高等学校“十三五”规划教材 材料的物理制备PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 材料物理制备的基本原理 1

1.1.1 热力学基础 1

1.1.2 动力学基础 2

1.2 材料物理制备的基本方法 2

1.2.1 高温高压法 2

1.2.2 物理气相沉积法 3

1.2.3 化学气相沉积法 5

1.2.4 软化学合成方法 6

1.2.5 电解合成法 8

1.2.6 纳米材料物理制备 9

1.3 材料物理制备的基本表征与分析技术 10

1.3.1 X射线衍射分析 10

1.3.2 电子显微分析 11

1.3.3 透射电子显微分析 11

1.3.4 扫描电子显微分析 12

1.3.5 电子探针X射线显微分析 13

1.3.6 原子力显微镜分析 13

1.4 材料物理制备的最新进展 14

参考文献 15

第2章 金属材料的制备 16

2.1 金属材料的冶炼与制备 16

2.1.1 钢铁材料 16

2.1.2 铝及铝合金 19

2.1.3 钛及钛合金 22

2.1.4 镁及镁合金 26

2.1.5 铜及铜合金 30

2.2 金属材料的铸造、锻压与轧制技术 32

2.2.1 砂型铸造 32

2.2.2 特种铸造 34

2.2.3 半固态铸造 36

2.2.4 连铸连轧 37

2.2.5 热机械控制工艺 39

2.3 快速凝固技术 40

2.3.1 快速凝固的基本原理 41

2.3.2 快速凝固制备技术 42

2.3.3 快速凝固技术在金属材料中的应用 46

2.4 机械合金化技术 48

2.4.1 机械合金化的概念 48

2.4.2 金属粉末的球磨过程 49

2.4.3 机械合金化的力——化学作用原理 50

2.4.4 机械合金化制备弥散强化合金 51

2.4.5 机械合金化制备 52

2.5 半固态金属加工技术 53

2.5.1 半固态浆料的制备 54

2.5.2 半固态成型工艺 56

2.5.3 半固态加工的应用 56

2.6 纳米金属材料制备技术 56

2.6.1 纳米技术的特性 57

2.6.2 纳米金属的制备方法 57

参考文献 58

第3章 单晶材料的制备 60

3.1 固－固平衡晶体生长 60

3.1.1 形变再结晶理论 61

3.1.2 应变退火法 62

3.1.3 烧结生长 65

3.1.4 同素异形体相变法 65

3.2 液－固平衡晶体生长 67

3.2.1 熔体生长 67

3.2.2 溶液生长 82

3.3 气－固平衡晶体生长 94

3.3.1 物理气相生长 95

3.3.2 化学气相生长 101

参考文献 109

第4章 非晶材料的制备 111

4.1 非晶材料的特点 112

4.2 非晶粉末的制备 114

4.2.1 物理方法 115

4.2.2 化学方法 117

4.2.3 机械合金化法 119

4.3 非晶薄带 121

4.3.1 非晶薄膜的制备 121

4.3.2 非晶薄带制备 123

4.4 大块非晶合金 126

4.4.1 大块非晶合金的形成机制与条件 127

4.4.2 大块非晶合金的制备方法 129

参考文献 133

第5章 薄膜材料的物理制备 135

5.1 薄膜的形成与生长及影响因素 137

5.1.1 薄膜的形成与生长 138

5.1.2 影响薄膜生长特性的因素 140

5.2 物理气相沉积概述 141

5.2.1 蒸发沉积 141

5.2.2 溅射沉积 142

5.2.3 脉冲激光沉积 143

5.2.4 分子束外延 143

5.3 真空蒸发镀膜法 144

5.4 溅射镀膜原理、特点及应用 146

5.4.1 溅射概述 146

5.4.2 辉光放电 146

5.4.3 溅射过程 146

5.4.4 溅射镀膜的分类及原理 147

5.4.5 溅射薄膜的特点 159

5.4.6 溅射应用范围简介 159

5.5 分子束外延技术 160

5.5.1 分子束外延的发展及特点 160

5.5.2 分子束外延生长原理 161

5.5.3 分子束外延设备结构 161

5.5.4 分子束外延原位监测 163

5.5.5 分子束外延技术的应用 165

5.6 原子层沉积技术原理、特点及应用 167

5.6.1 原子层沉积技术简介 167

5.6.2 原子层沉积技术原理 168

5.6.3 原子层沉积技术特点 170

5.6.4 原子层沉积设备结构 172

5.6.5 原子层沉积反应前驱体 172

5.6.6 原子层沉积反应温度 174

5.6.7 原子层沉积技术的应用 174

5.7 脉冲激光沉积镀膜 175

5.7.1 脉冲激光沉积镀膜原理 176

5.7.2 影响PLD镀膜表面质量的因素 178

5.7.3 脉冲激光沉积镀膜特点 179

5.7.4 脉冲激光沉积镀膜的应用 180

参考文献 182

第6章 薄膜材料的化学制备 183

6.1 薄膜的形成机理 183

6.1.1 薄膜的二维生长模式 184

6.1.2 薄膜的三维生长模式 184

6.1.3 薄膜的二维生长后的三维生长模式 185

6.2 化学气相沉积 185

6.2.1 热化学气相沉积 185

6.2.2 等离子体化学气相沉积 186

6.2.3 激光化学气相沉积 186

6.2.4 光化学气相沉积 187

6.2.5 有机金属化学气相沉积 187

6.2.6 其他气相沉积 188

6.3 化学溶液镀膜法 189

6.3.1 概述 189

6.3.2 化学镀的发展过程及研究现状 190

6.3.3 化学镀的生长机理 191

6.4 溶胶－凝胶法制备薄膜材料 192

6.4.1 溶胶－凝胶法的基本概念 192

6.4.2 溶胶－凝胶法的发展历程 193

6.4.3 溶胶－凝胶法的基本原理和特点 193

6.5 电化学原子层沉积法 197

6.5.1 电化学原子层沉积法概述及技术发展渊源 197

6.5.2 电化学原子层沉积法的基本操作步骤 199

6.5.3 电化学原子层沉积法的优点 199

6.5.4 影响电化学原子层沉积过程的因素 200

6.5.5 电化学原子层沉积的研究现状及应用展望 201

6.6 膜厚的测量与监控 203

6.6.1 轮廓仪法 203

6.6.2 石英晶振法 204

6.6.3 目视法 205

6.6.4 光电极值法 205

6.6.5 椭圆偏振法 206

6.6.6 电容测微法 206

参考文献 207

第7章 陶瓷材料的制备 208

7.1 陶瓷材料分类 208

7.1.1 普通陶瓷材料 208

7.1.2 特种陶瓷材料 209

7.1.3 常用特种陶瓷材料 209

7.2 陶瓷材料的织构 210

7.2.1 磁性陶瓷材料的织构 210

7.2.2 高Tc超导体的织构 210

7.2.3 氧化锆高温结构陶瓷的织构 211

7.2.4 铁电陶瓷织构 211

7.2.5 氧化铝陶瓷材料的织构 211

7.2.6 陶瓷涂层织构 211

7.3 陶瓷材料的制备工艺 211

7.3.1 粉末原料制备加工与处理 212

7.3.2 成型 212

7.3.3 烧结 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 纳米陶瓷膜 219

7.4.3 生物医学陶瓷材料 220

7.4.4 结构陶瓷及陶瓷基复合材料 224

7.5 世界陶瓷材料的现状与发展趋势 227

参考文献 228

第8章 玻璃材料的制备 229

8.1 概述 229

8.1.1 玻璃材料种类 231

8.1.2 玻璃的制备和加工 234

8.2 微晶玻璃材料的制备 235

8.2.1 概述 235

8.2.2 微晶玻璃的种类 236

8.2.3 微晶玻璃的性能及应用 238

8.2.4 微晶玻璃的制备工艺 239

8.2.5 微晶玻璃的加工 241

8.3 光导纤维的制备 242

8.3.1 概述 242

8.3.2 光导纤维的种类 243

8.3.3 光导纤维的主要特性 244

8.3.4 光导纤维的制备 246

8.4 光致变色玻璃的制备 249

8.4.1 概述 249

8.4.2 光致变色玻璃的种类及制备 249

8.5 非线性光学玻璃的制备 251

8.5.1 概述 251

8.5.2 非线性效应的应用 252

8.5.3 非线性光学玻璃种类及制备技术 252

8.6 生物功能玻璃的制备 260

8.6.1 概述 260

8.6.2 生物功能玻璃的种类及发展趋势 261

8.6.3 生物功能玻璃的结构特征及制备 263

8.7 含金属纳米有序微结构玻璃的制备 264

8.7.1 含金属纳米颗粒弥散结构玻璃的制备 265

8.7.2 金属纳米有序结构在玻璃体内的定向生成技术 267

8.7.3 含金属纳米有序结构玻璃制备研究的未来发展 269

参考文献 270

第9章 复合材料的制备 272

9.1 概论 272

9.1.1 复合材料的定义 272

9.1.2 复合材料的命名和分类 272

9.2 复合材料的组成 274

9.2.1 基体材料 274

9.2.2 复合材料的增强体 278

9.3 聚合物基复合材料 279

9.3.1 手糊成型工艺 279

9.3.2 袋压成型、模压成型、层压成型 281

9.3.3 短纤维沉积预成型法 283

9.3.4 喷射成型工艺 283

9.3.5 树脂传递模塑（RTM）、树脂膜熔渗（RFI） 285

9.3.6 注射成型 288

9.3.7 纤维缠绕成型 289

9.3.8 挤拉成型 291

9.3.9 离心浇注成型 291

9.4 金属基复合材料 291

9.4.1 固态法 292

9.4.2 液态法 294

9.4.3 其他制备法 297

9.4.4 金属基复合材料制造技术的发展趋势 301

9.5 陶瓷基复合材料 302

9.5.1 纤维增强陶瓷基复合材料 302

9.5.2 晶须增强陶瓷基复合材料 304

9.5.3 颗粒弥散陶瓷基复合材料 306

参考文献 308

第10章 材料的合成与制备新技术 309

10.1 石墨烯的制备与表征 309

10.1.1 引言 309

10.1.2 石墨烯的制备技术 310

10.1.3 石墨烯的表征技术 315

10.2 多孔材料的合成与制备 318

10.2.1 多孔材料简介 318

10.2.2 介孔材料的合成机理及合成方法 320

10.2.3 金属有机骨架材料的合成方法 322

10.2.4 多孔材料的应用 324

10.3 智能材料制备技术 326

10.3.1 智能材料的基本概念与特征 326

10.3.2 智能材料的构成与分类 326

10.3.3 智能材料的发展历程与应用前景 327

10.3.4 形状记忆合金 328

10.3.5 压电材料 329

10.3.6 电／磁流变液 330

10.3.7 智能高分子凝胶 331

10.3.8 光纤智能结构 332

10.4 梯度功能材料制备技术 333

10.4.1 梯度功能材料的内涵 333

10.4.2 梯度复合技术 335

10.4.3 梯度功能材料的应用领域 339

10.5 一维纳米材料的合成与制备 341

10.5.1 一维纳米材料的制备方法 342

10.5.2 碳纳米管的合成与制备 345

10.5.3 一维ZnO纳米材料的合成与制备 346

10.6 离子束注入材料改性技术 348

10.6.1 离子注入技术简介 348

10.6.2 离子注入纳米颗粒制备 349

10.6.3 离子注入并退火制备半导体纳米薄膜 356

10.7 微弧氧化法制备陶瓷薄膜技术 357

10.7.1 微弧氧化技术及其发展历程 357

10.7.2 微弧氧化的原理及放电过程 357

10.7.3 微弧氧化装置及其制备流程 359

10.7.4 微弧氧化薄膜影响因素 360

10.7.5 微弧氧化的微结构特征 361

10.7.6 微弧氧化薄膜的性能 362

10.7.7 微弧氧化技术的应用 364

10.7.8 展望 364

10.8 阳极氧化法制备TiO2纳米管技术 365

10.8.1 阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列 365

10.8.2 不同电解液对制备TiO2纳米管的影响 368

10.8.3 不同实验参数对制备TiO2纳米管的影响 368

10.9 静电纺丝技术及其在纳米纤维制备中的应用 370

10.9.1 静电纺丝技术的发展 370

10.9.2 静电纺丝技术的过程 370

10.9.3 静电纺丝技术的影响因素 371

10.9.4 静电纺丝技术的应用 374

10.10 自蔓延高温合成技术 377

10.10.1 自蔓延高温合成技术及其发展 377

10.10.2 自蔓延高温合成反应中的影响因素 379

10.10.3 自蔓延高温合成技术的研究现状 380

10.10.4 自蔓延高温合成的发展方向 384

10.11 脉冲电沉积制备纳米晶薄膜技术 384

10.11.1 脉冲电沉积制备纳米晶的基本原理 385

10.11.2 脉冲电沉积制备过程 387

10.11.3 电沉积参数的影响 390

10.12 微波烧结技术 390

10.12.1 微波烧结的优点 391

10.12.2 微波烧结过程中的主要工艺参数 391

10.12.3 微波烧结在材料研究中的应用 392

10.12.4 微波烧结工程陶瓷的应用 392

10.12.5 微波烧结技术存在的问题 393

参考文献 394