材料合成与制备(1)

材料合成与制备安徽工业大学材料学院 方道来

绪

论

关于材料合成与制备 材料合成与制备的重要性 拟讲授的内容 参考教材

什么是材料合成与制备？材料合成：是指使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过 程。合成的研究既包括有关寻找新合成方法的科学问 题，也包括合成材料的技术问题；既包括新材料的合 成，也包括已有材料的新合成方法及其新形态(如纤 维、薄膜)的合成。

材料制备：研究如何控制原子与分子，使之构成有用 的材料。这一点是与合成相同的，但制备还包 括在更为宏观的尺度上或以更大的规模控制材 料的结构，使之具备所需的性能和使用效能， 即包括材料的加工、处理、装配和制造。 简而言之，合成与制备就是将原子、分子 聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续 过程。

材料合成与制备的重要性使用效能

组 成 与 结 构

(工程) 性质(化学) (物理学)

合成与制备过程

组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图

材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械 载荷的反应，主要决定于材料的组成与结构。

使用效能是材料在使用状态下表现的行为， 它与材料设计、工程环境密切相关。实用性能包 括可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施等。合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制 粉、压力加工、焊接等，也包括新发展的真空溅 射、气相沉积等新工艺，使人工合成材料如超晶 格、薄膜材料成为可能。

材料科学研究方面：偏重于研究材料的合成与制备、组成与结构、性能与 使用效能各组元本身及其相互间关系的规律；

材料工程研究方面：着重于研究如何利用这些规律性的研究成果，以新的或 更有效的方式开发并生产出材料，提高材料的使用效能， 以满足社会的需要。 材料工程研究中还应包括材料制备与表征所需的仪器、 设备的设计与制造。在材料科学与工程的发展中，科学与 工程彼此密切结合，构成一个学科整体。

讲授的内容1.

2.3. 4. 5.

陶瓷材料 (12学时) 单晶材料 (10学时) 非晶材料 (8学时) 复合材料 (8学时) 薄膜材料(*)

* 在《薄膜制备技术》课程中讲授

参考书[1] 曹茂盛等主编，《材料合成与制备方法》,哈尔滨工业大学 出版社，2002 [2] 徐如人等编著, 无机合成与制备化学, 高等教育出版社, 2001 [3] 徐甲强等编著, 材料合成化学, 哈尔滨工业大学出版社, 2001 [4] 刘海涛等编著, 无机材料合成, 化学工业出版社, 2003 [5] David Segal, Chemical Synthesis of Advanced Ceramic Materials, Cambridge University Press, 1991 [6] Ulrich Schubert, Nicola Husing, Synthesis of Inorganic Materia

ls, Wiley-VCH, 2000

考核方式1.

2. 3.

考勤占10%:随机点5次名， 每次2分； 文献调研报告占10%; 考试占80%。

第一章 陶瓷材料的制备§1 绪论§1.1 陶瓷的概念 传统“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其 它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过 程而制成的各种制品。 传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、 电瓷等。

日用陶瓷-餐具

建筑陶瓷-地砖

电瓷

氧化锆陶瓷

A超声波雾化器用压电陶瓷晶片

金属陶瓷阀门

这些氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基

本上还是原料处理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法，但原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料，而已扩 大到化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料， 组成范围也延伸到无机非金属材料的范围中，并且出现了许 多新的工艺。

广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机 非金属固体材料和制品的通称。 德国陶瓷协会：“陶瓷是化学工业或化学生产 工艺的一个分支，包括陶瓷材料和器物的制造或进 一步加工成陶瓷制品(元件)。陶瓷材料属于无机非 金属材料，最少含30%结晶体。一般是在室温中将 原料成型，通过800℃以上的高温处理，以获得这 种材料的典型性质。有时也在高温下成型，甚至可 经过熔化及析晶等过程。” 美国和日本等国：Ceramics是包括各种硅酸盐 材料和制品在内的无机非金属材料的通称，不仅指 陶瓷，还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。

§ 1.2 陶瓷的分类陶瓷

普通陶瓷

特种陶瓷

日用陶瓷 (包括艺术 陈列陶瓷)

建筑卫 生陶瓷

化工陶瓷*

化学瓷*

电瓷

结构陶瓷

功能陶瓷

按陶瓷概念和用途来分类

*化工陶瓷(Chemical stoneware):用于制造化工设备中耐酸腐蚀部件的陶瓷。按品种分 类有泵、鼓风机、印板机、阀门、容器、塔类、填料、 耐酸耐温砖等。

* 化学瓷( Chemical porcelain):硬瓷的一种。具有优良的耐化学腐蚀性和耐热震性，以 及高的机械强度。广泛应用于化学工业、制药工业和化学试 验室中。例如坩埚、蒸发皿、漏斗、研钵、瓷管、瓷舟等。 有些耐磨工业器材如球磨机筒、瓷球和瓷衬里砖等，也可按 照化学瓷的配料制造。