存在不同的回弹效应。解决方法：使用合适的粘合剂和润滑剂，两端加压好过一端加压。2.等静压（CIP）优点：更致密，缺陷少，几何形态丰富。分为湿包和干包。前者是弹性模具浸没在液体当中，后者是高压液体管路将压力传给弹性介质再传给粉体。缺点：尺寸控制不如干压，表面粗糙，低效，弹性模具易磨损，泄露会使原料损失或者发生危险反应。二、悬浮体成型1.流延成型（tape-casting）（1）悬浮体准备：粉体：合适的粒径和分散性。溶剂：干燥较快但不能过快，不与其他物质反应。粘合剂：支撑网格和化学系统，增加柔性、塑性、耐久性等。干燥后要使产品坚韧，加热挥发后没有残余碳和灰烬。易溶于便宜、易挥发、不燃的溶剂中。常用聚乙烯类和聚丙烯酸酯类，前者氧化气氛燃烧除去，后者还原或中性气氛可除去但可能有些许残余碳和灰烬。纤维素类（水溶性）不常用，因为有增稠效果，需要更多水，不利于后期干燥，除气时易鼓泡，也不利于生产，且有潜在塑化性，易在潮湿气氛下改变性质。塑化剂：使带子可弯曲，在锻压时不破碎。分散剂（反凝剂）：保持粒子分散，利于粘合剂附着于每个粒子，减小粘合剂对溶液粘度的影响，减少溶剂用量，干燥迅速不起皱，烧结时先烧尽不污染。（2）步骤为：粉体预处理，分散研磨（这时加入溶剂和各种添加剂），除气，滑移传递，刀片控制（尺寸），干燥。（3）厚度影响因素：浇铸速率，叶片高度，压强等。（4）应用：多层陶瓷组装，压电材料，固体氧化物燃料电池（层状SOFC）。（5）SOFC中多用冷冻干燥：湿带先经过铸床再经过冷冻床。2.注浆成型（slip-casting）磨碎碾压原料，混合浆料，注入石膏模具，模具吸水，产品沉淀于器壁，抽干多余悬浊液制成生坯，干燥（过快会使生坯弯曲或破裂），（1）空心注浆（2）实心注浆（3）真空注浆（4）离心注浆优点：低成本，质地均匀，形态多样。缺点：尺寸不精确，生产低效，除水时的填料梯度会导致收缩差异，模具易碎。三、浆体成型1.挤出成型（extrusionmolding）强制高粘度面团状塑性浆料通过特定性状的模具。优点：可以制造出复杂截面的产品，液体用量少，即使粉体很坚硬也可以被塑造，致密度分布均一，可以得到长薄片，成本低。缺点：密度变化易导致变形，压片时因不完全自组装易出现定向裂纹，不良模具或低塑性浆料导致表面裂开。2.喷射造型（injectionmolding）大量制造热塑性材料的技术。通常是小型陶瓷器件。将原料粉体和热塑性高聚物、塑化剂、润湿剂、消沫剂等混合成高浓度浆料，加热到使粘性低到可以自由流动的温度，喷射热流体到冷模具中，凝固后移除模具，在烧结前除去有机物。缺点：团聚体和不当粒子尺寸分布会导致微孔出现使结构疏松，气泡、未完全充满及两部分未完全融合造成的结合线会导致宏观缺陷。挤出成型与喷射造型的区别：挤出成型主要是造出二维形貌，重点在保持截面一致，长度连续；喷射造型单元由喷射单元和定型单元两部分组成，本质上还是等注入的热流体凝固移除模具，产品是三维的。上述三种工艺所用的添加剂依次增多。（粉体、悬浮体、浆体）四、相转化（主要用于生产管状SOFC）在挤出成型的时候管内外通非溶剂，和管壁内的溶剂扩散交换，固相因溶解度降低（溶胀）而析出，形成多样的微观结构。是指铸膜液的溶剂体系为连续相的一个高分子溶液，转变为高分子是连续相的一个溶胀的三维大分子网络式凝胶的过程。这种凝胶就构成了相转化膜。优点：设备简单，微观结构多样，可得到令人满意的薄壁微管，可制造管状和平面样品。