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材料合成与制备 - 中国高校教材图书网
书名： 材料合成与制备
ISBN：978-7-5628-2665-1/TB·29 条码：
作者： 崔春翔  相关图书 装订：平装
印次：1-1 开本：16开
定价： ￥49.80　 折扣价：￥44.82
折扣：0.90 节省了4.98元 		字数： 467千字
出版社： 华东理工大学出版社 页数：
发行编号： 每包册数：
出版日期： 2010-01-01
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内容简介：
全书共分9章，内容主要包括：新型金属材料的快速凝固制备原理与技术、材料合成与制备过程的界面问题、非晶态合金的形成机制和制备方法、金属基复合材料的合成与制备技术、原位金属基复合材料的合成与制备、单晶材料的制备、金属纳米结构材料合成与制备、纳米颗粒的合成与制备、功能陶瓷材料等。
本书可作为材料科学与工程专业高年级本科生和研究生的专业基础课教材，也可作为相关领域科技人员的参考书。

作者简介：
 
章节目录：
第1章新型金属材料的快速凝固制备原理与技术

11概述

12金属材料快速凝固技术的产生与发展

13金属材料熔体急冷快速凝固原理

14金属材料熔体急冷快速凝固技术

141金属材料急冷凝固技术的分类

142气体雾化法制备快速凝固金属材料粉末技术

143金属线材、带材的快速凝固制备技术

144金属体材料的快速凝固技术

145激光表面重熔快速凝固技术

15金属熔体动力学急冷快速凝固的传热特点

参考文献

思考题


第2章材料合成与制备过程的界面问题

21材料的表面性质

211表界面概述

212清洁表面

213金属的真实表面

214表面热力学

215表面统计热力学

216统计热力学方法应用到二维系统

217三维体系的表面性质

22金属晶界与相界的结构和性质

221晶界结构理论与模型

222晶粒间界的组成类型与特征

223相界

224多晶体中的晶粒的形态与分布

225关于相界面研究中存在的几个问题

226晶界结构的原子模拟研究

227晶界能

228晶界扩散

23纳米固体材料及金属间化合物的界面结构

231利用凝聚加压法制备的试样界面微结构

232非晶晶化法制备试样的界面结构

233其他方法制备纳米固体的界面结构

234金属间化合物的界面结构

参考文献

思考题




第3章非晶态合金的形成机制和制备方法

31概述

32非晶态转变的定义与物理化学原理

321定义

322非晶态转变的物理化学原理

33非晶态合金形成热力学

331合金化效应

332原子的相互作用

333原子尺度效应

334位形熵

335化学键能

336微观机制

34非晶态形成的判据

341戴维斯判据

342尼尔森判据

343戴维斯判据的改进

35非晶态合金的制备方法

351非晶态合金的主要制备方法

352单片非晶态合金箔的制备方法

353非晶态合金粉末和纤维的制备方法

354非晶态丝材的制备方法

355非晶合金薄带的外圆式连续制备方法

356大块非晶合金及其复合材料的合成与制备

36影响非晶态合金带材制备的因素

361合金成分的影响

362加热方式的影响

363坩埚材料和喷嘴形状与尺寸的影响

364冷却辊材料的影响

365工艺参数的影响

参考文献

思考题


第4章金属基复合材料的合成与制备技术

41概述

42金属基复合材料制造方法的分类

43金属基复合材料制造方法

431固态法

432液态复合法

433半固态复合铸造法

434自生成法及其他制备法

参考文献

思考题


第5章原位金属基复合材料的合成与制备

51概述

52原位复合材料的制备工艺及原理

521DIMOXTM法

522PRIMEXTM法

523XDTM法

524共晶自生结构复合材料

53原位金属基复合材料的拉伸性能

531原位金属基复合材料的弹性模量

532原位金属基复合材料的屈服强度和极限拉伸强度

533温度对原位金属基复合材料力学性能的影响

54原位复合材料的断裂韧性及晶须的增强机制

541裂纹偏转增韧机理

542桥联增韧机理

55研究意义和展望

参考文献

思考题


第6章单晶材料的制备

61固固平衡的晶体生长

611形变再结晶理论

612应变退火及工艺设备

613利用烧结体生长晶体

614退玻璃化的结晶作用

62液固平衡的晶体生长

621从液相中生长晶体的一般理论

622布里奇曼斯托克巴格方法(BS法)

623丘克拉斯基法

624区域熔化技术

625其他无坩埚技术

626其他液固方法

参考文献

思考题


第7章金属纳米结构材料合成与制备

71概述

72金属纳米结构材料的制备

721熔体凝固法制备块体纳米材料

722强烈塑性变形法制备块体纳米材料

723机械合金化粉末强制轧制法制备块体纳米晶材料

724机械合金化放电等离子烧结工艺制备块体纳米晶材料

725高能超声铸造工艺制备块体纳米晶材料

726非晶晶化法制备纳米晶体材料

727金属纳米结构材料的性能

参考文献

思考题


第8章纳米颗粒的合成与制备

81物理方法制备纳米微粒

811物理粉碎法

812物理气相沉积法(PVD)

813溅射法

82化学方法制备纳米微粒

821化学气相沉积

822液相反应法

参考文献

思考题


第9章功能陶瓷材料

91绝缘陶瓷材料

911电瓷类

912氮化物绝缘陶瓷

92导电陶瓷材料

921电子导电陶瓷

922离子导电陶瓷

93介电铁电陶瓷

931介电铁电陶瓷的特性

932陶瓷的介电铁电特性及极化

933介电陶瓷材料

94透明电光陶瓷

941透明陶瓷的制备及电光效应

942透明陶瓷的变化特性及应用

95气敏陶瓷和湿敏陶瓷

951气敏陶瓷

952湿敏陶瓷

96生物陶瓷

961生物陶瓷材料的必要条件

962生物陶瓷的特点、类型与应用范围

963惰性生物陶瓷材料

964可吸收生物陶瓷

965生物活性陶瓷

966可治疗癌症的生物陶瓷

参考文献

思考题
精彩片段：
材料合成与制备
第1章新型金属材料的快速凝固制备原理与技术

第1章新型金属材料的快速
凝固制备原理与技术
11概述
传统金属材料通常都是通过冶炼和不同方式的凝固而获得的，凝固技术是传统金属材料最常用最基本的制备技术之一。金属的凝固理论是金属学理论体系的重要组成部分。一般金属材料的凝固理论和凝固制备技术在材料科学与工程专业的材料科学基础等本科课程中已有详述，本章主要介绍新型金属材料的快速凝固制备技术。
12金属材料快速凝固技术的产生与发展
通常，一般金属材料的常规铸造合金之所以会出现晶粒粗大、偏析严重、铸造性能不好等严重缺陷的主要原因是合金凝固时的过冷度和凝固速率很小，二者又是由于它们凝固时的冷速很小引起的。因此，要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高合金熔体凝固时的过冷度，从而提高凝固速率，在实际凝固过程中达到这一目的的方法主要有两种。一种是可以看成是“动力学”的方法，即设法提高熔体凝固时的传热速率从而提高凝固时的冷速，使熔体形核时间极短，来不及在平衡熔点附近凝固而只能在远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度和凝固速率。具体实现这一方法的技术称为急冷凝固技术（Rapidly Quenching Technology，RQT）或熔体淬火技术（Melt Quenching Technology，MQT）。另一种方法是“静力学”的方法，即针对通常铸造合金都是在非均匀形核条件下凝固，因而使合金凝固过冷度很小的问题，设法提供近似均匀形核的条件。在这种条件下凝固时，尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷度，从而提高凝固速率。具体实现这一方法的技术一般称为大过冷技术（Large Undercooling Technology，LUT），所以快速凝固技术（Rapid Solidification Technology，RST）实际上包括急冷凝固技术和大过冷技术。本章将重点讲述金属快速凝固技术的原理和新型金属材料的相关制备技术。
快速凝固，是材料科学与工程中一个较新的研究领域，指的是在比常规工艺过程快得多的冷却速率下(例如104~109℃／s)，合金以极快的速率从液态转变为固态的过程。经过快速凝固的合金，会出现哪些结构与组织现象呢？ 1960年美国加州理工学院的杜韦兹（Duwez）等采用一种独特的熔体急冷技术，首次使液态合金在大于107℃／s的冷却速率下凝固。他们发现，在这样快的冷却速率下，本来是属于共晶系的CuAg合金中，出现了无限固溶的连续固溶体；在AgGe合金系中，出现了新的亚稳相；而共晶成分的AuSi(xSi＝25％)合金竟然凝固为非晶态的结构，因而可称为金属玻璃。这些发现，在世界物理冶金和材料科学工作者面前展现了一个新的广阔的研究领域。自此以后，各国的研究工作者相继在更多的合金系中进行了快速凝固的试验，获得了一批又一批研究成果。从这些试验研究中可知，加快合金的冷却速率或凝固速率，可能最终导致形成非晶态的合金。但是，不同的合金形成非晶态的倾向是各不相同的。对于许多合金来说，104~109℃／s的冷却速率还不足以完全遏制结晶过程和使合金成为金属玻璃。但是在这样快的冷却速率下所形成的亚稳的结晶组织中，同样亦出现了一系列前所未见的重要结构特征。经过快速凝固而获得的合金，包括非晶态或亚稳晶态的合金，由于其结构上的特征而具有各种各样的远比常规合金优异的使用性能，因而正在成为一种具有重要发展前景的新材料。
Duwez等人研制的急冷快速凝固新型合金的冶金技术的主要特点是设法把熔体分离成尺寸很小的部分，并减小熔体体积和熔体与冷却介质接触的散热面积之比，从而使金属熔体被冷却介质迅速冷却而凝固。应用急冷凝固技术制取的合金称为急冷凝固合金，简称急冷合金。
自20世纪80年代开始，快速凝固技术已经在美国、英国、德国、日本等国广泛应用于航空、航天、核工业、机械、电子等许多重要部门，并发挥着十分重要的作用。
比起一般凝固过程，快速凝固技术在工艺和材料两个方面都具有很大的吸引力，主要表现在以下三个方面。
（1） 扩展合金中溶质的溶解度，引起能分别形成过饱和固溶体、非平衡晶体及非晶体等结果。
（2） 均匀和细化合金微观组织，在很大程度上消除金属制品，特别是大断面制品中的偏析现象，使之更易于热处理和加工，使用寿命相应延长，甚至使原来只能用于铸态而不能加工的金属制品变成可锻或超塑性的。
(3） 使金属制品更加接近最终形状或直接成型。这样就可节省大量的成型工序的花费，如减少压力加工量、金属切削量，减少返回金属量等。对生产者来说，这无疑是降低产品成本的途径。
目前，在多种铝合金、钛合金、镁合金以至多种铁、镍基合金等方面都先后引入了快速凝固技术，在获得新的微观组织结构、新的合金和新的加工工艺方面几乎具有无限的潜力，它已经成为研制本世纪各个工业和技术部门急需的新型合金材料的一项重要技术，而快速凝固合金则是一种正在得到广泛应用并有广阔应用前景与潜力的新型合金材料。
13金属材料熔体急冷快速凝固原理
金属材料熔体急冷技术的核心是要提高金属凝固过程中熔体的冷速，即采用合适的快冷设备和工艺提高熔体凝固时的传热速率从而大幅提高凝固时的冷却速率，使金属熔体的形核时间很短，远来不及在纯金属平衡凝固点或合金平衡固相线附近凝固，只能是在远低于平衡凝固点的较低温度凝固，因而具有很大的熔体过冷度和凝固速率。
由液态金属热传输的基本原理可知，一个向环境散热的系统的冷却速率取决于该系统在单位时间内产生的热量和传出该系统的热量，因此对纯金属或合金凝固而言，提高该系统的过冷度须满足以下条件：① 减少单位时间内纯金属或合金凝固时产生的熔化潜热；② 提高该系统凝固过程中的传热速率。基于以上这两个基本条件要求，急冷快速凝固技术原理是尽量减小同一时刻凝固熔体体积并增大熔体散热表面积与其熔体体积之比，并设法减小熔体在冷却介质中的界面热阻。
理论和实验都可以证明，通过提高铸型的热传导能力，增大铸型的热流导出速率可使熔体凝固界面快速推进，以实现快速凝固。
在纯金属或合金非平衡凝固时，在忽略液相过热的条件下，单向凝固速率R取决于固相中的温度梯度GTS，即
R=λsGTSρsΔh（11）
式中，λs为固相导热率；Δh为凝固潜热；ρs为固相密度；GTS为温度梯度，是由凝固层的厚度δ和铸型的界面温度Ti决定的。
参考图11对凝固层内的温度分布作线性近似，得出
R=λsΔhρsTk－Tiδ(12)
书　　评：
 
其　　它：
 

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