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1、绪论绪论材料材料(Materials)Materials)是国民经济的物质基础是国民经济的物质基础材料：人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某材料：人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体，广义的材料包括人们的思想意识种特性的物质实体，广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质之外的所有物质(substance)substance)绪论绪论材料：社会文明进步的里程碑材料：社会文明进步的里程碑 绪论绪论材料发展过程材料发展过程复合材料碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性
2、能石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料 我国材料的历史进程我国材料的历史进程我国材料的历史进程我国材料的历史进程天然材料天然材料包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。自然界当中大量存在，人类可以直接从自然当中获取。自然界当中大量存在，人类可以直接从自然当中获取。经过比较简单的加工就可以为人类所利用经过比较简单的加工就可以为人类所利用竹筷骨针石制品皮毛制品我国材料的历史进程我国材料的历史进程石器时代：石斧、凿、刀、铲、箭头、钵等石器时代石器时代-原始人的石制割砸器具原始人的石制割砸器具石斧：西安半坡遗址石斧：西安半坡遗址我国材料的历史进程我国材料
3、的历史进程印第安人的石斧印第安人的石斧我国材料的历史进程我国材料的历史进程原始人生产矛的过程原始人生产矛的过程我国材料的历史进程我国材料的历史进程陶器（无机非金属材料）陶器是由粘土或以粘土、长石、石英等为主的混合物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200）而成的制品的总称约50万年前人类学会了用火6-7千年以前的原始社会末期，我们的祖先开始用火烧制陶器新石器时代晚期(公元前3000一前2800)黑陶豆陶体的黑色是因为渗入了碳我国材料的历史进程我国材料的历史进程陶土可塑性强，可以获得人们希望形状的器物。陶的出现，使蒸煮食物更为方便，促进人类进化。陶俑的出现，代替了以人殉葬的野蛮做法商 陶酒尊唐
4、 三彩俑 猪纹陶盆我国材料的历史进程我国材料的历史进程陶器在中国具陶器在中国具有有悠久的历史悠久的历史沉淀。沉淀。半坡村半坡村出土的碗、钵、出土的碗、钵、釜、罐、瓶等，釜、罐、瓶等，甚至还有吹气甚至还有吹气能发声的陶埙。能发声的陶埙。半坡变体鸟纹盆半坡变体鸟纹盆 半坡小口尖底瓶半坡小口尖底瓶 半坡陶盆半坡陶盆 陶埙陶埙我国材料的历史进程我国材料的历史进程 从著名的从著名的仰韶和龙山文化遗址仰韶和龙山文化遗址出土的陶器出土的陶器中，人们发现当时祖先们已经掌握了烧制中，人们发现当时祖先们已经掌握了烧制黑色陶器黑色陶器和和白色陶器白色陶器的配方和技术。的配方和技术。仰韶白陶瓶仰韶白陶瓶龙山黑陶瓶龙山
5、黑陶瓶我国材料的历史进程我国材料的历史进程吸水率小于吸水率小于0.5%0.5%的陶瓷称的陶瓷称瓷器瓷器宋五大名窑（官、哥、汝、宋五大名窑（官、哥、汝、定、柴窑）之一：哥窑瓷器定、柴窑）之一：哥窑瓷器 开片开片即是瓷器釉面出现裂纹的现象。开片主即是瓷器釉面出现裂纹的现象。开片主要是要是两种因素两种因素造成的，一是成形时坯泥沿一定方造成的，一是成形时坯泥沿一定方向延伸，影响分子的排列；二是胎、釉材料的向延伸，影响分子的排列；二是胎、釉材料的膨膨胀系数不同胀系数不同，在冷却过程中收缩率也有差异，形，在冷却过程中收缩率也有差异，形成开片。因而，开片是瓷器烧成过程中的一种成开片。因而，开片是瓷器烧成过程
6、中的一种缺缺陷陷。宋以前的瓷器中常有开片现象，只是到了宋。宋以前的瓷器中常有开片现象，只是到了宋代才开始将开片作为装饰。代才开始将开片作为装饰。青花瓷器青花瓷器 青花瓷器以青花瓷器以钴的化合物钴的化合物为发色剂，绘制在为发色剂，绘制在烧制过的胎体上，挂釉后再经过一次烧制而最烧制过的胎体上，挂釉后再经过一次烧制而最终完成。终完成。我国材料的历史进程我国材料的历史进程青铜时代青铜逐步取代部分石器、木器、骨器和红铜器，成为生产工具的重要组成部分。青铜工具的出现，在生产力的发展上起了划时代的作用青铜斧青铜犁我国材料的历史进程我国材料的历史进程青铜钱币青铜钱币刀币、布币、环钱、铜贝等刀币、布币、环钱、铜
7、贝等我国材料的历史进程我国材料的历史进程青铜器时代 河南省安阳晚商遗址出土司母戊鼎，重量河南省安阳晚商遗址出土司母戊鼎，重量857kg,857kg,外形尺寸：长外形尺寸：长宽宽高高（13378110cm13378110cm），此鼎重量是迄今为），此鼎重量是迄今为止世界上止世界上最古老的大型青铜器最古老的大型青铜器青铜戈青铜头盔我国材料的历史进程我国材料的历史进程 铜三足鸟铜三足鸟 西周西周 铜奔马铜奔马(马踏飞燕马踏飞燕)汉汉 秦始皇陵铜车马 秦 爵爵 商商 我国材料的历史进程我国材料的历史进程1965年出土于湖北望山楚墓出土越王勾践宝剑我国材料的历史进程我国材料的历史进程铁器时代：铁的高硬度
8、、高熔点与铁矿的高蕴含量使铁器逐渐取代青铜器世界上最早锻造出铁器的是赫梯王国，距今约3400年。我国迄今为止，已发现最早的铁制品为河北藁城和北京平谷刘家河等地商代遗址中出土的铁刃铜钺，距今约3000余年。湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄铁刃铜钺我国材料的历史进程我国材料的历史进程中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是左左传传中的晋国铸铁鼎。中的晋国铸铁鼎。在春秋时期，中国已经在农在春秋时期，中国已经在农业、手工业生产上广泛使用铁器。我国从公元前业、手工业生产上广泛使用铁器。我国从公元前7 7世世纪开始大量使用铁器。纪开始大量使用铁器。晋国铁鼎晋国铁鼎我国材料
9、的历史进程我国材料的历史进程 河北沧州铁狮：河北沧州铁狮：五代后周广顺三年（公元五代后周广顺三年（公元953953年）铸造。总年）铸造。总高高5.45.4米，身高米，身高3.93.9米，头高米，头高1.51.5米。身长米。身长6.86.8米，宽米，宽3 3米，总米，总重量重量4040吨吨 。我国材料的历史进程我国材料的历史进程 宋朝嘉祐六年（公元1061年）铸造，铁塔在殿前十三级，高七丈，重53,300kg，由基座、塔身及塔顶组成，塔身13层,除第一层外，每层均有平座、塔身和腰檐。腰檐上铸有瓦垄、屋檐、檐角上铸有凌空的龙首。铁塔的基座和塔身上铸有许多神态各异的佛像及纹饰，基座八角各立一金刚武士
10、我国材料的历史进程我国材料的历史进程有明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展，处于停滞状态解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大支柱之一有一整套材料体系，门类全齐：原子弹、氢弹、人造卫星、火箭数量：钢铁产量居世界第一长征三号运载火箭在发射架上的图片宝钢高炉材料分类及学科延伸材料分类及学科延伸材料分类：材料分类：金属材料：钢铁、铝、铜、钛合金等陶瓷材料：Al2O3、SiC、Si3N4、SiO2、TiN等无机非金属材料：玻璃、水泥等高分子材料：纤维、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯等复合材料学科延伸：学科延伸：金属学陶瓷学高分子物理材料合成与制备的发展方向材料合成与制备的发展方向材料合
11、成与制备综合了材料科学、物理、化学、力学和机械等各材料合成与制备综合了材料科学、物理、化学、力学和机械等各学科内容学科内容科学的发展，对高性能材料和先进合成方法提出更高的要求科学的发展，对高性能材料和先进合成方法提出更高的要求高性能化通过不同材料间取长补短，实现材料复合化材料功能化功能材料：具有优良的电学、磁学、光学、热学、力学、化学、生物医学功能或具有特殊物理、化学、生物学效应，能够完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件，而被广泛应用于各类高技术领域的高技术材料绿色材料及绿色制备材料合成基础材料合成基础热力学基础热力学基础自发过程：能量因素混乱度因素系统熵：一种状态函数，系统发生变化时
12、，其过程的熵变等于过程的可逆热与温度的比值，物理意义为量度系统无序度的函数 一个化学反应的反应前后：Q/T=S 可逆过程，系统处于平衡状态 Q/TS 非自发过程材料合成基础材料合成基础系统的吉布斯函数焓的符号表示为H，定义为：HU+pV标准状态下:物理意义：体系所具有的在恒温恒压下做非体积功的能力rGm=rHm-TrSm0 非自发过程系统的亥姆霍兹函数:物理意义:恒温恒容下对外做功的能力rAm=rUm-TrSm0 非自发过程材料合成基础材料合成基础动力学基础动力学基础化学反应速率的速率方程反应进度()表示化学反应进行的程度,单位时间内反应进度的变化表示反应速率(v),即某一反应物或生成物的物质
13、的量的单位时间内变化对于化学反应 aA+bB=lL+mM vA=-dCA/dt vB=-dCB/dt vL=dCL/dt vM=dCM/dt对于基元反应,速率方程可表示为:a和b是A及B的化学计量数,k是反应的速率常数对于非基元反应 和是反应A和B的分级数材料合成基础材料合成基础浓度对反应速率的影响完全反应：能够进行到底的反应单向反应：正向反应速率远大于反向反应的速率对可逆反应：增加反应物浓度，减少生成物的浓度，以及对有气体参加的反应控制压力温度对反应速率的影响提高温度促进反应向吸热方向进行提高温度会提高反应速率每升高10oC，反应速率增加1倍到数倍溶剂等对反应速率的影响提供反应场所发生溶剂效
14、应作为催化剂直接参与反应溶剂黏度的影响材料合成制备中的表征和分析材料合成制备中的表征和分析X XRDRD：晶格常数、晶格结构，及组分的分析：晶格常数、晶格结构，及组分的分析布拉格定律：=2dsin,为入射光波长；为角度；d为晶格常数材料合成制备中的表征和分析材料合成制备中的表征和分析薄膜电阻的测量薄膜电阻的测量四点探针：电流流经A、D两点，测量B、C两点电压ABCD材料合成制备中的表征和分析材料合成制备中的表征和分析电子探针显微分析仪（电子探针显微分析仪（Electron probe micro-Electron probe micro-analyzeranalyzer）：元素组分分析）：元素
15、组分分析聚焦电子束扫描试样，通过试样表面产生的X射线的波长和强度分析组分及浓度，也可通过二次电子及背射电子进行形貌分析材料合成制备中的表征和分析材料合成制备中的表征和分析霍尔效应设备：电阻率，载流子浓度，迁移率，及半霍尔效应设备：电阻率，载流子浓度，迁移率，及半导体型号导体型号材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（一）（一）气相沉积法制备薄膜气相沉积法制备薄膜化学气相沉积法（CVD）：化学气相沉积法是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术CVD化学反应必须满足的条件：反应剂必须
16、具备足够高的蒸汽压反应的其他产物必须是挥发性的淀积物必须具有足够低的蒸汽压薄膜淀积的时间应该尽量缩短以满足效率和低成本要求CVD不允许化学反应的副产物进入薄膜中化学反应应该发生在被加热衬底表面材料科学工程制备方法介绍（一）材料科学工程制备方法介绍（一）化学气相沉积的五个主要的过程化学气相沉积的五个主要的过程:(a)(a)反应物扩散通过界面边界层；反应物扩散通过界面边界层；(b)(b)反应物吸附在基片的表面；反应物吸附在基片的表面；(c)(c)化学沉积反应发生；化学沉积反应发生；(d)(d)部分生成物已扩散通过界面边界层；部分生成物已扩散通过界面边界层；(e)(e)其他生成物与反应物进入主气流里
17、，并离开系统其他生成物与反应物进入主气流里，并离开系统 CVD反应原理材料科学工程制备方法介绍（一）材料科学工程制备方法介绍（一）MOCVD装置H2反应气体1反应气体2混合室气体流量计气体流量计气体流量计温控系统加热炉真空泵基片材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（一）（一）应用实例-硅片生长碳纳米管基片准备(100)硅片11cm,分别用三氯已烯,丙酮,乙醚在超声波中清洗5分钟后,用氮气吹干用spin Coating 在硅片上coating一层PR(photo resist)层用Aligner在PR层做出pattern洗掉pattern部分PR后,在溶液中刻蚀,用丙酮洗去PR层,在
18、硅片上形成pattern模样孔洞SiSiPR层UVlight材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（一）（一）真空溅射法在硅片表面沉积铁层用丙酮洗去硅片表面的PR层和铁层,得到只有在孔洞中覆盖一层铁膜的硅片进行CVD沉积把基片放入到加热炉的石英管中开始抽真空当真空度达到10-3Torr时,程序升温到10000C设置好H2或N2载气,以及CH4或C2H2工作气体流量,开启气体流量计,先通入载气,再通入工作气体Fe材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（一）（一）生长结束后,关闭气体流量计,并开始程序降温当温度降到700C以下后,通入氢气,停止抽真空,取出样品得到在Si孔洞里生
19、长着CNT的样品材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（二）（二）快速凝固技术：快速凝固技术：快速凝固指的是比常规工艺过程快得多的冷却速率下(104109C/S),合金以极快的速率从液态转变为固态的过程.快速凝固技术优点常规铸造合金:晶粒粗大,偏析严重,铸造性能不好提高过冷度可克服常规合金铸造的缺陷过冷度=理论结晶温度-实际结晶温度提高过冷度的方法动力学方法:提高熔体的凝固时的传热速率从而提高凝固时的速度,使熔体形核时间极短,来不及在熔点附近凝固而只能在远离平衡熔点的较低温度凝固静力学方法:提供近似均匀形核的条件材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（二）（二）气体雾化法气
20、体雾化法:用气体或液体将连续的金属流破碎成液滴用气体或液体将连续的金属流破碎成液滴离心雾化法:利用机械离心力将水从水盘吸起后,通过高速旋转盘将水甩到雾化格栅打成细小的水雾,并用气体吹出雾滴气体雾化法:从把喷嘴喷出的高速气流的动能用于粉碎过程,通过高速气流撞击连续金属流,使其粉碎特点:通常所用的气体:氢气,氯气,氮气,空气,或混合气体冷却速率:102104K/s冷却速率越大,颗粒直径越小表面光滑的球形,直径在100um左右气体亚音速雾化法音速雾化法:Osprey法(英国)气流速率:1Ma冷却速率:104105K/s气体超音速雾化法特殊喷嘴获得超音速冷却速率103105K/s颗粒表面光滑,尺寸更小
21、水雾化法:压力大,颗粒尺寸小,但颗粒易氧化材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（二）（二）线材的快速凝因线材的快速凝因:合金液流注入冷却液合金液流注入冷却液利用真空压力把熔体注入冷模优点:可以得到给定直径或厚度的线材缺点:熔体易在急冷模口凝固带材的快速凝固带材的快速凝固:双辊旋淬法双辊旋淬法10200um,冷却速率105K/s毫米量级厚度,冷却速率103K/s影响试样的参数材料的物理性能辊缝辊速喂材速率材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（三）（三）自蔓延高温合成技术自蔓延高温合成技术:自蔓延高温合成是指利用外部提供必要的能自蔓延高温合成是指利用外部提供必要的能量诱发高
22、放热化学反应体系局部发生化学反应（点燃），形成化量诱发高放热化学反应体系局部发生化学反应（点燃），形成化学反应燃烧波，此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，学反应燃烧波，此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，直至反应结束直至反应结束 材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（三）（三）自蔓延高温合成技术根据燃烧波的稳自蔓延高温合成技术根据燃烧波的稳定性可分为定性可分为:稳态燃烧:燃烧的前沿存在一个光滑的表面,这个表面以恒定的速率一层一层传播非稳态燃烧振荡燃烧螺旋燃烧(图)无压无压SHSSHS及加压及加压SHSSHS燃烧合成均在真空或常压条件下进行，这种工艺称之为无压自蔓延高
23、温合成为了提高合成产物致密性或抑制反应中气体的产生，反应在比较高的压力下进行，此工艺称之为加压自蔓延高温合成材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（三）（三）平衡态自蔓延模型平衡态自蔓延模型参数:ako反应物的浓度;apb生成物的浓度;T0反应初始温度;Tb生成物温度;V燃烧波传播速率(m/s);热释放率1-未受影响区;2-预热区;3-初始燃烧区;4-化学和结构转化区;5-冷却区;6-产物区材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）溶胶溶胶/凝胶法基本术语：凝胶法基本术语：前驱物(precursor):所用的起始原料金属醇盐(metal alkoxide):有机醇-
24、OH基上的H为金属所取代,结合形式为M-O-C溶胶(sol):胶体溶液,是分散系中保持固体物质不沉淀的胶体,分散介质主要是溶液,粒子(15nm)与溶液的区别与溶液的区别:溶质溶质+溶剂溶剂=溶液溶液分散相分散相+分散介质分散介质=溶胶溶胶(分散系分散系)分类分类:乳胶乳胶:分散相亲近分散介质分散相亲近分散介质悬胶悬胶:分散相疏远分散介质分散相疏远分散介质凝胶(gel):冻胶,溶胶失去流动性后,一种富含液体的半固态物质,粒子呈半固态的网状体材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）化学试剂化学试剂液相液相水解水解 缩合缩合溶胶溶胶凝胶凝胶干凝胶干凝胶气凝胶气凝胶干燥脱溶剂干燥脱
25、溶剂溶胶粒子聚焦成键溶胶粒子聚焦成键溶胶凝胶法制备材料基本工艺溶胶凝胶法制备材料基本工艺溶解前驱体溶液溶胶凝胶凝胶水解缩聚老化材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）超临界干燥原因超临界干燥原因:超临界液体干燥技术是利用超临界现象超临界液体干燥技术是利用超临界现象,即在临界即在临界 点以上点以上,气液想界面消失气液想界面消失,来避免液体的表面张力来避免液体的表面张力临界温度临界温度:每一种气体都有一个特定的温度每一种气体都有一个特定的温度,在此温度以上在此温度以上,无论加多无论加多 大压力大压力,气体都不会液化气体都不会液化,这个温度叫临界温度这个温度叫临界温度临界压力临界
26、压力:使气体在临界温度下液化所需要的压力使气体在临界温度下液化所需要的压力,叫临界压力叫临界压力超临界区域超临界区域:当一个体系中的温度和压力分别高于其临界温度和压力当一个体系中的温度和压力分别高于其临界温度和压力 时时,该体系处于超临界区域该体系处于超临界区域超临界流体超临界流体:超临界状态下超临界状态下,物质以一种既非液体也非气体物质以一种既非液体也非气体,但兼气但兼气 液性质的超临界液体状态存在液性质的超临界液体状态存在,密度、热容及导热性与液体相似，密度、热容及导热性与液体相似，黏度和扩散系数与气体相近黏度和扩散系数与气体相近超临界干燥步骤超临界干燥步骤:加热使温度和压力升到超临界状态
27、,并达到平衡或稳定蒸气在恒温下释放,降压降温到室温材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）冷冻干燥技术冷冻干燥技术冷冻干燥是在低温下把液冷冻干燥是在低温下把液气相界面转化为气固界面气相界面转化为气固界面步骤步骤:冷冻冷冻升华升华作用作用:固气直接转化避免固气直接转化避免了孔内形成弯曲液面了孔内形成弯曲液面,减减少了应力的产生少了应力的产生,从而避从而避免了凝胶的塌陷和破碎免了凝胶的塌陷和破碎冷冻干燥器示意图冷冻干燥器示意图水的压力水的压力-温度图温度图材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）溶胶溶胶/凝胶法制备的薄膜及涂层材料凝胶法制备的薄膜及涂层材料旋
28、转涂覆法旋转涂覆法:转速主要取决于基板的尺寸大小和溶胶的黏度转速主要取决于基板的尺寸大小和溶胶的黏度膜的厚度取决于溶胶的浓度和匀胶机的转速膜的厚度取决于溶胶的浓度和匀胶机的转速材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）机械化合金技术机械化合金技术:机械化合金(Mechanical Alloying),又称为高能球磨High-Energy Ball Milling),又称为机械力化学(Mechanochemistry),定义:指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞,使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂,导致粉末颗粒中原子扩散,从而获得合金化粉末的粉末
29、制备技术提出:Peter 第一次在60 年代初提出高能球磨技术定义:物质受机械力的作用而发生化学变化或者物理化学变化的现象”.最早应用:美国国际镍公司Benjamin,于1969年研制出的制粉技术,被称为”球磨混合”,国际镍公司专利代理律师Mr.Ewan C.MacQueen第一个在专利申请中将此工艺称为”机械合金化”材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）机械化合金机械化机理:金属粉末在球磨过程中的第一个过程为微锻过程,在这一阶段,颗粒发生变形,但没有发生因焊接而产生的团聚和断裂,颗粒变形和脆裂严重;第二阶段,由于微锻和断裂交替作用,颗粒尺寸不断减小,当颗粒被粉碎较细时,
30、团料变得密实;第三阶段,反团聚的球磨力与颗粒间的相互联结力达到平衡,从而生成平衡团聚颗粒,这种平衡团聚颗粒的粒度就是粉碎的极限粒度材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）机械化合金的球磨装置及工作原理机械化合金的球磨装置及工作原理滚动球磨机图(a)球磨转速较低:球和物料上升至自然坡度角,然后滚下,称为泻落,粉碎主要靠球与球,球与筒壁间的摩擦图(b)球磨转速较高:球在离心力的作用下,随着筒体上升的高度较大,然后在重力作用下下落,称为抛落,粉碎除了靠球与球,球与筒壁间的摩擦外,还有球从高空落下时的冲击作用图(c)球磨速度更高,离心力超过重力,球不脱离筒壁与筒壁一起回转,粉碎作用
31、终止,称为临界转速临界转速(n临,rad/min)计算公式:D为球磨筒内径球磨筒适宜转速:n工=0.650.8n临材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）搅拌球磨机:瑞典Klein和Szegvari于1928年研制而成,利用搅拌器和球磨进行湿磨,缺点搅拌速度慢;1948年杜邦(DuPout)公司推出高速搅拌球磨机,被称为”砂磨机”,主要用于制作涂料和油漆.特点:静止筒体和搅拌器组成,搅拌器旋转,带动磨球和物料做多维的循环运动和自转运动按搅拌器分类:(a)穿孔圆盘式;(b)轴盘式;(c)辐射轴式材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（四）（四）郑州东方机器厂生产的L
32、XM系列螺旋行星球磨机,磨球加速度大于10倍重力加速度材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）物理气相沉积法应用范围物理气相沉积法应用范围:工艺品装饰品制作,玻璃镀膜,太空棉,包装用纸镀铝,塑料制品金属化,光学膜,金属件表面耐磨硬化膜以及其它功能膜常用的物理沉积法常用的物理沉积法:真空蒸镀法真空溅射法分子束外延法真空单位真空单位1标准大气压=760mmHg=760(Torr)1标准大气压=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa1bar=105pa材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）真空蒸镀法真空蒸镀法电子枪蒸发真空蒸镀电子枪蒸发真空蒸镀特
33、点:真空蒸镀法的主流最高温度可达60000C坩埚为阳极可适用于工艺要求较高的样品制备优点:膜质的纯度高于电阻式蒸镀大部分的介电质氧化物靶材,都可以被蒸发经由设计旋转式坩埚机制,可以蒸镀 不同靶材材料的多层膜膜层经由适当微调电子束轰击位置,可以大幅提高膜层厚度的均匀性缺点:电子枪需要大量的电能消耗电子流控制不当,会造成靶材分解材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）真空溅射法真空溅射法常用的溅射法分为常用的溅射法分为:磁控溅射:低电阻金属靶材和射频溅射:高电阻氧化物或其他化合物靶材磁控溅射基本原理磁控溅射基本原理:电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出
34、大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材。射频溅射基本原理射频溅射基本原理:射频溅射装置是利用高频电磁辐射来维持低气压的辉光放电.放置基片的电极与机壳相连，并且接地，专用频率规定为13.56MHz的高频电压加在靶子上.在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶子，从而实现
35、溅射介质材料（靶子）的目的。材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）分子束外延设备分子束外延设备材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）分子束外延法分子束外延法材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）分子束外延法工作原理示意图分子束外延法工作原理示意图Molecular beam epitaxyMolecular beam epitaxyRHEED RHEED 图案图案Single crystalprecipitationPolycrystal材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）Cell Cell 示意图示意图材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）非旋转基片沉积示意图非旋转基片沉积示意图材料科学工程制备方法介绍材料科学工程制备方法介绍（五）（五）