本書介紹了金屬材料、單晶材料、非晶材料、薄膜材料、陶瓷材料、玻璃材料、復合材料的傳統(tǒng)制備原理和技術，并介紹了石墨烯、多孔材料、智能材料、梯度功能材料、一維納米材料、離子束注入材料改性技術、微弧氧化法制備陶瓷薄膜技術、陽極氧化法制備TiO2納米管技術、靜電紡絲技術、自蔓延高溫合成技術、脈沖電沉積制備納米晶薄膜技術、微波燒結技術等新材料和新技術。
本書可作為高等學校本科材料科學與工程、材料學、材料物理等相關專業(yè)師生的教學用書。
第1章緒論／1
1.1材料物理制備的基本原理1
1.1.1熱力學基礎1
1.1.2動力學基礎2
1.2材料物理制備的基本方法2
1.2.1高溫高壓法2
1.2.2物理氣相沉積法3
1.2.3化學氣相沉積法5
1.2.4軟化學合成方法6
1.2.5電解合成法8
1.2.6納米材料物理制備9
1.3材料物理制備的基本表征與分析技術10
1.3.1X射線衍射分析10
1.3.2電子顯微分析11
1.3.3透射電子顯微分析11
1.3.4掃描電子顯微分析12
1.3.5電子探針X射線顯微分析13
1.3.6原子力顯微鏡分析13
1.4材料物理制備的最新進展14
參考文獻15
第2章金屬材料的制備／16
2.1金屬材料的冶煉與制備16
2.1.1鋼鐵材料16
2.1.2鋁及鋁合金19
2.1.3鈦及鈦合金22
2.1.4鎂及鎂合金26
2.1.5銅及銅合金30
2.2金屬材料的鑄造、鍛壓與軋制技術32
2.2.1砂型鑄造32
2.2.2特種鑄造34
2.2.3半固態(tài)鑄造36
2.2.4連鑄連軋37
2.2.5熱機械控制工藝39
2.3快速凝固技術40
2.3.1快速凝固的基本原理41
2.3.2快速凝固制備技術42
2.3.3快速凝固技術在金屬材料中的應用46
2.4機械合金化技術48
2.4.1機械合金化的概念48
2.4.2金屬粉末的球磨過程49
2.4.3機械合金化的力——化學作用原理50
2.4.4機械合金化制備彌散強化合金51
2.4.5機械合金化制備52
2.5半固態(tài)金屬加工技術53
2.5.1半固態(tài)漿料的制備54
2.5.2半固態(tài)成型工藝56
2.5.3半固態(tài)加工的應用56
2.6納米金屬材料制備技術56
2.6.1納米技術的特性57
2.6.2納米金屬的制備方法57
參考文獻58
第3章單晶材料的制備／60
3.1固-固平衡晶體生長60
3.1.1形變再結晶理論61
3.1.2應變退火法62
3.1.3燒結生長65
3.1.4同素異形體相變法65
3.2液-固平衡晶體生長67
3.2.1熔體生長67
3.2.2溶液生長82
3.3氣-固平衡晶體生長94
3.3.1物理氣相生長95
3.3.2化學氣相生長101
參考文獻109
第4章非晶材料的制備／111
4.1非晶材料的特點112
4.2非晶粉末的制備114
4.2.1物理方法115
4.2.2化學方法117
4.2.3機械合金化法119
4.3非晶薄帶121
4.3.1非晶薄膜的制備121
4.3.2非晶薄帶制備123
4.4大塊非晶合金126
4.4.1大塊非晶合金的形成機制與條件127
4.4.2大塊非晶合金的制備方法129
參考文獻133
第5章薄膜材料的物理制備／135
5.1薄膜的形成與生長及影響因素137
5.1.1薄膜的形成與生長138
5.1.2影響薄膜生長特性的因素140
5.2物理氣相沉積概述141
5.2.1蒸發(fā)沉積141
5.2.2濺射沉積142
5.2.3脈沖激光沉積143
5.2.4分子束外延143
5.3真空蒸發(fā)鍍膜法144
5.4濺射鍍膜原理、特點及應用146
5.4.1濺射概述146
5.4.2輝光放電146
5.4.3濺射過程146
5.4.4濺射鍍膜的分類及原理147
5.4.5濺射薄膜的特點159
5.4.6濺射應用范圍簡介159
5.5分子束外延技術160
5.5.1分子束外延的發(fā)展及特點160
5.5.2分子束外延生長原理161
5.5.3分子束外延設備結構161
5.5.4分子束外延原位監(jiān)測163
5.5.5分子束外延技術的應用165
5.6原子層沉積技術原理、特點及應用167
5.6.1原子層沉積技術簡介167
5.6.2原子層沉積技術原理168
5.6.3原子層沉積技術特點170
5.6.4原子層沉積設備結構172
5.6.5原子層沉積反應前驅(qū)體172
5.6.6原子層沉積反應溫度174
5.6.7原子層沉積技術的應用174
5.7脈沖激光沉積鍍膜175
5.7.1脈沖激光沉積鍍膜原理176
5.7.2影響PLD鍍膜表面質(zhì)量的因素178
5.7.3脈沖激光沉積鍍膜特點179
5.7.4脈沖激光沉積鍍膜的應用180
參考文獻182
第6章薄膜材料的化學制備／183
6.1薄膜的形成機理183
6.1.1薄膜的二維生長模式184
6.1.2薄膜的三維生長模式184
6.1.3薄膜的二維生長后的三維生長模式185
6.2化學氣相沉積185
6.2.1熱化學氣相沉積185
6.2.2等離子體化學氣相沉積186
6.2.3激光化學氣相沉積186
6.2.4光化學氣相沉積187
6.2.5有機金屬化學氣相沉積187
6.2.6其他氣相沉積188
6.3化學溶液鍍膜法189
6.3.1概述189
6.3.2化學鍍的發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀190
6.3.3化學鍍的生長機理191
6.4溶膠凝膠法制備薄膜材料192
6.4.1溶膠-凝膠法的基本概念192
6.4.2溶膠-凝膠法的發(fā)展歷程193
6.4.3溶膠-凝膠法的基本原理和特點193
6.5電化學原子層沉積法197
6.5.1電化學原子層沉積法概述及技術發(fā)展淵源197
6.5.2電化學原子層沉積法的基本操作步驟199
6.5.3電化學原子層沉積法的優(yōu)點199
6.5.4影響電化學原子層沉積過程的因素200
6.5.5電化學原子層沉積的研究現(xiàn)狀及應用展望201
6.6膜厚的測量與監(jiān)控203
6.6.1輪廓儀法203
6.6.2石英晶振法204
6.6.3目視法205
6.6.4光電極值法205
6.6.5橢圓偏振法206
6.6.6電容測微法206
參考文獻207
第7章陶瓷材料的制備／208
7.1陶瓷材料分類208
7.1.1普通陶瓷材料208
7.1.2特種陶瓷材料209
7.1.3常用特種陶瓷材料209
7.2陶瓷材料的織構210
7.2.1磁性陶瓷材料的織構210
7.2.2高Tc超導體的織構210
7.2.3氧化鋯高溫結構陶瓷的織構211
7.2.4鐵電陶瓷織構211
7.2.5氧化鋁陶瓷材料的織構211
7.2.6陶瓷涂層織構211
7.3陶瓷材料的制備工藝211
7.3.1粉末原料制備加工與處理212
7.3.2成型212
7.3.3燒結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納米陶瓷膜219
7.4.3生物醫(yī)學陶瓷材料220
7.4.4結構陶瓷及陶瓷基復合材料224
7.5世界陶瓷材料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢227
參考文獻228
第8章玻璃材料的制備／229
8.1概述229
8.1.1玻璃材料種類231
8.1.2玻璃的制備和加工234
8.2微晶玻璃材料的制備235
8.2.1概述235
8.2.2微晶玻璃的種類236
8.2.3微晶玻璃的性能及應用238
8.2.4微晶玻璃的制備工藝239
8.2.5微晶玻璃的加工241
8.3光導纖維的制備242
8.3.1概述242
8.3.2光導纖維的種類243
8.3.3光導纖維的主要特性244
8.3.4光導纖維的制備246
8.4光致變色玻璃的制備249
8.4.1概述249
8.4.2光致變色玻璃的種類及制備249
8.5非線性光學玻璃的制備251
8.5.1概述251
8.5.2非線性效應的應用252
8.5.3非線性光學玻璃種類及制備技術252
8.6生物功能玻璃的制備260
8.6.1概述260
8.6.2生物功能玻璃的種類及發(fā)展趨勢261
8.6.3生物功能玻璃的結構特征及制備263
8.7含金屬納米有序微結構玻璃的制備264
8.7.1含金屬納米顆粒彌散結構玻璃的制備265
8.7.2金屬納米有序結構在玻璃體內(nèi)的定向生成技術267
8.7.3含金屬納米有序結構玻璃制備研究的未來發(fā)展269
參考文獻270
第9章復合材料的制備／272
9.1概論272
9.1.1復合材料的定義272
9.1.2復合材料的命名和分類272
9.2復合材料的組成274
9.2.1基體材料274
9.2.2復合材料的增強體278
9.3聚合物基復合材料279
9.3.1手糊成型工藝279
9.3.2袋壓成型、模壓成型、層壓成型281
9.3.3短纖維沉積預成型法283
9.3.4噴射成型工藝283
9.3.5樹脂傳遞模塑(RTM)、樹脂膜熔滲(RFI)285
9.3.6注射成型288
9.3.7纖維纏繞成型289
9.3.8擠拉成型291
9.3.9離心澆注成型291
9.4金屬基復合材料291
9.4.1固態(tài)法292
9.4.2液態(tài)法294
9.4.3其他制備法297
9.4.4金屬基復合材料制造技術的發(fā)展趨勢301
9.5陶瓷基復合材料302
9.5.1纖維增強陶瓷基復合材料302
9.5.2晶須增強陶瓷基復合材料304
9.5.3顆粒彌散陶瓷基復合材料306
參考文獻308
第10章材料的合成與制備新技術／309
10.1石墨烯的制備與表征309
10.1.1引言309
10.1.2石墨烯的制備技術310
10.1.3石墨烯的表征技術315
10.2多孔材料的合成與制備318
10.2.1多孔材料簡介318
10.2.2介孔材料的合成機理及合成方法320
10.2.3金屬有機骨架材料的合成方法322
10.2.4多孔材料的應用324
10.3智能材料制備技術326
10.3.1智能材料的基本概念與特征326
10.3.2智能材料的構成與分類326
10.3.3智能材料的發(fā)展歷程與應用前景327
10.3.4形狀記憶合金328
10.3.5壓電材料329
10.3.6電/磁流變液330
10.3.7智能高分子凝膠331
10.3.8光纖智能結構332
10.4梯度功能材料制備技術333
10.4.1梯度功能材料的內(nèi)涵333
10.4.2梯度復合技術335
10.4.3梯度功能材料的應用領域339
10.5一維納米材料的合成與制備341
10.5.1一維納米材料的制備方法342
10.5.2碳納米管的合成與制備345
10.5.3一維ZnO納米材料的合成與制備346
10.6離子束注入材料改性技術348
10.6.1離子注入技術簡介348
10.6.2離子注入納米顆粒制備349
10.6.3離子注入并退火制備半導體納米薄膜356
10.7微弧氧化法制備陶瓷薄膜技術357
10.7.1微弧氧化技術及其發(fā)展歷程357
10.7.2微弧氧化的原理及放電過程357
10.7.3微弧氧化裝置及其制備流程359
10.7.4微弧氧化薄膜影響因素360
10.7.5微弧氧化的微結構特征361
10.7.6微弧氧化薄膜的性能362
10.7.7微弧氧化技術的應用364
10.7.8展望364
10.8陽極氧化法制備TiO2納米管技術365
10.8.1陽極氧化法制備TiO2納米管陣列365
10.8.2不同電解液對制備TiO2納米管的影響368
10.8.3不同實驗參數(shù)對制備TiO2納米管的影響368
10.9靜電紡絲技術及其在納米纖維制備中的應用370
10.9.1靜電紡絲技術的發(fā)展370
10.9.2靜電紡絲技術的過程370
10.9.3靜電紡絲技術的影響因素371
10.9.4靜電紡絲技術的應用374
10.10自蔓延高溫合成技術377
10.10.1自蔓延高溫合成技術及其發(fā)展377
10.10.2自蔓延高溫合成反應中的影響因素379
10.10.3自蔓延高溫合成技術的研究現(xiàn)狀380
10.10.4自蔓延高溫合成的發(fā)展方向384
10.11脈沖電沉積制備納米晶薄膜技術384
10.11.1脈沖電沉積制備納米晶的基本原理385
10.11.2脈沖電沉積制備過程387
10.11.3電沉積參數(shù)的影響390
10.12微波燒結技術390
10.12.1微波燒結的優(yōu)點391
10.12.2微波燒結過程中的主要工藝參數(shù)391
10.12.3微波燒結在材料研究中的應用392
10.12.4微波燒結工程陶瓷的應用392
10.12.5微波燒結技術存在的問題393
參考文獻394
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