中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 晶体材料制备原理与技术是综合应用物理、化学、物理化学、晶体化学、材料测试与表征等先修课程所学知识的应用型专业课程，主要讲授晶体材料制备过程的基本原理和典型的晶体材料制备技术，为学生从事晶体材料制备工作提供理论基础和技术基础。 2.设计思路： 晶体材料是高新技术不可或缺的重要材料，晶体材料制备是材料科学与工程专业相关的重要生产领域。作为一门以拓展学生知识面为目的的选修课程，本课程分为三大部分：首先介绍典型的晶体材料制备方法和技术，通过课下查阅资料和课堂讨论加深学生对常见方法和技术的理解。此部分教师讲解和学生课堂讨论并重。然后介绍晶体材料制备过程中的一般原理，此部分主要由教师进行课堂讲授。最后，由学生自主查阅晶体材料制备最新文献，了解晶体材料制备技术最新进展，通过课下研读、课上汇报、讨论、教师点评等教学活动，加深学生对本课程中所学知识的理解及相关知识的综合运用。 - 3 -
3. 课程与其他课程的关系： 晶体材料制备原理与技术是综合应用物理、化学、物理化学、晶体化学、材料测试与表征等先修课程所学知识的应用型专业课程，是材料制备与合成工艺课程相关内容的细化和深入。 二、课程目标 本课程的目标是拓宽材料科学与工程专业学生的知识面，掌握晶体材料制备一般原理，了解晶体材料制备常见技术，加深对物理、化学、晶体化学以及材料表征等先修课程知识的理解，加强文献检索能力，学会分析晶体材料制备中遇到的问题，提高解决生产问题的能力，为毕业后从事晶体材料制备等生产和研究工作打下基础。 三、学习要求 晶体材料制备原理与技术是一门综合了物理、化学、物理化学、晶体化学、材料测试与表征等多学科知识的综合性课程。为达到良好的学习效果，要求学生：及时复习先修课程相关内容，按时上课,上课认真听讲，积极查阅资料，积极参与课堂讨论。本课程将包含较多的资料查阅、汇报、讨论等课堂活动。 四、教学进度 - 3 -
材料成型工艺 （Material Molding Process） 课程代码：（07310060） 学分：6 学时：90（其中：讲课学时78：实验学时：12） 先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础 适用专业与培养计划：材料成型及控制工程专业2012年修订版培养计划 教材：《金属材料液态成型工艺》、贾志宏主编、化学工业出版社、第一版； 《金属材料焊接工艺》、雷玉成主编、化学工业出版社、第一版； 《冲压工艺与模具设计》、姜奎华主编、机械工业出版社、第一版开课学院：材料科学与工程学院 课程网站：（选填） 一、课程性质与教学目标 （一）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献） 《材料成型工艺》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一。该课程主要任务是学习液态成型、塑性成型及焊接成型的工艺原理、方法、特点、质量影响因素及其规律、质量控制、适用范围等。学习过程中侧重于实际经验、工程技术及其理论知识的综合应用。通过系统学习，在掌握成型工艺过程基本规律及其物理本质的基础上，学生能够根据不同的零件需求，灵活选择和全面分析成型工艺、完成合理的工艺设计；同时，针对成型过程中出现的质量问题进行科学分析，找到解决措施，消除和减少工件质量缺陷； 本课程以数学、物理、化学、物理化学、力学、金属学与热处理、材料成型原理等作为理论基础，主要应用物理冶金、化学冶金、成形力学理论，系统阐述金属材料成型工艺过程的相关现象及其影响因素、规律、形成机制；同时，还汇总了大量的工程技术经验和实用技术。 通过本课程的学习，可以为材料成型工艺课程设计、金属综合性实验、毕业设计等后续课程学习奠定必要的基础知识。 （二）课程目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合并写） 1. 掌握铸造成型、冲压成型和焊接成型工艺过程所涉及的主要物理原理； 2. 掌握各种成型方法的工艺特点及应用范围，能够根据实际产品需要选择高效、优质低成本的成型工艺方法；
平均自由程：气体分子在两次碰撞的时间里走过的平均距离。（λ=1 nπd ）。 气体分子通量：气体分子对单位面积表面的碰撞频率，也即 单位面积上气体分子的通量。（Φ=nv a 4=N a p 2πMRT 此结果又称为 克努森方程） 流导：真空管路中气体的通过能力。 真空泵的抽速：定义，S p=Q p p为真空泵入口处的气体压力，Q为单位时间内通过真空泵入口的气体流量。 Pvd：利用某物理过程，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。 Cvd：利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。 在完整的单晶衬底上延续生长单晶薄膜的方法被称为外延生长。 旋片式机械真空泵、罗茨泵以及涡轮分子泵是机械式气体输运泵的典型例子，而油扩散泵则属于气流式气体输运泵。捕获式真空泵包括低温吸附泵、溅射离子泵等。 电偶规、电阻规（皮拉尼规）原理：以气体的热导率随气体的压力变化为基础而设计。缺点：在测量区间内指示值呈非线性，测量结果与气体种类有关，零点漂移严重。优点：结构简单，使用方便。 真空体系的构成：真空室、测量室、阀门……
阴影效应：蒸发出来的物质将被障碍物阻挡而不能沉积到衬底上。害处：破坏薄膜沉积的均匀性、受到蒸发源方向性限制，造成某些位置没有物质沉积。利用：目的性使用一定形状的掩膜，实现薄膜选择性的沉积。 单质、化合物蒸发存在的问题及解决：成分偏差，易于蒸发的组元优先蒸发将造成该组元的不断贫化，进而蒸发率不断下降。解决;1,使用较多的物质作为蒸发源，即尽量减少组元成分的相对变化率。2，向蒸发源不断少量添加被蒸发物质（使物质组元得到瞬间同步蒸发）3，利用加热至不同温度的双蒸发源或多蒸发源的方法，分别控制和调节每个组元的蒸发速率。 蒸发沉积纯度取决于：1蒸发源物质的纯度2加热装置，坩埚等可能造成的污染3真空系统中的残留气体。 电子束蒸发装置：电阻加热装置有来自坩埚，加热元件以及各种支撑部件可能的污染，其热功率及温度也有一定的限制，不适合高纯度或难熔物质的蒸发。电子束蒸发发可以克服。缺点：电子束的绝大部分能量被坩埚的水冷系统带走，其热效率较低。过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的热辐射 等离子体：一种电离气体，是离子、电子和高能粒子的集合，整体显中性。它是一种由带电粒子组成的电离状态，亦称为物质的第四态。
陶瓷大学材料成型原理题库 热传导：在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生相对位移而仅依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动来传递热量。热对流：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 热辐射：是物质由于本身温度的原因激发产生电磁波而被另一低温物体吸收后,又重新全部或部分地转变为热能的过程。 均质形核：晶核在一个体系内均匀地分布 凝固：物质由液相转变为固相的过程 过冷度：所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值 成分过冷：这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷 偏析：合金在凝固过程中发生化学成分不均匀现象 残余应力：是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力 定向凝固原则：定向凝固原则是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。 屈服准则：是塑性力学基本方程之一，是判断材料从弹性进入塑性状态的判据 简单加载;在加载过程中各个应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变 滑移线：塑性变形金属表面所呈现的由滑移所形成的条纹 本构关系;应力与应变之间的关系 弥散强化：指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段 最小阻力定律：塑性变形体内有可能沿不同方向流动的质点只选择阻力最小方向流动的规律 边界摩擦：单分子膜润滑状态下的摩擦 变质处理：在液态金属中添加少量的物质，以改善晶粒形核绿的工艺 孕育处理;抑制柱状晶生长，达到细化晶粒，改善宏观组织的工艺 真实应力：单向拉伸或压缩时作用在试样瞬时横截面上是实际应力 热塑性变形:金属再结晶温度以上的变形 塑性：指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力 塑性加工：使金属在外力作用下产生塑性变形并获得所需形状的一种加工工艺 相变应力：金属在凝固后冷却过程中产生相变而带来的0应力 变形抗力：反应材料抵抗变形的能力 超塑性: 材料在一定内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变应力，异常高的流变性能的现象
材料连接原理与工艺复习大纲 一、熔化焊连接原理 1、熔化焊是最基本的焊接方法，根据焊接能源的不同，熔化焊可分为电弧焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊和等离子焊等。 2、获得良好接头的条件：合适的热源、良好的熔池保护、焊缝填充金属。 3、理想的焊接热源应具有：加热面积小、功率密度高、加热温度高等特点。 4、焊件所吸收的热量分为两部分：一部分用于熔化金属而形成焊缝；另一部分使母材近缝区温度升高，形成热影响区。 5、热能传递的基本方式是传导、对流和辐射，焊接温度场的研究是以热传导为主，适当考虑对流和辐射的作用。熔化焊温度场中热能作用有集中性和瞬时性。 6、当恒定功率的热源作用在一定尺寸的焊件上并作匀速直线运动时，经过一段时间后，焊件传热达到饱和状态，温度场会达到暂时稳定状态，并可随热源以同样速度移动，这样的温度场称为准温度场。 7、在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。决定焊接热循环的基本参数有四个：加热速度、最高加热温度、在相变温度以上的停留时间和冷却速度。常用某温度范围内的冷却时间来表示冷却速度，冷却速度是决定热影响区组织和性能的最重要参数。 8、焊接热循环的影响因素：材质、接头形状尺寸、焊道长度、预热温度和线能量。 9、正常焊接时，焊条金属的平均熔化速度与焊接电流成正比。 10、熔滴：焊条端部熔化形成滴状液态金属。药皮焊条焊接时熔滴过渡有三种形式：短路过渡、颗粒过渡和附壁过渡。其中碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。 11、药皮溶化后的熔渣向熔池过渡形式：①薄膜形式,包在熔滴外面或夹在熔滴内；②直接从焊条端部流入熔池或滴状落入。 12、熔池形成： ①熔池为半椭球，焊接电流I、焊接电压U与熔池宽度B和熔池深度H的关系：I↑，H↑，B↓；U↑，H↓，B ↑。 ②熔池温度不均匀，熔池中部温度最高，其次为头部和尾部。 ③焊接工艺参数、焊接材料的成分、电极直径及其倾斜角度等都对熔 池中的运动状态有很大的影响。 ④为提高焊缝金属质量，必须尽量减少焊缝金属中有害杂质的含量和 有益合金元素的损失，因此要对熔池进行保护。保护方式：熔渣保护、 气体保护、熔渣气体联合保护、真空保护和自保护。 13、熔化焊焊接接头的形成过程：焊接热过程、焊接化学冶金过程和 熔池凝固和相变过程。 14、在一定范围内发生组织和性能变化的区域称为热影响区或近缝区。故焊接接头主要由焊缝和热影响区构成，其间窄的过渡区称为熔合区。如下图所示： 1——焊缝区（熔化区） 2——熔合区（半熔化区） 3——热影响区 4——母材 15、熔化焊接头形式：对接、角接、丁字接和搭接接头等。待焊部位预先加工成一定形状，称为坡口加工。 16、熔合比：局部熔化母材在焊缝金属中的比例。用来计算焊缝的化学成分。 17、金属的可焊性属于工艺性能，是指被焊金属材料在一定条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括接合性能和使用性能。金属的可焊性主要与下列因素有关：①材料本身的成分组织；②焊接方法；③焊接工艺条件。 18、焊接热过程贯穿整个焊接过程，对焊接接头的形成过程（化学冶金、熔池凝固、固态相变、缺陷）以及接头性能具有重要的影响。 19、焊接材料的类型：焊条、焊剂、焊丝、保护气。焊条由焊芯和药皮组成，焊芯起到导电和填充金属的作用，药皮作用为①机械保护作用；②冶金处理作用；③工艺性能良好。药皮的组成分为稳弧剂、造渣剂、造气剂、
薄膜混合集成电路的制作工艺 中心议题：多晶硅薄膜的制备 摘要：本文主要介绍了多晶硅薄膜制备工艺，阐述了具体的工艺流程，从低压化学气相沉积(LPCVD)，准分子激光晶化(ELA)，固相晶化（SPC）快速热退火(RTA)，等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD等，进行详细说明。 关键词：低压化学气相沉积(LPCVD)；准分子激光晶化(ELA)； 快速热退火(RTA)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD) 引言 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 1薄膜集成电路的概述
在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并组装上分立微型元件、器件,外加封装而成的混合集成电路。所装的分立微型元件、器件，可以是微元件、半导体芯片或单片集成电路。 2物理气相沉积-蒸发 物质的热蒸发利用物质高温下的蒸发现象，可制备各种薄膜材料。与溅射法相比，蒸发法显著特点之一是在较高的真空度条件下，不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上，且可确保所制备的薄膜具有较高纯度。 3 等离子体辅助化学气相沉积--PECVD
传统的CVD技术依赖于较高的衬底温度实现气相物质间的化学反应与薄膜沉积。PECVD在低压化学气相沉积进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响。促进反应、降低温度。 降低温度避免薄膜与衬底间不必要的扩散与化学反应；避免薄膜或衬底材料结构变化与性能恶化；避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等。 4低压化学气相沉积(LPCVD)
高活性氧化镁的制备与应用 The preparation and application of highly active magnesium oxide Zhao xian tang （College of Science and Metallurgical Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Hubei,， Wuhan,，430081) 摘要：本文论述了高活性氧化镁的特性、制备方法、活性测定及活性影响因素，主要就制备方法进行探讨，了解熟悉高活性氧化镁的生产过程，思考寻求制备更好的高活性氧化镁。 关键词：高活性氧化镁制备 Abstract：This paper discusses the characteristics of the high-activity magnesium oxide, preparation methods, determination of activity and active factors affecting, which mainly discusses the preparation methods, in order to familiar with the production process of highly active magnesium oxide and think for the preparation of highly active magnesium oxide. Keywords: high-activity magnesium oxide preparation method 引言 活性氧化镁的比外表积较大，是制备高功用精密无机材料、电子元件、油墨、有害气体吸附剂的重要质料。这种氧化镁因为其颗粒微细化，外表原子与体相原子数的份额较大而具有极高的化学活性和物理吸附才能。因为具有杰出的烧结功能，
关于铆接技术 一、 铆接技术原理与工艺特点 常见的铆接技术分为冷铆接和热铆接，冷铆接是用铆杆对铆钉局部加压，并绕中心连续摆动或者铆钉受力膨胀，直到铆钉成形的铆接方法。冷铆常见的有摆碾铆接法及径向铆接法。摆碾铆接法较易理解，该铆头仅沿着圆周方向摆动碾压。 而径向铆接原理较为复杂，它的铆头运动轨迹是梅花状或者说是以圆为中心向外扩展的，铆头每次都通过铆钉中心点。冷铆接最常见的铆接工具有铆接机，压铆机，铆钉枪和铆螺母枪，铆钉枪和铆螺母枪是最常见单面冷铆接所用的工具。这是冷铆接工艺中最具代表性的冷铆接方法，因为使用方便，也只需在工件的一侧进行铆接，相对双面铆接的铆钉锤来说更方便。 就两种铆接法比较而言，径向铆接面所铆零件的质量较好，效率略高，并且铆接更为稳定，铆件无须夹持，即使铆钉中心相对主轴中心略有偏移也能顺利完成铆接工作。而摆碾铆接机必须将工件准确定位，最好夹持铆件。然而径向铆接机因结构复杂，造价高，维修不方便，非特殊场合一般不采用。相反地，摆碾铆接机结构简单，成本低，维修方便，可靠性好，能够满足90％以上零件的铆接要求，因而受到从多人士的亲睐。此外，利用摆碾铆接的原理，还可以制造适宜于多点铆接的多头铆接机，在现代工业生产中有其独特的优势。 热铆接是将铆钉加热到一定温度后进行的铆接。由于加热后铆钉的塑性提高、硬度降低，钉头成型容易，所以热铆时所需的外力比冷铆要小的多；另外，在铆钉冷却过程中，钉杆长度方向的收缩会增加板料间的正压力，当板料受力后可产生更大的摩擦阻力，提高了铆接强度。热铆常用在铆钉材质塑性较差、铆钉直径较大或铆力不足的情况下。
冷铆接法是以连续的局部变形便铆钉成形，其所施压力离铆钉中心越远越大，这恰恰符合材料变形的自然规律。因此，采用冷铆接技术所需设备小，节省费用。能提高铆钉的承载能力，强度高于传统铆接的80%。铆钉材料具有特别好的形变性能，铆杆不会出现质量问题，寿命较高，同时，只要改变铆头（不同的接杆和不同的铆接配件铆螺母铆钉等）的形状，就可以铆接多种形状。 二、 按工作方式分，铆接可分为手工铆接和自动钻铆。手工铆接由于受工人熟练程度和体力等因素的限制，难以保证稳定的高质量连接。而自动钻铆是航空航天制造领域应自动化装配需要而发展起来的一项先进制造技术。自动钻铆技术即利用其代替手工，自动完成钻孔、送钉及铆接等工序，是集电气、液压、气动、自动控制为一体的，在装配过程中不仅可以实现组件溅部件)的自动定位，同时还可以一次完成夹紧、钻孔、送钉、铆接／安装等一系列工作。它可以代替传统的手工铆接技术，提高生产速率、保证质量稳定、大大减少人为因素造成的缺陷。随着我国航空航天产业在性能、水平等方面的不断提高，在铆接装配中发展、应用自动钻铆技术，己经势在必行。具体原因如下： (1)自动钻铆技术减少操作时间。 ①减少成孔次数，一次钻孔完成； ②自动夹紧，消除了结构件之间的毛刺，节约了分解、去毛刺和重新安装工序； ③制孔后在孔边缘的毛刺可以得到控制： ④送钉、定位、铆接。 (2)自动钻铆机提高制孔质量。 ①制孔孔径公差控制在士0．015mm之内； ②内孔表面粗糙度最低为Ra3．2urn； ③制孔垂直度在士0．50以内； ④制孔时结构件之间无毛刺，背部毛刺控制在0．12ram之内； ⑤孔壁无裂纹。 (3)与手工铆接相比，在成本上有大幅度降低，通过比较人工与自动钻铆机安装相同数量的紧固件，所耗费的工时上，可以看出，对于大量同种类的紧固件的安装，自动钻铆机可以节约的工时成倍数增长。
09192230材料现代制备技术 Modern Technology for Material Preparation 预修课程：物理化学 面向对象：材料科学与工程专业学生 课程简介： 本课程讲述各种材料合成与制备的原理、方法和技术。针对现代信息社会对材料发展的需求，着重介绍各种新型制备技术的基本概念、制备原理、特征，以及其在各类材料制备中的应用。涉及材料包括超微粒子等零维材料，纤维、纳米线棒等一维材料，薄膜和块体材料（晶态和非晶态材料）。 教学大纲： 一、教学目的与基本要求： 教学目的：材料制备技术是材料科学不可或缺的组成部分。现代科学技术的发展对材料提出了各种各样的新要求，进而推动了材料制备技术的发展。本课程旨在介绍各种材料的合成与制备的原理、方法和技术，使学生掌握各类新型材料的制备方法。 基本要求：通过《材料现代制备技术》的学习，使学生了解各种无机材料的制备原理，初步掌握零维、一维纳米材料，纤维，薄膜，以及三维材料的各种制备方法和技术。 二、主要内容及学时分配： 1. 绪论 材料现代制备方法特点1学时 溶胶凝胶技术3学时 等离子体技术2学时 激光技术概论2学时 2. 零维材料的制备 超微粒子的形成机理和制备4学时 3. 一维材料的制备 纳米棒、线、管的形成机理和制备方法2学时 纤维材料的制备2学时 4. 二维材料的制备
薄膜的物理气相沉积法制备原理和应用4学时 化学气相沉积法制备原理和应用3学时 三束技术与薄膜制备2学时 液相法薄膜制备（浸渍提拉法成膜，旋转涂膜，LB膜，自组装膜）3学时 5. 三维材料的制备 非晶态材料的形成机理及制备方法2学时 晶体生长机理及制备2学时 推荐教材或主要参考书： 《材料现代制备技术》，自编讲义 参考书：郑昌琼，冉均国主编《新型无机材料》，科学出版社，2003 C.N.R. Rao, F.L. Deepak, Gautam Gundiah, A. Govindaraj，Inorganicnanowires，Progress in Solid State Chemistry 31 (2003)
液态金属成型原理
0、概论 1、液态金属的结构和性质 2、凝固的热力学基础 3、界面 4、凝固的结晶学基础 5、凝固的传热基础 6、凝固过程的流体流动 7、凝固金属的组织结构 8、凝固过程的缺陷和对策
第七章 凝固金属的组织结构
第七章 凝固金属的组织结构
? 第一节 凝固金属的组织结构 第二节 偏析（Segregation） 第三节 金属凝固组织形态控制
第七章 凝固金属的组织结构
2
一、凝固铸态组织的含义
z 铸态组织，即铸件的晶粒组 织，包括晶粒的形状、尺寸 和取向。广义讲，还包括合 金元素的分布（偏析）和凝 固过程形成的缺陷。
第七章 凝固金属的组织结构
3
二、晶粒组织（Grain Structure）
? 典型铸态组织：表面细晶粒、柱状晶粒、等轴晶粒
z激冷晶区的晶粒细小;
内部等轴晶区 表层急冷晶区
z柱状晶区的晶粒垂直 于型壁排列，且平行 于热流方向.
z内部等轴晶区的晶粒 较为粗大;
中间柱状晶区
第七章 凝固金属的组织结构
4
几种不同类型的铸件宏观组织示意图
（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶
第七章 凝固金属的组织结构
5
三、铸态组织形成原因
? 1. 表面细晶粒
z 型壁激冷，大量生核； z 三维散热，生长迅速，
相互抑制； z 生长无方向性。
第七章 凝固金属的组织结构
6
《材料制备与合成[料]》课程简介 课程编号：02034916 课程名称：材料制备与合成/Preparation and Synthesis of Materials 学分: 2.5 学时：40 （课内实验(践)：0 上机：0 课外实践：0 ） 适用专业：材料科学与工程 建议修读学期：6 开课单位：材料科学与工程学院材料物理与化学系 课程负责人：方道来 先修课程：材料化学基础、物理化学、材料科学基础、金属材料学 考核方式与成绩评定标准：期末开卷考试成绩（占80%）与平时考核成绩（占20%）相结合。 教材与主要参考书目： 教材：《材料合成与制备》. 乔英杰主编.国防工业出版社，2010年. 主要参考书目：1. 《新型功能材料制备工艺》, 李垚主编. 化学工业出版社，2011年. 2. 《新型功能复合材料制备新技术》.童忠良主编. 化学工业出版社，2010年. 3. 《无机合成与制备化学》. 徐如人编著. 高等教育出版社, 2009年. 4. 《材料合成与制备方法》. 曹茂盛主编. 哈尔滨工业大学出版社，2008年. 内容概述： 本课程是材料科学与工程专业本科生最重要的专业选修课之一。其主要内容包括：溶胶-凝胶合成法、水热与溶剂热合成法、化学气相沉积法、定向凝固技术、低热固相合成法、热压烧结技术、自蔓延高温合成法和等离子体烧结技术等。其目的是使学生掌握材料制备与合成的基本原理与方法，熟悉材料制备的新技术、新工艺和新设备，理解材料的合成、结构与性能、材料应用之间的相互关系，为将来研发新材料以及材料制备新工艺奠定坚实的理论基础。 The course of preparation and synthesis of materials is one of the most important specialized elective courses for the undergraduate students majoring in materials science and engineering. It includes the following parts: sol-gel method, hydrothermal/solvothermal reaction method, CVD method, directional solidification technique, low-heating solid-state reaction method, hot-pressing sintering technique, self-propagating high-temperature synthesis, and SPS technique. Its purpose is to enable students to master the basic principles and methods of preparation and synthesis of materials, and grasp the new techniques, new processes and new equipments, and further understand the relationship among the synthesis, structure, properties and the applications of materials. The course can lay a firm theoretical foundation for the research and development of new materials and new processes in the future for students.
综合测试题一 模具寿命与材料成形加工及材料学 一、填空题（每小题2分，共20分） 1. 目前铸造成形技术的方法种类繁多按生产方法分类，可分为砂型铸造和特种铸造。 2. 在铸造生产中，细化铸件晶粒可采用的途径有增加过冷度、采用孕育处理和附加振动。 3. 铸铁按碳存在形式分灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。 4. 合金在铸造时的难易程度的衡量指标合金的流动性和收缩。 5. 合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。 6. 压力加工的加工方法主要有：冲压、锻造、轧制、拉拔和 挤压等。 7. 合金的流动性常采用浇注螺旋型标准试样的方法来衡量， 8. 流动性不好的合金容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。 9. 液态金属的充型能力主要取决于金属的流动性，还受外部条件如浇注温度、充型压力、铸型结构和铸型材料等因素的影响,是各种因素的综合反映。 10.金属由浇注温度冷却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个相互关联的收缩阶段。 11.液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是内应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 12.铸造中常产生的铸造缺陷有缩孔、缩松、浇不足、裂纹、内应力、夹渣和夹砂等
13. 特种铸造相对于砂型铸造的两类特点：型模的革新和充型方式的变更。 14.常用特种铸造方法金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造和熔模铸造、壳型铸造等。 15.衡量金属锻造性能的两个指标塑性和变形抗力。 16.自由锻造常用设备空气锤和水压机。 17.自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错移等。 18.镦粗的变形特点横截面积变大，长度变短普通拔长的变形特点横截面积变小，长度变长芯轴拔长的变形特点内孔直径不变，长度变长，壁厚变薄。 19.锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之差。后者过低易产生加工硬化现象。 20. 锤上模锻的实质金属在模膛内成形和变形阻力大，变形不均匀。 21. 模膛的分类制坯模膛和模锻模膛。 22. 板料冲压中分离工序有冲孔、落料、剪切和修整等。变形工序有拉深、弯曲、翻边和成形等。 23. 电弧燃烧实质是指电弧的产生、运动和消失的动态平衡。 24. 电弧分为阴极区、阳极区和弧柱区三个区。 25. 直流电焊机正接极是指焊件接正极，焊条接负极。 26. 焊接冶金过程的特点反应温度高、接触面积大、冷却速度快。 27. 焊接接头是指焊缝和热影响区。焊接热影响区包括熔合区、过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。 28. 焊接应力和变形产生的原因对焊缝区不均匀的加热和冷却。
21.铸件宏观组织的控制途径与措施 1.铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响 表面细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。 铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。 （1）柱状晶： 生长过程中凝固区域窄，横向生长受到相邻晶体的阻碍，枝晶不能充分发展，分枝少，结晶后显微缩松等晶间杂质少，组织致密。 但柱状晶比较粗大，晶界面积小，排列位向一致，其性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。凝固界面前方常汇集有较多的第二相杂质气体，将导致铸件热裂。 （2）等轴晶： 晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，且各晶粒之间位向也各不相同，故性能均匀而稳定，没有方向性。 枝晶比较发达，显微缩松较多，凝固后组织不够致密。 细化能使杂质和缺陷分布更加分散，从而在一定程度上提高各项性能。晶粒越细综合性能越好。 对塑性较好的有色金属或奥氏体不锈钢锭，希望得到较多的柱状晶，增加其致密度； 对一般钢铁材料和塑性较差的有色金属铸锭，希望获得较多的甚至是全部细小的等轴晶组织；对于高温下工作的零件，通过单向结晶消除横向晶界，防止晶界降低蠕变抗力。 2.铸件宏观组织的控制途径和措施 等轴晶组织的获得和细化 强化非均匀形核促进晶粒游离抑制柱状晶区 1）加入强生核剂——孕育处理 孕育——向液态金属中添加少量物质以达到增加晶核数、细化晶粒、改善组织之目的的一种方法。 变质——加入少量物质通过元素的选择性分布而改变晶体的生长形貌，如球化或细化。 A.形核剂： a）直接作为外加晶核 b）通过与液态金属的相互作用而产生非均匀晶核 能与液相中某些元素组成较稳定的化合物 通过在液相中造成大的微区富集而使结晶相提前弥散析出 B.强成分过冷元素： 通过在生长界面前沿的富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生细弱缩颈，从而促进晶粒的游离。 强化熔体内部的非均匀形核孕育剂富集抑制晶体生长
第七章单晶材料的制备 名词解释： 1.熔盐生长法（助熔剂法、高温溶液法、熔盐法）是在高温下从熔融盐溶剂中生长晶体的方法。 填空题： 1.气相生长法可以分为三类：升华法、蒸汽输运法、气相反应法 2.气体输运过程因其内部压力不同而主要有三种可能的方式（输运取决于什么东西？压力的三个级别）：①当压力<102Pa时，输运速度主要决定于原子速度②在102--3*105Pa之间的压力范围内，分子运动主要由扩散确定③当压力>3*105Pa 时，热对流对确定气体运动及其重要。 3.溶液中生长晶体的具体方法主要有：降温法、流动法（温差法）、蒸发法、凝胶法 4.水热法生长单晶体的设备装置是：高压釜 5.晶体与残余物的溶液分离开的方法有：倒装法和坩埚倾斜法。 6.从熔体中生长单晶体的典型方法大致有以下几种：（大类别和小类别都要写） ①正常凝固法a、晶体提拉法b、坩埚下降法（垂直式、水平式）c、晶体泡生法d、弧熔法②逐区溶化法a、水平区熔法b、浮区法c、基座法d、焰熔法③掺钕钇铝石 )晶体的B-S法生长 榴石（Nd：YAG)晶体的提拉生长④硒镓银（AgGaSe 2 7.提拉法生长单晶体的加热方式有： 8.坩埚下降法即（B—S方法）的分类：垂直式、水平式 简答题：（具体点） 1.气相生长法的分类 ①升华法：是将固体在高温区升华，蒸汽在温度梯度的作用下向低温区输运结晶的一种生长晶体的方法。 ②蒸汽输运法：是在一定的环境（如真空）下，利用运载气体生长晶体的方法，通常用卤族元素来帮助源的挥发和原料的输运，可以促进晶体的生长。 ③气相反应法：即利用气体之间的直接混合反应生成晶体的方法。 2.在气相系统中，通过可逆反应生长时，输运可以分为哪三个阶段？ ①在原料固体上的复相反应。 ②气体中挥发物的输运。 ③在晶体形成处的复相逆向反应。 3.气体输运过程因其内部压力不同而主要有哪三种可能的方式？ ①当压力<102Pa时，输运速度主要决定于原子速度。 ②在102--3*105Pa之间的压力范围内，分子运动主要由扩散确定。 ③当压力>3*105Pa时，热对流对确定气体运动及其重要。 4.溶液中生长晶体的具体方法主要有哪几种？每种方法的基本原理是什么？ ①降温法基本原理是利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长的过程中逐渐降低温度，使析出溶质不断在晶体上生长。
原理以及制备工艺的 资料
1.2 有机电致发光二极管结构及其发光原理 有机电致发光二极管是将电能转化成光能的器件，属于电荷注入型发光器件。其基本结构如上文所述为夹心结构[Error! Bookmark not defined.]，最简单的结构是一个发光层薄膜（EML）加在正负两个电极之间，正负电荷分别从两个电极注入到发光层中并进行复合发光。发光的过程大致可以总结为下面5个步骤： 1.载流子的注入； 2.载流子的传输； 3.激子的产生； 4.激子的迁移和衰减（辐射衰减）； 5.激子的出射（光的耦合输出） 1.载流子的注入：在正向偏压的作用下，空穴从金属阳极费米能级(φa)注入到发光层的最高未占有轨道（HOMO），而电子从金属阴极费米能级(φc）注入到发光层的最低未占有轨道（LUMO）。形成PLED的正向和负向两种载流子。 载流子注入时，空穴要克服阳极与发光层HOMO之间的能量势垒，而电子要克服阴极与发光层LUMO能级之间的能量势垒，势垒越小，载流子越容易注入，因此金属电极的功函数要与发光层的HOMO和LUMO相匹配。当势垒高度小于0.3-0.4eV时可认为该接触为欧姆接触[i]，此时可以认为载流子的注入是没有势垒的。电致发光器件要求两个电极至少一段是透明，光可以由此段出射。作为底端出射结构，氧化铟锡（ITO）由于具有较高的透光率和优良的导电率以基脚高的功函数，通过溅射的方法，制备成ITO玻璃被广泛用作阳极。
而阴极则常用一些具有较高发射率的低功函数金属，例如钡，钙，镁，铯等[ii，iii，iv]。图1-1给出了典型器件结构的相应能级示意图。[v]但是一般的聚合物发光材料的HOMO和LUMO与阳极和阴极的能级匹配并不是最理想的状态，存在载流子的注入势垒，导致器件高的起亮电压，高的能耗和低的器件性能。 图1-1 器件的能级结构示意图[14] Fig.1-1 The sketch of PLED’s energy level[14] 载流子的注入有两种理论机制，分别是隧穿机制[vi，vii，viii ]和空间电荷限制效应机制[ix，x，xi]。一般情况下，当载流子的注入都不存在势垒时的载流子注入机制符合空间电荷限制效应理论。即此时的注入情况取决于发光层材料的载流子迁移率，低的载流迁移率会导致电荷在界面层的积累，阻止载流子的进一步注入[xii，xiii，xiv]。当界面的接触不是欧姆接触时，要将加在器件上的电场增大到一定的程度才能使载流子注入，载流子开始注入时的电压称为阈值电压，阈值电场的大小取决于注入的能量势垒的高低，此时的载流子注入机制符合隧道贯穿机制。但是，实际情况下这两种载流子注入情况并不是孤立存在的。 2.载流子的传输：诸如的载流子在电场作用下，在器件中向对面的电极迁移。
第1章习题与思考题 1.1溶胶-凝胶合成 1、名词解释：（1）溶胶；（2）凝胶 参考答案（列出了主要内容，根据具体情况自己总结，下同！）： 1、溶胶：是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸在1~100nm之间，这些固体颗粒一般由103~109个原子组成。 凝胶(Gel)：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般在1%~3%之间。 2、说明溶胶-凝胶法的原理及基本步骤。 答：溶胶-凝胶法是一种新兴起的制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿化学方法。其基本原理是：易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经干燥烧结等后处理得到所需材料，基本反应有水解反应和聚合反应。这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的单多组分混合物(分子级混合)，并可制备传统方法不能或难以制备的产物，特别适用于制备非晶态材料。 溶胶-凝胶法制备过程中以金属有机化合物(主要是金属醇盐)和部分无机盐为前驱体，首先将前驱体溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均匀的溶液，接着溶质在溶液中发生水解(或醇解)，水解产物缩合聚集成粒径为1nm左右的溶胶粒子(sol)，溶胶粒子进一步聚集生长形成凝胶(gel)。有人也将溶胶-凝胶法称为SSG法，即溶液-溶胶-凝胶法。 3、简述溶胶-凝胶制备陶瓷粉体材料的优点。 答：①制备工艺简单、无需昂贵的设备； ②对多元组分体系，溶胶－凝胶法可大大增加其化学均匀性； ③反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构； ④材料可掺杂的范围较宽（包括掺杂量及种类），化学计量准确，易于改性； ⑤产物纯度高，烧结温度低 1.2水热与溶剂热合成 1、名词解释：（1）水热法；（2）溶剂热法。 水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。 溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。 2、简述水热与溶剂热合成存在的问题？ 答：（1）水热条件下的晶体生长或材料合成需要能够在高压下容纳高腐蚀性溶剂的反应器，需要能被规范操作以及在极端温度压强条件下可靠的设备。由于反应条件的特殊性，致使水热反应相比较其他反应体系而言具有如下缺点： a 无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。 b 设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。 c 安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。
第三章： 8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同 答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏。而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物，除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。 12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。 答：实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。 影响因数：熔点、温度和溶质元素。 13：简述界面现象对液态成形过程的影响。 答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填。液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁。凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。 15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。 答：过冷度就是凝固的驱动力，过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固。 16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程。 答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程。只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程。 17：简述异质形核与均质形核的区别。 答：均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核。 异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加。 异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小，形核容易，所需过冷度小。 18:什么条件下晶体以平面的方式生长什么条件下晶体以树枝晶方式生长 答：①平面方式长大：固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。 ②树枝晶方式生长：固液界面前方的液体负温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域较大，且距离固液界面越远过冷度越大，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体生长的方向相同。 19：简述晶体的微观长大方式及长大速率。 答：①连续生长机理--粗糙界面的生长：动力学过冷度小，生长速率快。②二维生长机理--光滑界面生长：过冷度影响大，生长速度慢。③从缺陷处生长机理--非完整界面生长：所需过冷度较大，生长速度位于以上二者之间。 20：为生么要研究液态金属凝固过程中的溶质再分配它受那些因素的影响 答：液态金属在凝固过程中的各组元会按一定的规律分配，它决定着凝固组织的成分分布和组织结构，液态合金凝固过程中溶质的传输，使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。掌握凝固过程中的溶质再分配的规律，是控制晶体生长行为的重要因素，也是在生产实践中控制各种凝固偏析的基础。 凝固过程中溶质的再分配是合金热力和动力学共同作用的结果，不同的凝固
1.焊接热源有哪些共同要求？描述焊接热源主要用什么指标？(简05.07.09） 答：能量密度高、快速实现焊接过程、得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。 主要指标：最小加热面积、最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度。 2.试述焊接接头的形成过程及对焊接质量的影响。 答：（1）预压阶段；（2）通电加热阶段；（3）冷却结晶阶段。 对焊接质量的影响： 3.溶滴比表面积的概念及对焊接化学冶金过程的影响？ 答：熔滴的表面积Ag与其质量之比称为熔滴的比表面积S。 熔滴的比表面积越大，熔滴与周围介质的平均相互作用时间越长，熔滴温度越高，越有利于加强冶金反应。 4.焊条熔化系数、熔敷系数的物理意义及表达式？真正反映焊接生产率的指标是什么？答：焊条金属的平均融化速度：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度； 损失系数：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发而损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比； 平均熔敷系数（真正反映焊接生产率的指标），由于损失系数不等于零，单位时间内真正进入焊接熔池的金属质量称为平均熔敷速度。 5.试简述不锈钢焊条药皮发红的原因？有什么解决措施？（简05.08.10） 答：药皮发红的原因：不锈钢焊芯电阻大，焊条融化系数小造成焊条融化时间长，且产生的电阻热量大，使焊条温度升高而导致药皮发红。 解决措施：调整焊条药皮配方，使焊条金属由短路过渡转化为细颗粒过渡，提高焊条的融化系数，减少电阻热以降低焊条的表面升温。 6.熔合比的表达式和影响因素？多层焊时，如果各层间的熔合比是恒定的，试推导第n层焊缝金属的成分？ 答：表达式： 影响因素：焊接方法、焊接工艺参数、接头尺寸形状、坡口形状、焊道数目、母材热物理性能等。 7.从传热学角度说明临界板厚δcr的概念？某16Mn钢焊件，采用手工电弧焊，能量E=15KJ/cm求δcr？ 答：由传热学理论知道：在线能量一定的情况下，板厚增加冷却速度Wc增大，冷却时间t8/5变短，当板厚增加到一定程度时，则Wc和t8/5不再变化，此时板厚即为临界板厚δcr。 δ== 1.95 cr cm 8.手工电弧焊接厚12mm的MnMoNbB钢，焊接线能量E=2kj/cm,预热温度为50度，求t8/5?附λ=0.29J/(cm s℃) CP=6.7 J/(cm s℃)