材料合成与制备技术诸论.ppt

材料制备技术,2009-9-8,材料制备技术,走进材料世界,2009-9-8,材料制备技术,Fe原子在Cu(111)晶面上形成的量子珊瑚,2009-9-8,材料制备技术,2009-9-8,材料制备技术,纳米国际象棋,纳米跳棋,2009-9-8,材料制备技术,2009-9-8,材料制备技术,2009-9-8,材料制备技术,1.能够提供太空环境的保护；2.具有功效的保障功能；3.提供环境控制与生命保障功能；4.有系统信息显示与控制功能；5.有遥测通信功能。,2009-9-8,材料制备技术,什么是材料？,2009-9-8,材料制备技术,Webster编者在“New International Dictionary”中关于材料的定义为：“材料是指用来制造某些有形物（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的物质（如金属、木材、塑料和纤维等）。”,张留成在高分子材料导论中定义：材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性质的物质。,迈尔新百科全书中材料的定义为：材料是从原材料中获得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物质，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等。,材料是从原料中取得的生产产品的原始物料，包括人类在动物、植物或矿物原料上转化出来的所有物质。,2009-9-8,材料制备技术,同一种物质由于制备方法或加工方法的不同可成为用途迥异的不同类型和性质的材料。,2009-9-8,材料制备技术,材料与人类文明发展（历史贡献）,人类的文明进程是依据什么而划分的？,材料应用的发展是人类发展的里程碑！,可以使用的占主导地位的材料。,2009-9-8,材料制备技术,旧石器时代早在100万年以前，人类开始以石头做工具,1 材料发展简史石器时代,新石器时代1万年前，人类对石头进行加工,2009-9-8,材料制备技术,2 材料发展简史陶器时代,新石器后期，人类发明了用粘土成型，再火烧固化而制成陶器，从而进入陶器时代。目前考古发现的陶器，在亚洲有中国江西省万年县大源乡仙人洞的陶器和日本最早的绳纹陶（公元前8000年左右）；在欧洲，在希腊半岛发现的陶瓷约在公元前6000至5000年；在美洲大陆，已发现的陶器约在公元前6000年前左右。陶器时代是人类文明史上的重要飞跃，陶器的发明不仅成为这一阶段的最重要的物质文明的创造，同时也成为这一时期最重要的生产工具。,2009-9-8,材料制备技术,烧制陶器过程中还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术，生产出各种青铜器物，进入了青铜时代。古希腊大约在公元前3000年以前，埃及是公元前2500年前，中国是夏代（公元前2000年左右），欧洲是公元前1800年前后进入青铜器时代。这是人类大量利用金属的开始，是人类文明发展的重要里程碑。,3 材料发展简史青铜时代,2009-9-8,材料制备技术,人们开始使用铁来制造工具和武器的时代。冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。世界上最早是小亚细亚的赫梯人在公元前1400年左右，古希腊和古罗马开始普遍使用在公元前1000年。中国最早在春秋战国晋国（大致公元前700年），铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。铁器的使用，导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。,长沙战国凹形铁锄 湖北当阳宋代铁塔 沧州铁狮,4 材料发展简史铁器时代,2009-9-8,材料制备技术,高分子时代20世纪初，人工合成高分子材料问世，如1909年的酚醛树脂（胶木），1925年的聚苯乙烯，以及1941年的尼龙等，并发展十分迅速。如今，世界年产量已超过钢陶瓷时代20世纪50年代后，通过一些特殊制备方法，制造出一系列先进陶瓷，由于其资源丰富、比重小、耐高温、耐磨等优点，很有发展前途，用途在不断扩展。复合材料时代 最具有发展前途的是复合材料，因为这类材料具有每种单质材料所不具备的性能。,5 材料发展简史新材料时代,2009-9-8,材料制备技术,氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦,2009-9-8,材料制备技术,硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件,2009-9-8,材料制备技术,美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料,2009-9-8,材料制备技术,由光导纤维构成的光缆,2009-9-8,材料制备技术,先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰,一级方程式赛车上使用的特殊轮胎,2009-9-8,材料制备技术,人工肾脏,生物陶瓷人造关节,2009-9-8,材料制备技术,材料的发展趋势,第一，从均质材料向复合材料发展。,第二，以结构材料为方向往功能材料、多功能材料并重的方向发展。,第三，材料结构的尺度向越来越小的方向发展。,第四，由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。,第五，通过仿生途径来发展新材料。,2009-9-8,材料制备技术,材料科学与工程？,“材料科学”所包括的内容往往被理解为研究材料的组织结构与性质的关系，探索自然规律。这属于基础研究。,在“材料科学”这个名词出现后不久，就提出了“材料科学与工程”。,工程是指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。,2009-9-8,材料制备技术,材料科学与工程是研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用效能以及它们之间的关系。因而把组成与结构、合成与生产过程、性质及使用效能称之为材料科学与工程的四个基本要素。把四要素连结在一起，便形成一个四面体。,2009-9-8,材料制备技术,材料科学研究材料的结构和性质之间的关系,材料工程通过结构设计和加工以达到利用材料的某一特殊性质的目的,合成/制备结构/成份 性质 性能,材料科学与工程四面体,2009-9-8,材料制备技术,材料的分类,按组成特点分：,金属材料,有机高分子材料,无机非金属材料,复合材料,按使用性能分：,结构材料,功能材料,按使用领域分：,信息材料,能源材料,机械工程材料,建筑材料,生物材料,2009-9-8,材料制备技术,金属材料合成与制备方法 无机非金属材料合成与制备方法 有机高分子材料合成与制备方法复合材料合成与制备方法,2009-9-8,材料制备技术,（一）金属材料,钢铁 铝和铝合金铜和铜合金镁及镁合金钛 形状记忆合金非晶态合金超导材料半导体材料,2009-9-8,材料制备技术,高炉炼铁过程：,铁矿石还原剂（焦炭）,高炉,鼓入空气或富含氧气的空气,高温CO2,还原剂CO,+,铁矿石,铁水,2009-9-8,材料制备技术,（二）无机非金属材料,陶瓷玻璃水泥耐火材料发光材料无机合成高分子,2009-9-8,材料制备技术,红外陶瓷,纯净的原料真空热压或高温烧结陶瓷小晶粒迅速扩散而融合成晶莹透明的整体透明陶瓷,氮化硅陶瓷,硅粉在1200环境中氮化使氮钻入硅粉坯体中加工成型在1400高温下二次氮化氮化硅陶瓷,2009-9-8,材料制备技术,1908年，美国人发明了平拉法1910年，比利时人发明了有槽垂直上拉法1959年，英国的皮尔金格兄弟公司研制出 浮法玻璃工艺1971年，日本人研制出对辊法,钢化玻璃,2009-9-8,材料制备技术,（三）有机高分子材料,塑料橡胶纤维功能高分子材料,是指以合成树脂为主要成分，加入某些添加剂后构成的一 类可塑性高分子材料。,橡胶是一种天然高分子材料，它是橡胶树的树汁经过处 理而得到的一种材料。,纤维材料包括两大类：一类是天然纤维，包括植物纤维、棉、麻等和动物 纤维羊毛、蚕丝等；另一类是化学纤维，包括人造纤维和合成纤维。,2009-9-8,材料制备技术,（四）复合材料,金属材料大多不耐腐蚀,无机非金属材料较脆,有机高分子材料不耐高温,复合材料,本质上是基体和增强剂的复合,合成树脂、塑料、橡胶、金属、陶瓷,玻璃纤维、硼纤维、碳纤维,纤维复合材料细粒复合材料 层叠复合材料骨架复合材料,2009-9-8,材料制备技术,纤维复合材料,玻璃钢以玻璃纤维为骨料，以合成树脂作基本和粘结剂，加热 压制成型就得到玻璃钢。,硼纤维其作过程是：把直径 13 微米的钨丝放入高温沉积钨内，在 三氯化硼和氢气的混合气体里加热到 1000以上，炉 丝上连续沉积金属硼，就形成了钨丝外面包着硼的纤维。,碳纤维它可用聚合物纤维通过 一定的工艺制得。把聚丙烯腈丝 在 200300的空气或氧气中进行热分解，然后在 1000 的氢气中碳化，最后在 2500的惰性气体中迅速加热，就可 得到石墨化的纤维。,