材料加工及工程無機部分-復習版本

1、12新型無機材料的特點新型無機材料的特點與經(jīng)典硅酸鹽材料的主要區(qū)別：與經(jīng)典硅酸鹽材料的主要區(qū)別：1.組成：組成：已遠超出硅酸鹽的范圍，包括純氧化物、復合氧已遠超出硅酸鹽的范圍，包括純氧化物、復合氧化物、氮化物、硼化物、碳化物以及各種無機化合物，經(jīng)化物、氮化物、硼化物、碳化物以及各種無機化合物，經(jīng)特殊工藝加工制造而成。特殊工藝加工制造而成。2.用途：用途：由利用材料固有的靜態(tài)物理性狀，發(fā)展到利用各由利用材料固有的靜態(tài)物理性狀，發(fā)展到利用各種物理效應(yīng)和微觀現(xiàn)象的功能性，并在極端條件下使用。種物理效應(yīng)和微觀現(xiàn)象的功能性，并在極端條件下使用。3.制備方法和產(chǎn)品形狀：制備方法和產(chǎn)品形狀：由塊狀向單晶化、

2、薄膜化、纖維由塊狀向單晶化、薄膜化、纖維化、復合化方向發(fā)展?；秃匣较虬l(fā)展。3新型無機材料主要特點新型無機材料主要特點 1. 以經(jīng)典和現(xiàn)代科學理論為基礎(chǔ)，以經(jīng)典和現(xiàn)代科學理論為基礎(chǔ)，無機化學、固體物理、無機化學、固體物理、物理化學、機械工程物理化學、機械工程等都是其賴以開發(fā)、發(fā)展和應(yīng)用的基等都是其賴以開發(fā)、發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 2. 綜合運用現(xiàn)代先進科學技術(shù)成就，綜合運用現(xiàn)代先進科學技術(shù)成就，多學科交叉，知識密多學科交叉，知識密集集，突破關(guān)鍵技術(shù)，充分實現(xiàn)材料的應(yīng)用價值。，突破關(guān)鍵技術(shù)，充分實現(xiàn)材料的應(yīng)用價值。 3. 品種多，但生產(chǎn)規(guī)模小，更新?lián)Q代快，品種多，但生產(chǎn)規(guī)模小，更新?lián)Q代快，技

3、術(shù)保密性強，技術(shù)保密性強，不斷提高質(zhì)量，降低成本，減少污染，不斷完善和充實。不斷提高質(zhì)量，降低成本，減少污染，不斷完善和充實。 4. 需投入大量資金時間，風險大，但一旦研發(fā)成功，則成需投入大量資金時間，風險大，但一旦研發(fā)成功，則成為高技術(shù)、高性能、高產(chǎn)值、高效益的產(chǎn)業(yè)。為高技術(shù)、高性能、高產(chǎn)值、高效益的產(chǎn)業(yè)。4無機材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系無機材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系Properties Composition-structureSynthesis-processingperformance5 材料的材料的固有性質(zhì)固有性質(zhì)基本上可歸結(jié)為三類：基本上可歸結(jié)為三類：化學性質(zhì)、化學性質(zhì)、物理性質(zhì)和力學性質(zhì)。物

4、理性質(zhì)和力學性質(zhì)。 使用性能使用性能是使用狀態(tài)下表現(xiàn)出來的性能，包括是使用狀態(tài)下表現(xiàn)出來的性能，包括可靠可靠性、耐用性、壽命預測性、耐用性、壽命預測等，它基本依靠材料的固有性質(zhì)等，它基本依靠材料的固有性質(zhì)即物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)和化學鍵結(jié)構(gòu)。但使用性能還即物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)和化學鍵結(jié)構(gòu)。但使用性能還與設(shè)計、加工條件和工程環(huán)境密切相關(guān)。與設(shè)計、加工條件和工程環(huán)境密切相關(guān)。 了解材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，可以進入了解材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，可以進入材料設(shè)計材料設(shè)計的新研的新研究方法。究方法。61.玻璃玻璃 1.1定義定義 玻璃是熔融、冷卻、固化后的得到的玻璃是熔融、冷卻、固化后的得到的非結(jié)晶無機

5、物非結(jié)晶無機物。是一種是一種具有無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。具有無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。 是來不及結(jié)晶的是來不及結(jié)晶的“液體液體”。 1.2 特征特征 各向同性； 無固定熔點； 亞穩(wěn)態(tài)； 變化可逆； 可變性（成分與性能依存性變化）。1.3 原料原料l 主要原料：純堿、石灰石、石英、硼砂、硼酸、芒硝、白云石、碳酸鋇、鉛丹等。l 輔助原料：澄清劑、著色劑、脫色劑、乳濁劑、加速劑等等。72. 特種玻璃特種玻璃2.1 主要特點：主要特點：（1 1）成分變化：）成分變化：a.從純硅酸鹽純硅酸鹽系統(tǒng)發(fā)展到硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽、砷酸鹽、鉍酸鹽、鉛硅酸鹽等非硅酸鹽氧化物非硅酸鹽氧化物系統(tǒng)；b.從

6、純氧化物玻璃發(fā)展至鹵化物、硫族化物、合金化合物等非氧化物玻璃； c.不同類型玻璃混合而成的混合玻璃； d.純無機化合物玻璃至有機-無機復合玻璃； f.從單純成分至以元素周期表中大部分元素為成分的玻璃。8（2 2）形狀變化：）形狀變化： 從傳統(tǒng)的板、塊狀發(fā)展至薄膜、纖維，即從三維發(fā)展從傳統(tǒng)的板、塊狀發(fā)展至薄膜、纖維，即從三維發(fā)展到二維、一維。還有納米空心和實心玻璃微球等零維制品。到二維、一維。還有納米空心和實心玻璃微球等零維制品。（3 3）玻璃態(tài)變化：）玻璃態(tài)變化： 從單一均質(zhì)玻璃結(jié)構(gòu)發(fā)展到分相玻璃、乳濁玻從單一均質(zhì)玻璃結(jié)構(gòu)發(fā)展到分相玻璃、乳濁玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃、空氣薄膜玻璃。璃、微晶玻璃

7、、泡沫玻璃、空氣薄膜玻璃。 參與材料復合：金屬玻璃、夾層玻璃、玻璃鋼、參與材料復合：金屬玻璃、夾層玻璃、玻璃鋼、玻纖增強水泥、微晶玻璃等。玻纖增強水泥、微晶玻璃等。9（4 4）功能變化：）功能變化： 從單純的透光、包裝材料發(fā)展成具有光、電、磁和聲等特性材料從單純的透光、包裝材料發(fā)展成具有光、電、磁和聲等特性材料; ;玻璃本玻璃本身也從單純材料發(fā)展為元器件身也從單純材料發(fā)展為元器件; ;生物玻璃甚至可以修補替代有機體。生物玻璃甚至可以修補替代有機體。（5 5）制備工藝變化：）制備工藝變化： 高溫熔融法傳統(tǒng)玻璃采用坩堝窯、池窯制備高溫熔融法傳統(tǒng)玻璃采用坩堝窯、池窯制備, ,特種玻璃發(fā)展為電、高頻特

8、種玻璃發(fā)展為電、高頻感應(yīng)、高壓真空、等離子火焰、激光等手段熔煉。還產(chǎn)生了氣相合成、真空感應(yīng)、高壓真空、等離子火焰、激光等手段熔煉。還產(chǎn)生了氣相合成、真空蒸發(fā)、濺射、蒸發(fā)、濺射、CVDCVD、MOCVDMOCVD等氣相沉積、雙輥急冷、低溫合成、高能射線輻照等氣相沉積、雙輥急冷、低溫合成、高能射線輻照合成，溶液合成，溶液- -凝膠等制備方法。凝膠等制備方法。10 3. 光學玻璃光學玻璃基本特性要求：基本特性要求：（1）特定光學常數(shù)和同批一致性特定光學常數(shù)和同批一致性（2）高度透明性高度透明性（3）高度均勻性高度均勻性（4）一定的化學穩(wěn)定性一定的化學穩(wěn)定性（5）一定的耐熱性質(zhì)及機械性質(zhì)一定的耐熱性質(zhì)

9、及機械性質(zhì) 11光學玻璃分類光學玻璃分類 l 無色光學玻璃無色光學玻璃l 顏色濾光玻璃（濾色玻璃）顏色濾光玻璃（濾色玻璃）l 原子技術(shù)玻璃（耐輻照玻璃及防護玻璃）原子技術(shù)玻璃（耐輻照玻璃及防護玻璃）l 紅外光學玻璃紅外光學玻璃123.1.3 基本要求基本要求（1）具有特定光學常數(shù)，一致性好；）具有特定光學常數(shù)，一致性好；（2）高度透明性，高度物化均勻性；）高度透明性，高度物化均勻性；（3）一定化學穩(wěn)定性、耐熱性和機械強度；）一定化學穩(wěn)定性、耐熱性和機械強度；（4）原料要求高，特別控制含鐵量）原料要求高，特別控制含鐵量Fe2O30.005；（5）采用單坩堝間歇法和小池爐連續(xù)法，精煉用白）采用單坩

10、堝間歇法和小池爐連續(xù)法，精煉用白金坩堝；金坩堝；（6）采用精密退火，退火速率最低采用精密退火，退火速率最低0.2-1h。133.1.4 評價指標光吸收系數(shù)光吸收系數(shù)：用白光通過玻璃中每cm路程內(nèi)的透過率T的自然對數(shù)負值表示 。 條紋度：條紋度：條紋狀包裹物。 折射率：折射率： ncd ，c、d分別表示光在真空和玻璃中傳播速度。 n=nii ni 為組分i 折射率、i為組分摩爾數(shù)色散：色散：折射率隨波長改變的特性。光學均勻性和應(yīng)力雙折射光學均勻性和應(yīng)力雙折射 ：成分不均勻性或應(yīng)力差異引起局部折射率不一樣，材質(zhì)表征稱為應(yīng)力雙折射， 換算成單位間距光程差(nm/cm)。143.2 顏色濾光玻璃（濾色

11、玻璃）顏色濾光玻璃（濾色玻璃）3.2.1 定義及用途定義及用途 對光譜具有選擇吸收（或能透射）各種顏色的光學玻璃稱為顏色濾光玻璃。由于吸收某波長，透過光則呈現(xiàn)所吸收波長的補色，又稱為顏色玻璃或有色玻璃。 用于光學儀器中作為濾色元件，形成單色光用于某些儀器，濾去其它光波對儀器的干擾。153.2.2 分類分類（1）按光譜性能分：）按光譜性能分：l 截止型顏色濾光玻璃l 選擇吸收性濾光玻璃l 中性暗型濾光玻璃（在400一700 nm光譜范圍內(nèi)有較均勻吸收的濾光玻璃）16（2）按著色劑分：）按著色劑分：l離子著色離子著色（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co 、Ni、Ce、Pr、Nd等。）l膠體著色膠體著

12、色（ Cu、Ag、Au、Pt；非金屬元素S、Se、Te；化合物CdS、FeS、Sb2S2等。 ）l半導體著色半導體著色（CdS和CdSe混合著色）173.3 原子技術(shù)玻璃原子技術(shù)玻璃玻璃的輻照著色玻璃的輻照著色 定義： 普通光學玻璃經(jīng)過相當劑量的輻射作用后，都明顯變暗，而較高劑量的高能輻射還能夠使玻璃變成完全不透明 。 18機理機理：物質(zhì)吸收輻射能量后，產(chǎn)生電離，釋出的電子與：物質(zhì)吸收輻射能量后，產(chǎn)生電離，釋出的電子與空位，形成了空位，形成了F型色心或型色心或V型色心。型色心。 因為被色心束縛的電子或空位都具有一定的能因為被色心束縛的電子或空位都具有一定的能帶結(jié)構(gòu)，其能級間距相當于可見光的光量

13、子能，因此帶結(jié)構(gòu)，其能級間距相當于可見光的光量子能，因此它們在可見光照射下會呈現(xiàn)出顏色。由于玻璃中存在它們在可見光照射下會呈現(xiàn)出顏色。由于玻璃中存在著各種各樣的缺陷，因此經(jīng)輻照后，就會形成各類色著各種各樣的缺陷，因此經(jīng)輻照后，就會形成各類色心。心。 193.3.1 耐輻射光學玻璃耐輻射光學玻璃 （1）定義：定義： 是特殊的無色光學玻璃，耐較高劑量的射線和射線，不會在可見光波段產(chǎn)生色心。 能夠改善玻璃輻照穩(wěn)定性的離子有： Ce4+、cr3+、Mn4+、As5+、Sb5+、Fe3+以及其它的多價離子，這些離子通常稱為抑制劑(或穩(wěn)定劑)。 20 含有Ce02的耐輻射光學玻璃在受到高能輻射作用后： C

14、e4+十eCe3+ Ce4+和Ce3+的光譜吸收帶均在紫外波段，即鈰離子的任何價態(tài)的氧化物在可見光區(qū)域都沒有吸收峰，因而不致影響玻璃的著色。（2）耐輻照機理（以）耐輻照機理（以CeO2為例）：為例）：213.3.2 防護玻璃防護玻璃 （1）定義：）定義： 具有能夠防止X射線、射線、射線對人體產(chǎn)生危害的特殊玻璃材料。 （2）種類）種類： PbO-CdO-SiO2：吸收射線、快、慢中子； PbO-Bi2O4- SiO2：較高吸收X射線、射線的能力； 84PbO22Ta2O514B2O3：吸收射線能力最大； BaO-PbO-B2O3：吸收射線、中子；等等。22（3）機理）機理 當射線穿過防護玻璃時內(nèi)

15、部產(chǎn)生光電效應(yīng)，生成正負電子對，同時產(chǎn)生激發(fā)態(tài)和自由態(tài)電子，使射入的射線等的能量降低不能透過，起到防護作用。234.1.1 激光玻璃特點激光玻璃特點(與激光晶體相比較與激光晶體相比較) 基質(zhì)玻璃易于改變，成分可以在很大范圍內(nèi)基質(zhì)玻璃易于改變，成分可以在很大范圍內(nèi)變化，以獲得不同性質(zhì)的激光玻璃；變化，以獲得不同性質(zhì)的激光玻璃；玻璃中的結(jié)構(gòu)缺陷對性質(zhì)影響小，易獲得各玻璃中的結(jié)構(gòu)缺陷對性質(zhì)影響小，易獲得各向同性、均勻的工作物質(zhì)；向同性、均勻的工作物質(zhì)；易于制備，容易得到各種尺寸和形狀；易于制備，容易得到各種尺寸和形狀；制造周期短，成本低，制備簡單；制造周期短，成本低，制備簡單；光學質(zhì)量容易得到保證。

16、光學質(zhì)量容易得到保證。激光原理 諧振腔中的工作物質(zhì)在泵浦源的作用下，處在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，自發(fā)輻射 產(chǎn)生的光子由于受輻射不斷放大的分子在諧振腔中經(jīng)過反射鏡多次反射，在諧振腔中沿非軸線方向的光子很快逸出腔外，而沿軸線方向的光子往復傳輸，不斷被放大，且方向性增益不斷改善，最后從反射鏡輸出即為激光。25（1）激活離子發(fā)光機構(gòu)必須有亞穩(wěn)態(tài)，形成三級或四級能級機構(gòu)；且亞穩(wěn)態(tài)壽命長，使粒子數(shù)易于積累達到反轉(zhuǎn)；（2）有合適的光譜性質(zhì)；（3）基質(zhì)玻璃要有良好的透明度，對激光波長的吸收盡可能小，使光激發(fā)能量充分被激活離子吸收轉(zhuǎn)化為激光；（4）有良好的光均勻性，避免光線通過玻璃后波面變形產(chǎn)生誤差，使閾值升高，效率降

17、低；（5）有良好的化學穩(wěn)定性，良好的光照穩(wěn)定性和一定的機械強度，失透性小。4.1.2 激光玻璃需滿足的條件激光玻璃需滿足的條件26（1）激光玻璃由基質(zhì)玻璃摻入激活離子形成：）激光玻璃由基質(zhì)玻璃摻入激活離子形成： 激光玻璃的各種物理化學性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定；激光玻璃的各種物理化學性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定；激光玻璃的光譜性主要由激活離子決定；同時，基質(zhì)玻璃激光玻璃的光譜性主要由激活離子決定；同時，基質(zhì)玻璃通過配位體與激活離子的作用影響激活離子的吸收光譜。通過配位體與激活離子的作用影響激活離子的吸收光譜。（2）激光玻璃的基質(zhì)玻璃組成一般有硅酸鹽、）激光玻璃的基質(zhì)玻璃組成一般有硅酸鹽、氟磷酸鹽、磷酸鹽

18、玻璃等；激光玻璃的激活離子氟磷酸鹽、磷酸鹽玻璃等；激光玻璃的激活離子主要有稀土離子主要有稀土離子Nd3+、Yb3+、Er3+、 Tm3+ 、Ho3+等。等。4.1.3 激光玻璃的組成激光玻璃的組成27分光光度計光源分光光度計光源單色性；單色性；激光定向與激光測距激光定向與激光測距高度定向與相干性；高度定向與相干性；激光核聚變、激光打孔、激光點焊、激光刀激光核聚變、激光打孔、激光點焊、激光刀等等能量密度極高；能量密度極高；激光通訊激光通訊配合光導纖維傳輸，等等。配合光導纖維傳輸，等等。4.1.4 激光玻璃的應(yīng)用舉例激光玻璃的應(yīng)用舉例284.2 聲光玻璃聲光玻璃 4.2.1 聲光效應(yīng)聲光效應(yīng) 又稱

19、為彈光效應(yīng)。在介質(zhì)中有聲波（或稱又稱為彈光效應(yīng)。在介質(zhì)中有聲波（或稱為彈性波）場時，所通過的光波受到聲波場的為彈性波）場時，所通過的光波受到聲波場的衍射而使其強度、相位及傳播方向都被聲波場衍射而使其強度、相位及傳播方向都被聲波場所帶行的信號調(diào)制的現(xiàn)象。所帶行的信號調(diào)制的現(xiàn)象。294.2.2 聲光玻璃（聲光偏轉(zhuǎn)玻璃）聲光玻璃（聲光偏轉(zhuǎn)玻璃）特點：特點： 由于長程無序的結(jié)構(gòu)，聲光衍射效率較高；但同時產(chǎn)生聲子黏滯效應(yīng)，因此聲損耗高，頻率受限，常引入鋇、鉛、碲、鑭。主要品種：主要品種： l 熔石英玻璃（高光學質(zhì)量、寬透光率大塊材料）l 各種重火石玻璃（高折射率，但透過率、均勻性較差）l 硫系玻璃(As

20、2S3 )（紅外聲光玻璃）l 單質(zhì)半導體玻璃 (碲酸鹽玻璃) 304.3 磁光玻璃磁光玻璃磁光效應(yīng)：介質(zhì)在磁場作用下（磁場可以是介質(zhì)磁光效應(yīng)：介質(zhì)在磁場作用下（磁場可以是介質(zhì)本身固有磁場，也可以是外加感生磁場）產(chǎn)生本身固有磁場，也可以是外加感生磁場）產(chǎn)生光學各向異性變化的物理效應(yīng)（包括反射率、光學各向異性變化的物理效應(yīng)（包括反射率、透射率、偏振等）。透射率、偏振等）。包括塞曼效應(yīng)、磁光法拉第效應(yīng)、科頓-穆頓效應(yīng)和磁光克爾效應(yīng)等。這些效應(yīng)均起源于物質(zhì)的磁化，反映了光與物質(zhì)磁性間的聯(lián)系。 314.4 光致變色玻璃光致變色玻璃 4.4.1 定義 受藍紫、紫外等短波長光或日光照射后，在可見光區(qū)產(chǎn)生光吸

21、收而自動著色，著色深度隨光照強弱而變，光照停止，可逆地自動恢復到初始透明態(tài)(又稱光色玻璃)。 許多有機物、無機物都有此光致變色性能，但光色玻璃可以長時間反復變色而無疲勞現(xiàn)象（老化），且機械強度好，化學穩(wěn)定性好，制備簡單，可獲得穩(wěn)定且形狀復雜的制品。324.4.2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理：由于含有光輻照所致可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心。原理：由于含有光輻照所致可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心。 一定波長激活輻射，玻璃生成色心即產(chǎn)生著色，一定波長激活輻射，玻璃生成色心即產(chǎn)生著色，激活輻射去除，色心破壞即褪色，激活激活輻射去除，色心破壞即褪色，激活-破壞破壞(變暗變暗-復復明明)往復循環(huán)而不疲勞。往復循環(huán)而不疲勞。l可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心與基

22、質(zhì)玻璃同相的，稱同相（均可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心與基質(zhì)玻璃同相的，稱同相（均相）光致變色玻璃；相）光致變色玻璃；l可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心與基質(zhì)玻璃不同相的，稱異相型可逆的亞穩(wěn)態(tài)色心與基質(zhì)玻璃不同相的，稱異相型光致變色玻璃。光致變色玻璃。 334.4.3 變色原理變色原理 無光照時，含鹵化銀的玻璃種微觀晶體對光無光照時，含鹵化銀的玻璃種微觀晶體對光的散射極小，玻璃高度透明。的散射極小，玻璃高度透明。 光照下，鹵化銀北從紫到藍很寬的光照所激光照下，鹵化銀北從紫到藍很寬的光照所激發(fā)，產(chǎn)生反應(yīng)析出游離銀原子核鹵素原子。眾多發(fā)，產(chǎn)生反應(yīng)析出游離銀原子核鹵素原子。眾多銀原子由于散射而著色。銀原子由于散射而著色。 去除光

23、照后，原子間發(fā)生可逆化學作用，形去除光照后，原子間發(fā)生可逆化學作用，形成鹵化銀，玻璃恢復透明。成鹵化銀，玻璃恢復透明。344.4.6 應(yīng)用應(yīng)用 自動調(diào)光玻璃（太陽鏡；汽車、飛機建筑物等窗自動調(diào)光玻璃（太陽鏡；汽車、飛機建筑物等窗玻璃）玻璃） 激光器窗口玻璃激光器窗口玻璃 航天器窗口玻璃航天器窗口玻璃 圖像記錄、全息記錄、光信息存儲等圖像記錄、全息記錄、光信息存儲等 黑板黑板-光調(diào)諧筆光調(diào)諧筆 紫外線計量計紫外線計量計 354.5 電致變色玻璃電致變色玻璃4.5.1 定義： 電致變色玻璃(Smart Glass)，在電場作用下引起顏色變化的玻璃，這種變化是可逆的、連續(xù)可調(diào)的。 顏色的連續(xù)變化意味

24、著透過率、吸收率、反射率三者可調(diào)，最具實用性的是電化學變色玻璃，即玻璃在電化學反應(yīng)條件下對可見光吸收有重大的改變，其機理至今尚末解釋清楚。364.5.2 特點及應(yīng)用特點及應(yīng)用 在熱致變色、光致變色以及電致變色三種激勵方式對制冷和照明所需能量來看，電致變色器件節(jié)能效果最佳。特點：響應(yīng)慢，但壽命、記憶效應(yīng)和循環(huán)次數(shù)上存在較大優(yōu)勢?？梢杂糜冢浩嚥Ａд{(diào)節(jié)光強； 建筑窗玻璃節(jié)能； 軍用飛行器隱身； 等等。 375.4 微晶玻璃 5.4.1 定義定義 將加有成核劑(個別可不加)的特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在一定溫度下熱處理后，就變成具有微晶體和玻璃相均勻分布的復合材料，稱之為微晶玻璃。 微晶玻璃的結(jié)構(gòu)、性能及

25、生產(chǎn)方法同玻璃和陶瓷都有所不向，其性能集中了兩者的特點，成為一類獨特的材料。它也稱為玻璃陶瓷（glass-ceramics）或結(jié)晶化玻璃。385.4.3 微晶玻璃的特點 微晶玻璃間普通玻璃的區(qū)別，主要是它們只有結(jié)微晶玻璃間普通玻璃的區(qū)別，主要是它們只有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而同陶瓷樹料的區(qū)別，主要是它們的結(jié)晶結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而同陶瓷樹料的區(qū)別，主要是它們的結(jié)晶結(jié)構(gòu)更細。主要特點如下：構(gòu)更細。主要特點如下：l 力學性質(zhì)：機械強度高，彈性模量大，堅硬耐磨；力學性質(zhì)：機械強度高，彈性模量大，堅硬耐磨；l 熱學性質(zhì)：膨脹系數(shù)變化范圍大，熱穩(wěn)定性好；熱學性質(zhì)：膨脹系數(shù)變化范圍大，熱穩(wěn)定性好；l 化學穩(wěn)定性好；化學穩(wěn)定性好

26、； l 光學性能：具有獨特的光學性能（感光顯影）光學性能：具有獨特的光學性能（感光顯影） ；l 電學性能：介電常數(shù)高，介電損失小等等。電學性能：介電常數(shù)高，介電損失小等等。 395.4.4 微晶玻璃的應(yīng)用405.4.6 微晶玻璃的生產(chǎn)過程微晶玻璃的生產(chǎn)過程配合料制備配合料制備 玻璃熔融玻璃熔融 成型成型 加工加工 微晶化處理（分相、晶核形成、晶體生微晶化處理（分相、晶核形成、晶體生長、二次結(jié)晶生長等過程）長、二次結(jié)晶生長等過程） 再加工再加工微晶化處理過程：微晶化處理過程：階梯溫度制度階梯溫度制度等溫溫度制度等溫溫度制度傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷是用天然或人工合成的粉狀化是用天然或人工合成的粉狀化合物，

27、經(jīng)過成型和高溫燒結(jié)制成的，由無機合物，經(jīng)過成型和高溫燒結(jié)制成的，由無機化合物構(gòu)成的多相固體材料。化合物構(gòu)成的多相固體材料。晶相晶相是陶瓷材料的主要組成相，是化合物或固溶體。晶相主要有硅酸是陶瓷材料的主要組成相，是化合物或固溶體。晶相主要有硅酸鹽、氧化物、非氧化物三種。鹽、氧化物、非氧化物三種。玻璃相玻璃相是一種低熔點的非晶態(tài)固相。它粘接非晶態(tài)晶相，填充晶相是一種低熔點的非晶態(tài)固相。它粘接非晶態(tài)晶相，填充晶相間的空隙，提高致密度，降低燒結(jié)溫度，抑制晶粒長大等。玻璃相間的空隙，提高致密度，降低燒結(jié)溫度，抑制晶粒長大等。玻璃相會降低陶瓷的強度、耐熱耐火性和絕緣性。故陶瓷中玻璃相的體積會降低陶瓷的強度

28、、耐熱耐火性和絕緣性。故陶瓷中玻璃相的體積分數(shù)一般為分數(shù)一般為20%40%。氣相氣相（氣孔）是指陶瓷孔隙中的氣體。陶瓷的性能受氣孔的含量、形（氣孔）是指陶瓷孔隙中的氣體。陶瓷的性能受氣孔的含量、形狀、分布等的影響，氣孔會降低陶瓷的強度，增大介電損耗，降低狀、分布等的影響，氣孔會降低陶瓷的強度，增大介電損耗，降低致密度，提高絕熱性和抗振性。普通陶瓷的氣孔率為體積的致密度，提高絕熱性和抗振性。普通陶瓷的氣孔率為體積的5%10%，特種陶瓷和為功能陶瓷，特種陶瓷和為功能陶瓷5%以下。以下。 三、新型陶瓷的特點三、新型陶瓷的特點1.新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別 原料使用上：原料使用上

29、：突破傳統(tǒng)陶瓷以黏土為主，使用精選或精選或提純提純的氧化物、硅化物、氮化物、硼化物等原料。 成分上：成分上：傳統(tǒng)陶瓷的組成與黏土的成分相關(guān)，不同產(chǎn)地料對產(chǎn)品組成與結(jié)構(gòu)影響很大；新型陶瓷原料是提純化合物，性質(zhì)由原料的純度和制備工藝決定，與產(chǎn)地原料無關(guān)。 在制備工藝上：在制備工藝上：傳統(tǒng)陶瓷以窯爐為主；新型陶瓷用真空燒結(jié)、氣氛燒結(jié)、熱壓、熱靜壓等手段實現(xiàn)。 在性能與用途上：在性能與用途上：傳統(tǒng)陶瓷體現(xiàn)日常應(yīng)用；新型陶瓷具有高強度、高硬度、耐磨、耐蝕、感應(yīng)性等特殊性能、使用在特殊場合,在高溫,機械電子計算機航天醫(yī)學工程廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：1、結(jié)合鍵一般為強的離子鍵和共價鍵；、結(jié)合鍵一般為強

30、的離子鍵和共價鍵；2、顯微組織的不均勻性和復雜性：、顯微組織的不均勻性和復雜性： 顯微組織由晶體相、玻璃相和氣相組成，各顯微組織由晶體相、玻璃相和氣相組成，各相量變化很大分布不均，陶瓷材料一旦燒結(jié)成型，相量變化很大分布不均，陶瓷材料一旦燒結(jié)成型，無法用冷熱加工工藝改變其顯微組織和結(jié)構(gòu)。無法用冷熱加工工藝改變其顯微組織和結(jié)構(gòu)。 煅燒：煅燒：去除雜質(zhì)，去除化學及物理吸附的水分、氣分、有機物等，去除雜質(zhì)，去除化學及物理吸附的水分、氣分、有機物等，從而提高純度、減少燒結(jié)收縮，提高合格率，同時形成穩(wěn)定結(jié)晶相。從而提高純度、減少燒結(jié)收縮，提高合格率，同時形成穩(wěn)定結(jié)晶相。如如-Al2O3- Al2O3。 混

31、合：混合：分為干混和濕混。可在球磨機、分為干混和濕混。可在球磨機、V形混料機、錐形混料機、形混料機、錐形混料機、酒桶式混料機、螺旋混料機等中進行。酒桶式混料機、螺旋混料機等中進行。 塑化：塑化：在物料中加入在物料中加入塑化劑塑化劑 使物料具有可塑性。使物料具有可塑性。 制粒：制粒：粉末過細時，流動性差，裝模容積大，不易壓制和充模，粉末過細時，流動性差，裝模容積大，不易壓制和充模，需制粒。分為普通制粒、壓塊制粒和噴霧制粒法。需制粒。分為普通制粒、壓塊制粒和噴霧制粒法。 懸?。簯腋。和ㄟ^控制漿料的通過控制漿料的PH值或通過有機表面活性物質(zhì)（阿拉伯樹值或通過有機表面活性物質(zhì)（阿拉伯樹膠、明膠、羧甲基

32、纖維素等）吸附的方法使瘠性料漿具有懸浮性。膠、明膠、羧甲基纖維素等）吸附的方法使瘠性料漿具有懸浮性。傳統(tǒng)注漿成型傳統(tǒng)注漿成型+有機化學理論有機化學理論 將陶瓷粉料分散于含有有機單體的將陶瓷粉料分散于含有有機單體的溶液中，制備成溶液中，制備成高固相體積分數(shù)的高固相體積分數(shù)的懸浮體懸浮體（大于（大于50%50%），然后注入一定），然后注入一定形狀的模具中，通過大分子形狀的模具中，通過大分子原位網(wǎng)原位網(wǎng)狀聚合狀聚合，粉體顆粒聚集，使單體形，粉體顆粒聚集，使單體形成負載陶瓷粉體的低粘度載體，通成負載陶瓷粉體的低粘度載體，通過交聯(lián)作用形成凝膠。過交聯(lián)作用形成凝膠。優(yōu)點：適合于大多數(shù)粉體，便于操作，成本低

33、。注凝成型工藝流程注凝成型工藝流程AlAl2 2O O3 3注漿成型工藝條件注漿成型工藝條件影響注凝成型主要因素：催化劑、引發(fā)劑用量；泥漿制影響注凝成型主要因素：催化劑、引發(fā)劑用量；泥漿制備時的分散劑和備時的分散劑和PHPH值。值。 注凝成型凝膠時間的決定因素：引發(fā)劑、催化劑用量注凝成型凝膠時間的決定因素：引發(fā)劑、催化劑用量以及制備過程的溫度。以及制備過程的溫度。 缺點：脫模工藝復雜，不適宜制作大尺寸部件。缺點：脫模工藝復雜，不適宜制作大尺寸部件。 陶瓷微粒在漿料中存在著兩種相互作用力：顆粒之陶瓷微粒在漿料中存在著兩種相互作用力：顆粒之間的范德華吸引力和由雙電層引起的斥力。間的范德華吸引力和由

34、雙電層引起的斥力。 受控的酶催化反應(yīng)來調(diào)節(jié)陶瓷漿料的受控的酶催化反應(yīng)來調(diào)節(jié)陶瓷漿料的PHPH值以及增加值以及增加電解質(zhì)濃度使雙電層電位接近于零，從而使高固相含量電解質(zhì)濃度使雙電層電位接近于零，從而使高固相含量的陶瓷漿料注模前反應(yīng)緩慢進行，漿料保持低粘度；注的陶瓷漿料注模前反應(yīng)緩慢進行，漿料保持低粘度；注模后反應(yīng)加快進行，漿料凝固，使流態(tài)的漿料轉(zhuǎn)變成固模后反應(yīng)加快進行，漿料凝固，使流態(tài)的漿料轉(zhuǎn)變成固態(tài)的坯體。態(tài)的坯體。 基本工藝：在高固含量、低強度漿料混合后加入催化劑，在注模后漿料凝固而生成濕而堅硬的素坯。 由于高固含量、低粘度的漿料有利于漿料中的氣泡排除和復雜形狀的澆注；漿料的固相含量影響成型

35、坯體的強度和密度。因而，DCC工藝過程關(guān)鍵有兩個：一是高固相含量漿料的工藝過程關(guān)鍵有兩個：一是高固相含量漿料的制備；二是酶催化凝固反應(yīng)的選擇和控制。制備；二是酶催化凝固反應(yīng)的選擇和控制。 研究表明，只有當固含量大于55(體積分數(shù))，凝固后的坯體才具有足夠的強度脫模，而相應(yīng)的粘度應(yīng)小于1Pas。現(xiàn)已可做到固含量的體積分數(shù)可大于60，甚至可大于70。 存在的問題存在的問題：uDCC工藝可以制備微觀結(jié)構(gòu)均勻的素坯，但強工藝可以制備微觀結(jié)構(gòu)均勻的素坯，但強度低；度低；u注凝成型雖然素坯強度高，但膠黏劑排除過程注凝成型雖然素坯強度高，但膠黏劑排除過程復雜，且有有害氣體排出。復雜，且有有害氣體排出。3.

36、新型陶瓷的燒結(jié)新型陶瓷的燒結(jié)3.1概述概述定義：定義：成型后的陶瓷坯體，通過加熱，使粉體顆粒產(chǎn)生粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)遷移，在低于熔點以下使粉末成型體變成致密、堅硬的燒結(jié)體的致密化過程成為燒結(jié)。意義：意義：燒結(jié)過程直接影響陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)晶粒及氣孔的尺寸與分布，進而對性能產(chǎn)生重要影響。燒結(jié)是賦予陶瓷各種特殊性能的關(guān)鍵工序。燒結(jié)是賦予陶瓷各種特殊性能的關(guān)鍵工序。 粉料粒度：理論上，粉料粒度越細活性越高，增加燒結(jié)推動力。 但粒度過細，氣孔難及時排除，最終密度反而較小；同時，過細的顆粒表面易吸附CO32-、NO3-、Cl- 、 OH-等離子，阻礙燒結(jié)；此外顆粒過細還引起二次結(jié)晶。一般，適宜的燒結(jié)起始粒度為0.

37、050.5微米。 燒結(jié)制度：包括溫度、氣氛與壓力制度包括溫度、氣氛與壓力制度。 外加劑的作用：外加劑的作用： 固相燒結(jié)：外加劑與主晶相形成固溶體，促進缺陷增加而加速燒結(jié)； 液相燒結(jié)：外加劑可改變液相性質(zhì)（粘度、成分）而促進燒結(jié)。 溫度制度：溫度制度：燒結(jié)溫度和保溫時間：高溫短時間燒結(jié)。燒結(jié)溫度和保溫時間：高溫短時間燒結(jié)。升溫速率和冷卻速率：慢速升溫，緩慢冷卻（急冷）。升溫速率和冷卻速率：慢速升溫，緩慢冷卻（急冷）。 氣氛制度：氣氛制度：燒結(jié)由陰離子擴散控制，還原氣氛有利；反之則氧化氣氛有利。燒結(jié)由陰離子擴散控制，還原氣氛有利；反之則氧化氣氛有利。閉口氣孔內(nèi)氣體原子尺寸越小越易擴散，氣孔越易消除

38、。閉口氣孔內(nèi)氣體原子尺寸越小越易擴散，氣孔越易消除。 成型壓力：成型壓力： 一定的壓力：可使陶瓷具有一定的形狀和強度；顆粒緊密接觸，一定的壓力：可使陶瓷具有一定的形狀和強度；顆粒緊密接觸，減小燒結(jié)時的擴散阻力。減小燒結(jié)時的擴散阻力。 但壓力過大：則超過塑性變形限度，易脆斷。但壓力過大：則超過塑性變形限度，易脆斷。 與燒結(jié)相形成固溶體；與燒結(jié)相形成固溶體； 與燒結(jié)相形成化合物；與燒結(jié)相形成化合物； 組織晶形轉(zhuǎn)變；組織晶形轉(zhuǎn)變； 與燒結(jié)相形成液相；與燒結(jié)相形成液相； 擴大燒結(jié)溫度范圍。擴大燒結(jié)溫度范圍。4.2 陶瓷的晶界工程陶瓷中包括晶粒相和晶界相。 細晶材料中，晶界對材料性能有極大影響。晶粒越細

39、，強度越高。細晶材料中，晶界對材料性能有極大影響。晶粒越細，強度越高。 晶界對陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的重要作用晶界對陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的重要作用 晶界的組成晶界的組成 晶界相設(shè)計及晶界性能的改善晶界相設(shè)計及晶界性能的改善 以氮化硅陶瓷為例：采用高熔點稀土氧化物作為燒結(jié)添加物，從而獲得高粘度、高熔點玻璃相高粘度、高熔點玻璃相以強化晶界；促使玻璃相析晶玻璃相析晶，提高晶界相耐火度；氧化擴散，改變晶界組成；晶界的凈化改變晶界組成；晶界的凈化等。以纖維（或晶須）增強和增韌陶瓷為例：以纖維（或晶須）增強和增韌陶瓷為例： 陶瓷斷裂：陶瓷斷裂：基體開裂基體開裂基體裂紋逐漸增加（裂紋基體裂紋逐漸增加（裂紋尖端遇到纖維時，引起

40、纖維與基體解離，減緩應(yīng)力集中尖端遇到纖維時，引起纖維與基體解離，減緩應(yīng)力集中甚至終止裂紋擴展）甚至終止裂紋擴展）纖維斷裂或解離纖維斷裂或解離纖維與基纖維與基體解離體解離纖維從基體中拔出（能量消耗最大）纖維從基體中拔出（能量消耗最大）。 晶須增韌晶須增韌需控制晶須的膨脹系數(shù)（基需控制晶須的膨脹系數(shù)（基晶須）、尺寸晶須）、尺寸（半徑小于臨界半徑）、化學結(jié)合（涂層）、分散性（半徑小于臨界半徑）、化學結(jié)合（涂層）、分散性（不團聚）和疊加效應(yīng)（拔出（不團聚）和疊加效應(yīng)（拔出+ +相變相變+ +微裂紋微裂紋+ +塑性變形）。塑性變形）。1.2 晶體的形成方式晶體的形成方式（1 1）由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵海┯梢?/p>

41、相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵?從熔體中結(jié)晶：當熔體溫度低于熔點時，晶體開始析出。從熔體中結(jié)晶：當熔體溫度低于熔點時，晶體開始析出。 從溶液中結(jié)晶：當溶液達到過飽和時，析出晶體，方式有：溫度降低、水分蒸發(fā)和化學反應(yīng)生成難溶物質(zhì)。（2）由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w：條件是有足夠低的蒸氣壓，如雪花就是由水蒸氣冷卻直接結(jié)晶成的晶體。 （3 3）由固相再結(jié)晶為固相，稱為再結(jié)晶作用：）由固相再結(jié)晶為固相，稱為再結(jié)晶作用：1 1）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變：某種晶體，在熱力學條件改）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變：某種晶體，在熱力學條件改變時轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體。它們在轉(zhuǎn)變前后的變時轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體。它們在轉(zhuǎn)變前后的成分相同，但是晶體結(jié)構(gòu)不同，如石英。成分相同，但是晶

42、體結(jié)構(gòu)不同，如石英。2 2）原礦物晶體顆粒變大：如細粒方解石組成的）原礦物晶體顆粒變大：如細粒方解石組成的石灰?guī)r再結(jié)晶成為粗粒方解石晶體組成的大石灰?guī)r再結(jié)晶成為粗粒方解石晶體組成的大理石。理石。3 3）固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶：如玻璃向晶體轉(zhuǎn)變等。）固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶：如玻璃向晶體轉(zhuǎn)變等。 4.5.1 氣相生長氣相生長包括：物理氣相沉積包括：物理氣相沉積(升華升華-凝結(jié)凝結(jié)法、分子束外延法、離子束法、分子束外延法、離子束沉積法沉積法)、化學氣相沉積和氣、化學氣相沉積和氣-液液-固生長法。固生長法。（1）升華）升華-凝結(jié)法凝結(jié)法 將多晶原料經(jīng)氣相轉(zhuǎn)化為單晶。將多晶原料經(jīng)氣相轉(zhuǎn)化為單晶。適用于常溫下、蒸氣壓較高

43、的單質(zhì)適用于常溫下、蒸氣壓較高的單質(zhì)和化合物，如和化合物，如As、Cd、Zn、ZnS、SiC。66（2） 制備金剛石薄膜制備金剛石薄膜CVD技術(shù)技術(shù) 金剛石薄膜的發(fā)展很快，金剛石薄膜的發(fā)展很快，有熱絲法、微波等離子體法、有熱絲法、微波等離子體法、直流等離子體噴射法等。直流等離子體噴射法等。微波等離子體微波等離子體CVDCVD技術(shù)：利用微波功技術(shù)：利用微波功率饋入激勵輝光放電，能在很寬的率饋入激勵輝光放電，能在很寬的氣壓范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，氣壓范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，其內(nèi)的電子密度高。其內(nèi)的電子密度高。67（3） 氣氣-液液-固固(VLS)生長法生長法 VLSVLS法是瓦格納和伊利法是瓦

44、格納和伊利斯斯6060年代發(fā)明的晶須生長年代發(fā)明的晶須生長技術(shù)，其特點是通過溶液技術(shù)，其特點是通過溶液媒介在氣相中析出固相。媒介在氣相中析出固相。將金粒置于單晶硅襯底上， 370形成低共熔合金， H2+SiCl4Si6850*400微米4.5.2 溶液生長溶液生長u基本原理：將原料基本原理：將原料( (溶質(zhì)溶質(zhì)) )溶解在溶劑中，采用適當措施造溶解在溶劑中，采用適當措施造成溶液的過飽和，使晶體在過飽和溶液的亞穩(wěn)區(qū)中生長。成溶液的過飽和，使晶體在過飽和溶液的亞穩(wěn)區(qū)中生長。使溶液保持亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，確保析出的溶質(zhì)在籽晶上成單晶，使溶液保持亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，確保析出的溶質(zhì)在籽晶上成單晶，避免出現(xiàn)自發(fā)單晶體；避免出

45、現(xiàn)自發(fā)單晶體；u特點：生長溫度低、粘度小、易生大塊、均勻、性能良好特點：生長溫度低、粘度小、易生大塊、均勻、性能良好的晶體；的晶體；u關(guān)鍵：是控制溶液過飽和度；關(guān)鍵：是控制溶液過飽和度；u手段：改變溫度、移去溶劑，控制化學反應(yīng)等方式；手段：改變溫度、移去溶劑，控制化學反應(yīng)等方式；u方法：凝膠法、水熱法和助熔劑生長法等。方法：凝膠法、水熱法和助熔劑生長法等。69（1）凝膠法凝膠法u原理：以凝膠作為擴散和支持介原理：以凝膠作為擴散和支持介質(zhì)，使一些在溶液中進行的反應(yīng)質(zhì)，使一些在溶液中進行的反應(yīng)在凝膠中緩慢進行，溶解度較小在凝膠中緩慢進行，溶解度較小的產(chǎn)物在在凝膠中析晶。的產(chǎn)物在在凝膠中析晶。u特點

46、：速度慢、尺寸小、使用不特點：速度慢、尺寸小、使用不廣，但和人體中結(jié)石形成的病理廣，但和人體中結(jié)石形成的病理相似。可作病理研究。相似?？勺鞑±硌芯俊適用對象，典型晶體：酒石酸鈣適用對象，典型晶體：酒石酸鈣70（2）水熱法）水熱法高溫高壓下水溶液溫差法高溫高壓下水溶液溫差法定義：定義：高溫高壓下，利用水溶液的高溫高壓下，利用水溶液的溫度梯度去溶解和結(jié)晶在通常條溫度梯度去溶解和結(jié)晶在通常條件下不溶于水的物質(zhì)。件下不溶于水的物質(zhì)。工藝：在高壓釜中，晶體原料工藝：在高壓釜中，晶體原料( (培養(yǎng)料培養(yǎng)料) )放在高溫處（底部），籽晶置于低放在高溫處（底部），籽晶置于低溫處（上部），釜內(nèi)中間填充溶劑，溫

47、處（上部），釜內(nèi)中間填充溶劑，由于上下溫差形成對流，將高溫下由于上下溫差形成對流，將高溫下的飽和溶液在生長區(qū)形成過飽和液的飽和溶液在生長區(qū)形成過飽和液而析晶。循環(huán)往復，晶體長大。而析晶。循環(huán)往復，晶體長大。71（3）助熔劑法）助熔劑法助熔劑法原理：助熔劑法原理：使結(jié)晶物質(zhì)在高溫使結(jié)晶物質(zhì)在高溫下溶解于低熔點助熔劑溶液內(nèi)，下溶解于低熔點助熔劑溶液內(nèi)，形成均勻的飽和溶液，保持一段形成均勻的飽和溶液，保持一段時間，再通過緩慢降溫，進入過時間，再通過緩慢降溫，進入過飽和狀態(tài)使晶體析出。飽和狀態(tài)使晶體析出。 類型：類型： 籽晶旋轉(zhuǎn)法；籽晶旋轉(zhuǎn)法； 頂部籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法；頂部籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法； 底部籽晶水冷法

48、；底部籽晶水冷法； 坩堝倒轉(zhuǎn)法及傾斜法。坩堝倒轉(zhuǎn)法及傾斜法。 72采用加速坩堝旋轉(zhuǎn)和底部加冷卻的技術(shù)助熔劑法生長晶體特點助熔劑法生長晶體特點u優(yōu)點：優(yōu)點：適用性很強，幾乎對所有材料，都能夠找到適當?shù)闹蹌瑥闹猩L單晶；適用性很強，幾乎對所有材料，都能夠找到適當?shù)闹蹌瑥闹猩L單晶； 生長溫度低，許多難熔化合物可長出完整單晶，可避免高的能源消耗等問題；生長溫度低，許多難熔化合物可長出完整單晶，可避免高的能源消耗等問題；助熔劑法可以在相變溫度以下生長晶體，可避免發(fā)生相變而產(chǎn)生得嚴重應(yīng)力；助熔劑法可以在相變溫度以下生長晶體，可避免發(fā)生相變而產(chǎn)生得嚴重應(yīng)力；生長出的晶體質(zhì)量好；生長出的晶體質(zhì)量好；

49、助熔劑法生長晶體的設(shè)備簡單，是一種很方便的晶體生長技術(shù)。助熔劑法生長晶體的設(shè)備簡單，是一種很方便的晶體生長技術(shù)。u缺點：缺點：生長速度慢，生長周期長。生長速度慢，生長周期長。 晶體尺寸較小。晶體尺寸較小。 坩堝和助熔劑對合成晶體有污染。坩堝和助熔劑對合成晶體有污染。 許多助熔劑具有不同程度的毒性，其揮發(fā)物常腐蝕或污染爐體和環(huán)境。許多助熔劑具有不同程度的毒性，其揮發(fā)物常腐蝕或污染爐體和環(huán)境。734.5.3 熔體生長熔體生長 從熔體中長晶體是目前所有長晶體方法中用得最多最重要的一從熔體中長晶體是目前所有長晶體方法中用得最多最重要的一種，現(xiàn)代電子、光電子技術(shù)中所需的單晶材料如種，現(xiàn)代電子、光電子技術(shù)

50、中所需的單晶材料如SiSi、LiNbOLiNbO3 3、BGOBGO、Nd Nd 、YAG YAG 、AlAl2 2O O3 3都用此法。都用此法。u原理：將結(jié)晶物質(zhì)加熱到熔點以上熔化、在一定溫度梯原理：將結(jié)晶物質(zhì)加熱到熔點以上熔化、在一定溫度梯度下進行冷卻、用各種方式緩慢移動固液界面，使熔體度下進行冷卻、用各種方式緩慢移動固液界面，使熔體逐漸凝固成晶體。逐漸凝固成晶體。u 特點：長晶體過程中不是質(zhì)量輸運而是熱量輸運，結(jié)晶驅(qū)動力是過特點：長晶體過程中不是質(zhì)量輸運而是熱量輸運，結(jié)晶驅(qū)動力是過冷度而不是過飽和度；結(jié)晶釋放的潛熱只能通過生長著的晶體輸運冷度而不是過飽和度；結(jié)晶釋放的潛熱只能通過生長著的晶體輸運出；固體熱量傳輸過程遠較通過擴散質(zhì)量傳輸過程快，熔體生長速出；固體熱量傳輸過程遠較通過擴散質(zhì)量傳輸過程快，熔體生長速度比溶液生長、助熔劑生長快得多。度比溶液生長、助熔劑生長快得多。74（1 1）晶體提拉法）晶體提拉法 原料在坩堝中加熱熔化，原料在坩堝中加熱熔化，引入籽晶引入籽晶( (裝在一根可從旋轉(zhuǎn)裝在一根可從旋轉(zhuǎn)和升降且可通水冷卻的提拉桿和升降且可通水冷卻的提拉桿上上) )、緩慢向上提拉和轉(zhuǎn)動，、緩慢向上提