材料的物理制备

　　本书介绍了金属材料、单晶材料、非晶材料、薄膜材料、陶瓷材料、玻璃材料、复合材料的传统制备原理和技术，并介绍了石墨烯、多孔材料、智能材料、梯度功能材料、一维纳米材料、离子束注入材料改性技术、微弧氧化法制备陶瓷薄膜技术、阳极氧化法制备TiO2纳米管技术、静电纺丝技术、自蔓延高温合成技术、脉冲电沉积制备纳米晶薄膜技术、微波烧结技术等新材料和新技术。本书可作为高等学校本科材料科学与工程、材料学、材料物理等相关专业师生的教学用书。

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第1章绪论／1
1.1材料物理制备的基本原理1
1.1.1热力学基础1
1.1.2动力学基础2
1.2材料物理制备的基本方法2
1.2.1高温高压法2
1.2.2物理气相沉积法3
1.2.3化学气相沉积法5
1.2.4软化学合成方法6
1.2.5电解合成法8
1.2.6纳米材料物理制备9
1.3材料物理制备的基本表征与分析技术10
1.3.1X射线衍射分析10
1.3.2电子显微分析11
1.3.3透射电子显微分析11
1.3.4扫描电子显微分析12
1.3.5电子探针X射线显微分析13
1.3.6原子力显微镜分析13
1.4材料物理制备的最新进展14
参考文献15
第2章金属材料的制备／16
2.1金属材料的冶炼与制备16
2.1.1钢铁材料16
2.1.2铝及铝合金19
2.1.3钛及钛合金22
2.1.4镁及镁合金26
2.1.5铜及铜合金30
2.2金属材料的铸造、锻压与轧制技术32
2.2.1砂型铸造32
2.2.2特种铸造34
2.2.3半固态铸造36
2.2.4连铸连轧37
2.2.5热机械控制工艺39
2.3快速凝固技术40
2.3.1快速凝固的基本原理41
2.3.2快速凝固制备技术42
2.3.3快速凝固技术在金属材料中的应用46
2.4机械合金化技术48
2.4.1机械合金化的概念48
2.4.2金属粉末的球磨过程49
2.4.3机械合金化的力——化学作用原理50
2.4.4机械合金化制备弥散强化合金51
2.4.5机械合金化制备52
2.5半固态金属加工技术53
2.5.1半固态浆料的制备54
2.5.2半固态成型工艺56
2.5.3半固态加工的应用56
2.6纳米金属材料制备技术56
2.6.1纳米技术的特性57
2.6.2纳米金属的制备方法57
参考文献58
第3章单晶材料的制备／60
3.1固-固平衡晶体生长60
3.1.1形变再结晶理论61
3.1.2应变退火法62
3.1.3烧结生长65
3.1.4同素异形体相变法65
3.2液-固平衡晶体生长67
3.2.1熔体生长67
3.2.2溶液生长82
3.3气-固平衡晶体生长94
3.3.1物理气相生长95
3.3.2化学气相生长101
参考文献109
第4章非晶材料的制备／111
4.1非晶材料的特点112
4.2非晶粉末的制备114
4.2.1物理方法115
4.2.2化学方法117
4.2.3机械合金化法119
4.3非晶薄带121
4.3.1非晶薄膜的制备121
4.3.2非晶薄带制备123
4.4大块非晶合金126
4.4.1大块非晶合金的形成机制与条件127
4.4.2大块非晶合金的制备方法129
参考文献133
第5章薄膜材料的物理制备／135
5.1薄膜的形成与生长及影响因素137
5.1.1薄膜的形成与生长138
5.1.2影响薄膜生长特性的因素140
5.2物理气相沉积概述141
5.2.1蒸发沉积141
5.2.2溅射沉积142
5.2.3脉冲激光沉积143
5.2.4分子束外延143
5.3真空蒸发镀膜法144
5.4溅射镀膜原理、特点及应用146
5.4.1溅射概述146
5.4.2辉光放电146
5.4.3溅射过程146
5.4.4溅射镀膜的分类及原理147
5.4.5溅射薄膜的特点159
5.4.6溅射应用范围简介159
5.5分子束外延技术160
5.5.1分子束外延的发展及特点160
5.5.2分子束外延生长原理161
5.5.3分子束外延设备结构161
5.5.4分子束外延原位监测163
5.5.5分子束外延技术的应用165
5.6原子层沉积技术原理、特点及应用167
5.6.1原子层沉积技术简介167
5.6.2原子层沉积技术原理168
5.6.3原子层沉积技术特点170
5.6.4原子层沉积设备结构172
5.6.5原子层沉积反应前驱体172
5.6.6原子层沉积反应温度174
5.6.7原子层沉积技术的应用174
5.7脉冲激光沉积镀膜175
5.7.1脉冲激光沉积镀膜原理176
5.7.2影响PLD镀膜表面质量的因素178
5.7.3脉冲激光沉积镀膜特点179
5.7.4脉冲激光沉积镀膜的应用180
参考文献182
第6章薄膜材料的化学制备／183
6.1薄膜的形成机理183
6.1.1薄膜的二维生长模式184
6.1.2薄膜的三维生长模式184
6.1.3薄膜的二维生长后的三维生长模式185
6.2化学气相沉积185
6.2.1热化学气相沉积185
6.2.2等离子体化学气相沉积186
6.2.3激光化学气相沉积186
6.2.4光化学气相沉积187
6.2.5有机金属化学气相沉积187
6.2.6其他气相沉积188
6.3化学溶液镀膜法189
6.3.1概述189
6.3.2化学镀的发展过程及研究现状190
6.3.3化学镀的生长机理191
6.4溶胶凝胶法制备薄膜材料192
6.4.1溶胶-凝胶法的基本概念192
6.4.2溶胶-凝胶法的发展历程193
6.4.3溶胶-凝胶法的基本原理和特点193
6.5电化学原子层沉积法197
6.5.1电化学原子层沉积法概述及技术发展渊源197
6.5.2电化学原子层沉积法的基本操作步骤199
6.5.3电化学原子层沉积法的优点199
6.5.4影响电化学原子层沉积过程的因素200
6.5.5电化学原子层沉积的研究现状及应用展望201
6.6膜厚的测量与监控203
6.6.1轮廓仪法203
6.6.2石英晶振法204
6.6.3目视法205
6.6.4光电极值法205
6.6.5椭圆偏振法206
6.6.6电容测微法206
参考文献207
第7章陶瓷材料的制备／208
7.1陶瓷材料分类208
7.1.1普通陶瓷材料208
7.1.2特种陶瓷材料209
7.1.3常用特种陶瓷材料209
7.2陶瓷材料的织构210
7.2.1磁性陶瓷材料的织构210
7.2.2高Tc超导体的织构210
7.2.3氧化锆高温结构陶瓷的织构211
7.2.4铁电陶瓷织构211
7.2.5氧化铝陶瓷材料的织构211
7.2.6陶瓷涂层织构211
7.3陶瓷材料的制备工艺211
7.3.1粉末原料制备加工与处理212
7.3.2成型212
7.3.3烧结213
7.4新型陶瓷材料215
7.4.1信息功能陶瓷材料215
7.4.2纳米陶瓷膜219
7.4.3生物医学陶瓷材料220
7.4.4结构陶瓷及陶瓷基复合材料224
7.5世界陶瓷材料的现状与发展趋势227
参考文献228
第8章玻璃材料的制备／229
8.1概述229
8.1.1玻璃材料种类231
8.1.2玻璃的制备和加工234
8.2微晶玻璃材料的制备235
8.2.1概述235
8.2.2微晶玻璃的种类236
8.2.3微晶玻璃的性能及应用238
8.2.4微晶玻璃的制备工艺239
8.2.5微晶玻璃的加工241
8.3光导纤维的制备242
8.3.1概述242
8.3.2光导纤维的种类243
8.3.3光导纤维的主要特性244
8.3.4光导纤维的制备246
8.4光致变色玻璃的制备249
8.4.1概述249
8.4.2光致变色玻璃的种类及制备249
8.5非线性光学玻璃的制备251
8.5.1概述251
8.5.2非线性效应的应用252
8.5.3非线性光学玻璃种类及制备技术252
8.6生物功能玻璃的制备260
8.6.1概述260
8.6.2生物功能玻璃的种类及发展趋势261
8.6.3生物功能玻璃的结构特征及制备263
8.7含金属纳米有序微结构玻璃的制备264
8.7.1含金属纳米颗粒弥散结构玻璃的制备265
8.7.2金属纳米有序结构在玻璃体内的定向生成技术267
8.7.3含金属纳米有序结构玻璃制备研究的未来发展269
参考文献270
第9章复合材料的制备／272
9.1概论272
9.1.1复合材料的定义272
9.1.2复合材料的命名和分类272
9.2复合材料的组成274
9.2.1基体材料274
9.2.2复合材料的增强体278
9.3聚合物基复合材料279
9.3.1手糊成型工艺279
9.3.2袋压成型、模压成型、层压成型281
9.3.3短纤维沉积预成型法283
9.3.4喷射成型工艺283
9.3.5树脂传递模塑(RTM)、树脂膜熔渗(RFI)285
9.3.6注射成型288
9.3.7纤维缠绕成型289
9.3.8挤拉成型291
9.3.9离心浇注成型291
9.4金属基复合材料291
9.4.1固态法292
9.4.2液态法294
9.4.3其他制备法297
9.4.4金属基复合材料制造技术的发展趋势301
9.5陶瓷基复合材料302
9.5.1纤维增强陶瓷基复合材料302
9.5.2晶须增强陶瓷基复合材料304
9.5.3颗粒弥散陶瓷基复合材料306
参考文献308
第10章材料的合成与制备新技术／309
10.1石墨烯的制备与表征309
10.1.1引言309
10.1.2石墨烯的制备技术310
10.1.3石墨烯的表征技术315
10.2多孔材料的合成与制备318
10.2.1多孔材料简介318
10.2.2介孔材料的合成机理及合成方法320
10.2.3金属有机骨架材料的合成方法322
10.2.4多孔材料的应用324
10.3智能材料制备技术326
10.3.1智能材料的基本概念与特征326
10.3.2智能材料的构成与分类326
10.3.3智能材料的发展历程与应用前景327
10.3.4形状记忆合金328
10.3.5压电材料329
10.3.6电/磁流变液330
10.3.7智能高分子凝胶331
10.3.8光纤智能结构332
10.4梯度功能材料制备技术333
10.4.1梯度功能材料的内涵333
10.4.2梯度复合技术335
10.4.3梯度功能材料的应用领域339
10.5一维纳米材料的合成与制备341
10.5.1一维纳米材料的制备方法342
10.5.2碳纳米管的合成与制备345
10.5.3一维ZnO纳米材料的合成与制备346
10.6离子束注入材料改性技术348
10.6.1离子注入技术简介348
10.6.2离子注入纳米颗粒制备349
10.6.3离子注入并退火制备半导体纳米薄膜356
10.7微弧氧化法制备陶瓷薄膜技术357
10.7.1微弧氧化技术及其发展历程357
10.7.2微弧氧化的原理及放电过程357
10.7.3微弧氧化装置及其制备流程359
10.7.4微弧氧化薄膜影响因素360
10.7.5微弧氧化的微结构特征361
10.7.6微弧氧化薄膜的性能362
10.7.7微弧氧化技术的应用364
10.7.8展望364
10.8阳极氧化法制备TiO2纳米管技术365
10.8.1阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列365
10.8.2不同电解液对制备TiO2纳米管的影响368
10.8.3不同实验参数对制备TiO2纳米管的影响368
10.9静电纺丝技术及其在纳米纤维制备中的应用370
10.9.1静电纺丝技术的发展370
10.9.2静电纺丝技术的过程370
10.9.3静电纺丝技术的影响因素371
10.9.4静电纺丝技术的应用374
10.10自蔓延高温合成技术377
10.10.1自蔓延高温合成技术及其发展377
10.10.2自蔓延高温合成反应中的影响因素379
10.10.3自蔓延高温合成技术的研究现状380
10.10.4自蔓延高温合成的发展方向384
10.11脉冲电沉积制备纳米晶薄膜技术384
10.11.1脉冲电沉积制备纳米晶的基本原理385
10.11.2脉冲电沉积制备过程387
10.11.3电沉积参数的影响390
10.12微波烧结技术390
10.12.1微波烧结的优点391
10.12.2微波烧结过程中的主要工艺参数391
10.12.3微波烧结在材料研究中的应用392
10.12.4微波烧结工程陶瓷的应用392
10.12.5微波烧结技术存在的问题393
参考文献394