材料合成與制備考試題答案

1、- - -一名詞解釋1共沉淀法沉淀法通常是在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合液中加人適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽淝膀?qū)體沉淀物,再將沉淀物進行干燥或鍛燒，從而制得相應(yīng)的粉體顆粒。共沉淀法是指在溶液中含有兩種或多種陽離子，它們以均相存在于溶液中，加入沉淀劑，經(jīng)沉淀反應(yīng)后，可得到各種成分的均一的沉淀，它是制備含有兩種或兩種以上金屬元素的復(fù)合氧化物超細粉體的重要方法。2水熱合成法水熱與溶劑熱合成：在一定溫度（1001000C）和壓力（1100MPa）條件下，利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進行的合成。在亞臨界和超臨界水熱條件下,由于反應(yīng)處于分子水平,反應(yīng)性提高,因而水熱反應(yīng)可以替代某些高溫固相反應(yīng)。又由于水熱

2、反應(yīng)的均相成核及非均相成核機理與固相反應(yīng)的擴散機制不同,因而可以創(chuàng)造出其它方法無法制備的新化合物和新材料。它的優(yōu)點：所的產(chǎn)物純度高，分散性好、粒度易控制。3化學(xué)氣相沉積氣相沉積：利用氣態(tài)或蒸氣態(tài)的物質(zhì)在氣相或氣固界面上反應(yīng)生成固態(tài)沉積物的一類技術(shù)物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，簡稱PVD）：物理氣相沉積是通過蒸發(fā)，電離或濺射等過程，產(chǎn)生金屬粒子并與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物沉積在工件表面。物理氣象沉積方法有真空鍍，真空濺射和離子鍍?nèi)N，目前應(yīng)用較廣的是離子鍍。如真空蒸發(fā)法、濺射法、離子鍍等“物理氣相沉積”通常指滿足下面三個步驟的一類薄膜生長技術(shù):A所生長的材料以物理的

3、方式由固體轉(zhuǎn)化為氣體B生長材料的蒸汽經(jīng)過一個低壓區(qū)域到達襯底C蒸汽在襯底表明上凝結(jié)，形成薄膜化學(xué)氣相沉積（Chemicalvapordeposition，簡稱CVD）是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程。（一種或數(shù)種反應(yīng)氣體在熱、激光、等離子體等作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)析出超微粉的方法）。4OstwaldRipeningOstwaldripening是一種材料生長的機理，簡單點說就是材料從分子階段開始，首先形成一定尺寸的晶核,然后所有的分子都依附于晶核生長，這個階段不會再形成新的晶核了，只是晶核生長的

4、越來越大，就是“從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程首先要成核，然后生長，這個過程叫晶粒的成核長大。晶粒內(nèi)分子、原子都是有規(guī)則地排列的，所以一個晶粒就是單晶”6燒結(jié)末或壓坯粉在低于主要組分熔點溫度下加熱，使顆粒間產(chǎn)生連接，以提咼制品性能的方法。1、宏觀定義在咼溫下（低于熔點），陶瓷牛坯固體顆粒的相互鍵聯(lián),晶粒長大，空隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為具有某種顯微結(jié)構(gòu)的致密多晶燒結(jié)體，這種現(xiàn)象稱為燒結(jié)。微觀定義：固態(tài)中分子（或原子）間存在互相吸引，通過加熱使質(zhì)點獲得足夠的能量進行遷移，使粉末體產(chǎn)生顆粒黏結(jié)，產(chǎn)生強度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程稱為燒結(jié)。粉體材料成型后，用熱

5、、微波等方式將其燒結(jié)成固體材料。對陶瓷生坯進行咼溫焙燒，使之發(fā)生質(zhì)變成為陶瓷產(chǎn)品的過程，也稱燒結(jié)。目的是去除坯體內(nèi)所含溶劑、粘結(jié)劑、增塑劑等，并減少坯體中的氣孔，增強顆粒間的結(jié)合強度。7OrientedattachmentripeningBanfiled又提出了一種新的晶體生長機制也能形成單晶結(jié)構(gòu)，orientedattachment,多個取向不一致的單晶納米顆，通過粒子的旋轉(zhuǎn)，使得晶格取向一致，向后通過定向附著生長（oreintedattachment）使這些小單晶生長成為一個大單晶，當(dāng)然定向附著的過程出難免會出現(xiàn)一些位錯和缺陷，這種生長機理形成的單晶的特點同Ostwaldripening不

6、同，OR形成的單晶大多是規(guī)則的，給材料本身晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)，而OA形成的單晶結(jié)構(gòu)在形貌上則沒有限制，任何形狀和結(jié)構(gòu)的單晶材料都能通過此機理形成。9真空“真空”是指在指定的空間內(nèi)壓力低于101325Pa的氣體狀態(tài)。“真空度”用來表示真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，通常用壓力表示。壓力的單位過去一般用“托”（Torr）表示，是為紀念Torricelli而命名的，現(xiàn)在規(guī)定用國際單位制中的壓力單位，即帕斯卡（Pa）表示。10介電常數(shù)或介電常數(shù)又叫介質(zhì)常數(shù)，介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)，以字母8表示，單位為法/米（F/m）定義為電位移D和電場強度E之比，8=D/E。（描述分子被電場極化的能力，

7、也可以認為是樣品阻止微波能通過能力的量度）Langmuir-Blodgett制膜法Langmuir-Blodgett建立的一種單分子膜制備技術(shù)：在水一氣界面上將不溶解分子加以緊密有序排列，形成單分子膜，然后再轉(zhuǎn)移到固體表面上的制膜技術(shù)。功能材料功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類咼科技領(lǐng)域的咼新技術(shù)材料。三、簡答題簡述玻璃脫色劑的種類和原理。脫色劑：用以減弱玻璃因鐵化合物等雜質(zhì)所引起的著色的物質(zhì)種類：主要有化學(xué)脫色劑和物力脫色劑兩種?；瘜W(xué)脫色劑：它主要起氧

8、化作用，使著色作用強烈的FeO（青綠色）氧化成Fe23（黃綠色），降低著色程度，增加透明度。常用的化學(xué)脫色劑為硝酸鹽，三氧化二砷、三氧化二銻、二氧化鈰、氟化物等。物理脫色劑：它能產(chǎn)生與綠色或黃綠色的互補色，從而起到消色作用。常用的物理脫色劑有硒和氧化鉆、二氧化錳、氧化鎳簡述水熱與溶劑熱合成化學(xué)的特點。由于反應(yīng)物反應(yīng)性能的改變、活性的提高，水熱與溶劑熱合成法有可能代替固相反應(yīng)以及難于進行的合成反應(yīng)，并產(chǎn)生一系列新的合成方法。由于中間態(tài)、介穩(wěn)態(tài)以及特殊物相易于生成，因此能合成特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)的新合成產(chǎn)物。能夠使低熔點化合物、高蒸氣壓且不能在融體中生成的物質(zhì)、高溫分解相在水熱與溶劑熱低溫條件

9、下晶化生成。水熱與溶劑熱的低溫、等壓、溶液條件，有利于生長極少缺陷、取向好、完美的晶體，且合成產(chǎn)物結(jié)晶度高以及易于控制產(chǎn)物晶體的粒度。由于易于調(diào)節(jié)水熱與溶劑熱條件下的環(huán)境氣氛，因而有利于低價態(tài)、中間價態(tài)與特殊價態(tài)化合物的生成，并能均勻地進行摻雜。簡述化學(xué)氣相沉積的特點。在中溫或高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而沉積固體；可以在大氣壓（常壓）或者低于大氣壓（低壓）下進行沉積。一般說低壓效果要好一些；采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進化學(xué)反應(yīng)，使沉積可在較低的溫度下進行；鍍層的化學(xué)成分可以改變，從而獲得梯度沉積物或者得到混和鍍層；可以控制鍍層的密度和純度；繞鍍性好，可在復(fù)雜形狀的

10、基體上以及顆粒材料上鍍制；氣流條件通常是層流的，在基體表面形成厚的邊界層；沉積層通常具有柱狀晶結(jié)構(gòu)，不耐歪曲。但通過各種技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)進行氣相擾動，可以得到細晶粒的等軸沉積層；可以形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物層。4什么是塑料薄膜的拉伸取向？簡述雙軸拉伸聚酯薄膜的生產(chǎn)工藝流。拉伸取向是對塑料薄膜施以外力，使聚合物松弛的長鏈沿力的作用方向得到伸長和取向，分子鏈沿外力場作用方向解纏、拉直、定向、結(jié)晶。分子鏈取向后，聚合物的物理、機械性能發(fā)生很大的變化，其性能大為改善。雙軸拉伸聚酯薄膜的生產(chǎn)工藝流程：1、厚片制造：擠出樹脂，在冷卻滾筒上急冷成厚片2、縱橫拉伸：進入縱拉伸機，把厚片縱拉到預(yù)定倍數(shù)；進

11、入橫拉伸機，橫拉到預(yù)定倍數(shù)。3、切邊收卷：切邊、收卷得成品簡述冷凍干燥法制備材料的特點和步驟。冷凍干燥法的特點：鹽的水溶液易配制，與沉淀相比，由于不添加沉淀劑，可避免雜質(zhì)的混入。因為冷凍的液滴中仍保存著溶液中的離子混合狀態(tài)，所以組成不發(fā)生分離，可實現(xiàn)原子級的完全混合。用冷凍干燥法制備無水鹽的工藝簡單，此無水鹽的熱分解溫度與其他方法制備的無水鹽相比要低得多，還可避免水合鹽溶化的問題。用冷凍干燥法能得到多孔質(zhì)粉體，熱分解時氣體放出容易，利用流動床煅燒時，氣體透過性好。用該法得到微粒子的大小為0.10.5um冷凍干燥法的步驟：首先要配制成所要求濃度的鹽水溶液。用玻璃制噴嘴把配好的鹽水溶液噴射到被致冷

12、劑冷卻的冷浴中，急速冷凍。把冷凍物放入預(yù)先冷卻的燒瓶中，迅速接入真空系統(tǒng)。邊冷凍，邊減壓排氣，隨即加熱，使冰升華。冷凍干燥物在一定溫度下進行煅燒熱分解，即得到所要求的化合物粉末。粘土質(zhì)耐1硅酸鹽水泥的主要生產(chǎn)原料有那些，畫出其生產(chǎn)工藝流程圖。生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要是石灰質(zhì)和粘土質(zhì)兩類原料。為了補充鐵質(zhì)及改善煅燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。7.建筑陶瓷的基本制造工藝流程圖】葉十圖土施軸點慚）|蘇撓后加匸i滋莎贏簡述分子束外延制備納米薄膜的特點分子束外延基本原理：在超高真空的條件下利用Kunsen蒸發(fā)器中的蒸發(fā)出的分子束或原子束在真空室中不受碰撞直接沉積在襯底表面，沿著原來襯底的晶格方向進

13、行生長的一種方法。該法生長溫度低，能嚴格控制外延層的層厚組分和摻雜濃度，但系統(tǒng)復(fù)雜，生長速度慢，生長面積也受到一定限制。特點：（1）生長速率極慢，每秒110埃，因而可以生長極薄而厚度均勻的外延層，實際上是一種原子級的加工技術(shù)；（2）外延生長的溫度低，可以避免襯底與外延層間的雜質(zhì)在擴散，而獲得雜質(zhì)濃度分布異常陡峭pn結(jié)，同時又避免通常在高溫下產(chǎn)生的熱缺陷；（3）生長是在超高真空中進行的，襯底表面經(jīng)過處理可成為完全清潔的，在外延過程中可避免沾污，因而能生長出質(zhì)量極好的外延層。在分子束外延裝置中，一般還附有用以檢測表面結(jié)構(gòu)、成分和真空殘余氣體的儀器，可以隨時監(jiān)控外延層的成分和結(jié)構(gòu)的完整性。簡述材料的

14、納米效應(yīng)。納米效應(yīng)就是指納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，以及其特有的效應(yīng)：表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)：由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。在熔點，磁性，熱阻，電學(xué)性能，光學(xué)性能，化學(xué)活性和催化性等都較大尺度顆粒發(fā)生了變化，產(chǎn)生一系列奇特的性質(zhì)。表面與界面效應(yīng)：隨著顆粒的直徑的減小，表面積和比表面積都將會顯著地增大，表面原子數(shù)也將迅速增加。表面原子具有高的活性，且極不穩(wěn)定，它們很容易與外來的原子相結(jié)合,形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。量子尺寸

15、效應(yīng)：當(dāng)粒子尺寸下降到最低值時，費米能級附近的電子能級會由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級。納米微粒的聲、光、電、磁、熱以及超導(dǎo)性與宏觀特性有著顯著的不同，這被稱為量子尺寸效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)：隧道效應(yīng)是指微觀粒子具有貫穿勢壘的能力，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，如磁化強度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效應(yīng)，稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。四、論述題與金屬相比，玻璃鋼有那些優(yōu)缺點？一、優(yōu)點輕質(zhì)高強玻璃鋼的比重只有1.42.0,即只有普通鋼材的1/41/6,比鋁還要輕約1/3,而機械強度卻能達到或超過普通碳鋼的水平。優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕玻璃鋼不導(dǎo)電，在電解質(zhì)镕液里不會有離子溶解出來。因而對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽等介質(zhì)有

16、良好的化學(xué)穩(wěn)定性,特別在強的非氧化性酸和相當(dāng)廣泛的pH值范圍內(nèi)的介質(zhì)中都有著良好的適應(yīng)性。優(yōu)良的電性能玻璃鋼是一種優(yōu)良的電絕緣材料，用玻璃鋼制造的設(shè)備不存在電化學(xué)腐蝕和雜散電流腐蝕，可廣泛用于制造儀表、電機及電器中的絕緣零部件，以提高電氣設(shè)備的可靠性并延長其使用壽命，此外玻璃鋼在高頻作用下有著良好的介電性和微波透過性。是制造多種雷達罩等高頻絕緣產(chǎn)品的優(yōu)良材料。良好的隔熱性能導(dǎo)熱系數(shù)只有金屬的1/1001/1000,用作良好的隔熱材料和瞬時耐高溫材料。良好的表面性能玻璃鋼一般和化學(xué)介質(zhì)接觸時表面很少有腐蝕產(chǎn)物，也很少結(jié)垢，因此用玻璃鋼管道輸送流體，管道內(nèi)阻力很小，摩擦系數(shù)也較低，可有效地節(jié)省動力

17、；此外，玻璃鋼設(shè)備一般不會生成金屬離子污染介質(zhì)?？稍O(shè)計性好玻璃鋼是一種可以改變其原料的種類、數(shù)量比例和排列方式，以適應(yīng)各種不同要求的復(fù)合材料。良好的施工工藝性未固化前的熱固性樹脂和玻璃纖維組成的材料具有改變形狀的能力，通過不同的成型方法和模具，可以方便地加工成所需要的任何形狀。二、缺點同金屬相比，玻璃鋼的彈性模量較低；不適合做軸承長期耐溫性一般在l00C以下，個別可達到150C左右，低于金屬和無機材料對溶劑和強氧化性介質(zhì)的耐蝕性也較差。3.論述高爐冶煉的特點、爐渣的成分和作用。高爐冶煉的特點：高爐冶煉是在爐料與煤氣流逆向運動過程中完成各種錯綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的，爐內(nèi)主要是還原性氣氛。高

18、爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無法直接觀察到反應(yīng)過程的狀。只能憑借儀器儀表間接觀察爐內(nèi)狀況。高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機械化和自動化水平較高。高爐爐渣的主要成分是Si、Al、Ca、Mg、Mn、Fe的氧化物和CaS等，冶煉特殊礦石時，渣中還含有叫、叫等。作用：(1)分離渣鐵。有良好流動性，能順利排出。具有足夠的脫硫能力。調(diào)整生鐵成分。保護爐襯。有較高熔點的爐渣，易附著于爐襯上，形成“渣皮”，保護爐襯，維持生產(chǎn)。圖示濺射過程的物理模型。它是利用荷能粒子轟擊靶材表面，從靶面上濺射出粒子，粒子飛行到對面的襯底上沉積得到薄膜圖示Sol-Gel法制備納米顆粒的過程。一般是先

19、用金屬無機鹽或金屬醇鹽在一定的溶劑中超過慢速水解的方法制備成膠體溶液，再通過浸涂法或旋涂法等在襯底上制備形成薄膜，溶膠法制備薄膜。粒- -簡述陶瓷注漿坯料中陳腐的作用。1通過毛細管的作用使泥料中水分更加均勻分布。2粘土顆粒充分水化和離子交換；一些硅酸鹽礦物（如白云母、綠泥石和末風(fēng)化的長石等）長期與水接觸發(fā)生水解轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩廖镔|(zhì)，從而提高可塑性。3增加腐植酸物質(zhì)的含量，改善泥料肋成型性能。4發(fā)生一些氧化與還原反應(yīng)，使泥料松散而均勻。簡述玻璃脫色劑的種類和原理。用以減弱玻璃因鐵化合物等雜質(zhì)所引起的著色的物質(zhì)化學(xué)脫色劑：它主要起氧化作用，使著色作用強烈的FeO（青綠色）氧化成Fe203（黃綠色），降低

20、著色程度，增加透明度。常用的化學(xué)脫色劑為硝酸鹽，三氧化二砷、三氧化二銻、二氧化鈰、氟化物等。物理脫色劑：它能產(chǎn)生與綠色或黃綠色的互補色，從而起到消色作用。常用的物理脫色劑有硒和氧化鈷、二氧化錳、氧化鎳物理脫色劑的使用必須很謹慎，因為它本身就是著色劑，使用不當(dāng)會適得其反。綜述一種材料的合成（制備）原理、設(shè)備、工藝及應(yīng)用。要求字數(shù)300-600、條理清晰。干混砂漿是將水泥、砂、礦物摻合料和功能性添加劑按一定比例，在專業(yè)生產(chǎn)廠于干燥狀態(tài)下攪拌均勻，混合成的一種顆粒狀或粉狀狀態(tài)的混合物，然后以干粉包裝的形式運至工地，按規(guī)定比例加水拌合后即可直接使用的干粉砂漿材料。最基本的均含有膠凝材料、骨料和外加劑。

21、膠凝材料包括無機膠凝材料如水泥、石灰、石膏等,有機膠凝材料如再分散乳膠粉和水溶性聚乙烯醇等。干混砂漿的性能取決于其組成。干混砂漿的無機膠凝材料和有機膠凝材料主要起膠結(jié)作用。骨料主要起骨架作用（有時利用其裝飾效果）,礦物外加劑主要改善砂漿工作性,兩者對體積穩(wěn)定性均有重要作用?；瘜W(xué)外加劑主要是改善新拌砂漿的物理性能,但他們對砂漿硬化后的性能也有重要作用。化學(xué)外加劑常是一些粉末狀的高分子聚合物,包括保水劑、增塑劑、引氣劑、消泡劑、調(diào)凝劑、憎水劑等。工藝設(shè)備1干混砂漿生產(chǎn)工藝流程干混砂漿的生產(chǎn)過程主要有：砂預(yù)處理包括采石場破碎、干燥（碾磨）、篩分、儲存（河砂則只須干燥、篩分、然后儲存），砂倉儲，膠結(jié)料

22、、填料以及添加劑的倉儲，配料計量稱重，高效均勻混合，成品料的包裝或散裝。塔式工藝布局:將所有預(yù)處理好的原料提升到原料筒倉頂部，原材料依靠自身的重力從料倉中流出，經(jīng)電腦配料、螺旋輸送計量、混合再到包裝機包裝成袋或散裝入散裝車或入成品倉儲存等工序后成為最終產(chǎn)品，全部生產(chǎn)由中央電腦控制系統(tǒng)操作。1砂預(yù)處理配置干混砂漿主要成分是砂，而砂的含水率變化范圍大，因此必須對原始砂進行含水率測定、干燥、篩分。1）干砂設(shè)備原砂的干燥采用干砂機，目前干砂機主要振動流化床式和機械滾筒式。2）干砂分級篩分機目前主要有投影式振動篩分機與水平式篩分機。3）干砂的輸送干砂的輸送一般采用斗式提升機或皮帶運輸機。2物料的儲存和上

23、料水泥、石灰粉等填充料必須儲存于密封的筒倉內(nèi)，一般采用氣力輸送設(shè)備和螺旋排料系統(tǒng)送入筒倉。由控制系統(tǒng)自動按配方要求配料，且保證連續(xù)供料。也可以人工稱量后，直接投入混合機中使用配料計量配料配料計量可采用精確的電子稱和先進的微機控制，并具有落差跟蹤、稱量誤差自動補償、故障診斷等功能?；旌蠑嚢杌旌蠙C有無重力雙軸槳葉混合機、臥式螺帶混合機、犁刀式混合機?；旌蠙C性能：高混合均勻度，高混合效率；卸料速度快；無殘余卸料；能耗低；更有效地配置高速刀片，高效地混合纖維和顏料包裝、散裝系統(tǒng)成品干混砂漿可用包裝機包裝，也可放入散裝筒倉或?qū)Ｓ蒙⒀b運輸罐車。應(yīng)用2.1普通干混砂漿1）普通抹灰砂漿。主要用于墻面打底、找平和滿足一般飾面要求,要解