第四章 非晶材料制备技术
- 格式:ppt
- 大小:8.77 MB
- 文档页数:61
非晶材料的制备技术探究非晶材料是指在一定条件下,由于快速冷却、激光熔凝、气相沉积等方式获得的无序和无规网络构型的材料。
与传统材料相比,非晶材料具有高硬度、高韧性、高强度、高耐腐蚀性、低磁滞、低摩擦等优良性能,因此在航空航天、电子、光学、光电、储能等领域有着广泛的应用前景。
非晶材料的制备技术有多种不同的途径,如快速凝固、激光熔凝、溅射、化学气相沉积、溶胶凝胶法等。
下面我们将针对这几种制备方法逐一做出探究。
1. 快速凝固快速凝固是一种将熔体迅速冷却成非晶态的技术。
其最早应用于金属材料,特别是在五十年代对铝、铜等金属材料进行了大量研究,发现在快速凝固条件下,晶粒尺度将减小至纳米级别,材料的性能也将得到显著提高。
随着快速凝固技术的不断发展,今天已经可制备出来有机、无机、生物、聚合物等非晶态材料。
目前,快速凝固技术被广泛用于铝合金、马氏体不锈钢、金属玻璃等材料的制备。
2. 激光熔凝激光熔凝制备非晶材料的原理为利用激光束对材料进行瞬间熔化和迅速冷却。
激光熔凝与快速凝固技术相比具有以下优点:①熔化时间较快,加工速度可达米每秒级别;②可控性强,适用于制备复杂形态的非晶材料;③制备的非晶材料具有优异的物理化学性能。
目前,激光熔凝技术主要应用于金属、合金等材料的制备,但由于其设备成本较高,制备周期较长等因素制约了其发展。
3. 溅射溅射是一种将材料中离子或原子打散,使其沉积在靶基底上形成薄膜的技术。
与其他制备技术相比,溅射具有非常高的低温开发率和重现性,并且可以制备具有高质量、厚度均匀度良好的材料。
但是,溅射技术的制备性能容易受到与靶材相同的元素的污染而受到影响。
因此,为了制备高质量、无缺陷的非晶材料,需要对溅射工艺进行优化和改进。
4. 化学气相沉积化学气相沉积是一种将材料进行热解反应,产生等离子体并使等离子体沉积在基底上形成单晶体或非晶体的技术。
化学气相沉积可以在低温下制备材料,并具有高加工效率和良好的重现性,因此被广泛应用于半导体器件和显示技术中。
非晶材料的制备与控制非晶材料是指没有长程有序结构的材料,其结构非常复杂,特点是具有高度的均质性、高密度、高强度、高硬度、高熔点等优良性质,因此被广泛应用于电子、光电、机械、航空等领域,成为现代工业发展的重要材料之一。
非晶材料制备的方法很多,主要包括物理和化学两个方面。
下面将分别介绍这两个方面的制备方法和相应的控制技术。
一、物理制备方法1. 快速凝固法快速凝固法是通过快速冷却来制备非晶材料。
主要有玻璃淬火法、飞行时间法、溅射法、纳米线法等多种方法。
其中,玻璃淬火法是最早应用的制备方法,其具有制备成本低、制备时间短、适用性广等优点。
快速凝固法的优点是样品制备周期短,制备成本低。
但同时也存在一些问题,如玻璃淬火法需要用到大量的淬火剂,会造成对环境的污染。
2. 溶液淬火法溶液淬火法是利用一种溶剂来制备非晶材料。
主要有水热法、微乳液法、溶胶凝胶法等多种方法。
其中,水热法是最简单、最常用的制备方法。
溶液淬火法的优点是样品制备过程较为简单,制备环境友好,但其也存在一些问题,如对制备溶液组成、溶剂类型等要求较高。
3. 气相淀积法气相淀积法是通过气相化学反应来制备非晶材料,主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法。
其中,物理气相沉积法是最广泛应用的制备方法。
气相淀积法的优点是可以制备高质量、高纯度的非晶材料,但同时也存在一些问题,如气相淀积过程中需要高温和高压条件下进行,对设备的要求较高,制备成本也相应较高。
二、化学制备方法1. 溶剂热合成法溶剂热合成法是通过在高温下使原料在溶剂中反应而形成非晶材料,主要有水热法、溶剂热法等多种方法。
其中,水热法成本最低、适用性最广。
溶剂热合成法的优点是可以控制反应条件和反应时长来控制非晶材料的形成和性能,但同时也存在一些问题,如对反应温度和反应气氛等要求较高。
2. 软模板合成法软模板合成法是通过某种化学方法将一些有机分子(称为软模板)结合在一起,形成一个“模板”,而后再通过其他化学方法来制备非晶材料,主要有胶体晶体法、热分解法、模板导向法等多种方法。
非晶态材料制备及性能研究非晶态材料是一类独特的材料,其具有无序排列的结构,并且没有结晶性。
这种材料在实际应用中具有很大的潜力,因为它们可以在很多方面优于晶态材料。
在本文中,我们将重点探讨非晶态材料的制备方法及其性能研究。
1. 非晶态材料的制备方法非晶态材料的制备方法多种多样,其中较为常见的方法有:1.1 快速凝固法快速凝固法是一种常用的制备非晶态材料的方法。
该方法的原理是通过极快的固化速度,将材料的结晶过程阻止,使其保持在无序排列的状态。
快速凝固法有多种类型,包括基体法、轧制法、溅射法和熔滴法等。
其中基体法和轧制法是较为常见的制备非晶态材料的方法。
1.2 化学气相沉积法化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)是一种在高温气氛下进行的化学反应过程,可以制备高质量的非晶态材料。
CVD法以气体为起始材料,通过化学反应沉积非晶态材料在基底上。
这种方法可以制备出很小颗粒的非晶态材料,并能够实现对其形貌和尺寸的精密控制。
1.3 溶胶–凝胶法溶胶–凝胶法是制备非晶态材料的一种简单有效的方法。
该方法通过以溶胶为基础,经过凝胶化和热处理等步骤来制备非晶态材料。
溶胶–凝胶法能够制备较大尺寸的非晶态材料,并且可以调控它们的成分和微观结构。
2. 非晶态材料的性能研究2.1 机械性能非晶态材料的机械性能是研究非晶态材料的重要指标。
相比较于晶态材料,非晶态材料具有更高的强度,更大的韧性和更好的抗腐蚀性。
这使得非晶态材料在各种领域中有着很广泛的应用,例如受力部件、压力容器和电子产品等。
2.2 导电性能非晶态材料的导电性能也是非常重要的。
自1982年发现金属玻璃以来,非晶态金属的导电性引起了研究人员的广泛关注。
非晶态金属电阻率通常比普通金属要高,但其导电性能也非常重要。
例如,在电池制造中,非晶态钴铁磁性材料常用作电动车辆的电池材料。
2.3 光学性能非晶态材料的光学性能也是非常重要的。
非晶态材料能够用于制造高质量的光学器件、传感器和显示器件等。
非晶合金材料的制备及其力学性能研究非晶合金材料是一种相对较新的材料类型,与传统的晶态材料相比,其具有独特的物理性质和化学性质。
非晶合金材料可以应用于航空航天、电子、医疗等多个领域,显示出巨大的发展潜力。
本文将介绍非晶合金材料的制备方法以及其力学性能的研究进展。
一、非晶合金材料的制备非晶合金材料的制备方法可以分为两类,分别是快速凝固法和化学合成法。
1. 快速凝固法快速凝固法是通过迅速冷却熔体,使其在形成晶体前,变为非晶态的一种制备方法。
目前,被广泛使用的快速凝固法有以下几种:(1)单轴旋转法(spinning)单轴旋转法是指将铝合金或镍合金等金属材料坯料放置于高速旋转的铜轮或铜轮带上,将坯料迅速射击铜轮,使其愈接近铜轮,便愈快速冷却,进而形成非晶态的制备方法。
(2)水淬法(quenching)水淬法是将金属坯料置于高温熔体中加热,随后快速将其浸入冷却的水中,使其迅速冷却成为非晶态的制备方法。
(3)离子束沉积法(IBSD)离子束沉积法是指利用离子束材料沉积技术,将稳定的化学反应物受到均匀的束流,使其射入基底材料中,并使速度高达每秒数千米,从而形成非晶态薄膜状的制备方法。
2. 化学合成法化学合成法是通过化学反应制备非晶合金材料的一种制备方式。
目前,被广泛使用的化学合成法有以下几种:(1)溶胶凝胶法(SG)溶胶凝胶法是最常用的化学合成法之一,它是通过活性化学物质(硅酸酯、氧化钛等)进行预反应,然后将产生的胶状物己中的各种材料进行混合,将混合物处理成纳米粘土材料,再进行高温热处置,以制备非晶合金材料。
(2)原子层沉积法(ALD)原子层沉积法是一种批量制备非晶合金薄膜及功能薄层材料的方法,是一种用于自动表征表面单层化学反应的低温平面材料制备方法。
二、非晶合金材料的力学性能研究非晶合金材料的力学性质是研究的重点之一,主要包括硬度、弹性模量、断裂韧性和疲劳寿命等。
下面将对非晶合金材料的力学性能研究进展进行介绍。
非晶态材料的制备及其特性与应用随着人类科技的不断进步,材料科学也在不断地发展和更新,而非晶态材料就是其中之一。
非晶态材料是一种新型材料,其具有许多独特的物理和化学性质,使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍非晶态材料的制备方法、特性和应用。
一、非晶态材料的制备非晶态材料(amorphous)可以理解为一种没有长程有序结构的材料,其结构是类似于未定型玻璃的随机分子排布。
目前,制备非晶态材料的方法主要有以下几种:1. 溅射法溅射法是利用高能离子轰击固体表面的原理,将固态材料弹射出来后,在气相当中沉积下来形成非晶态材料。
这种方法制备出的非晶态材料,粒径小、质量均一。
2. 快速冷却法快速冷却法也称为淬火法,是将材料熔融后,以极快的速度(大于10^5 K/s)冷却,从而形成非晶态材料。
这种方法制备出的非晶态材料具有优异的热稳定性和力学性能,适用于制备金属、合金和非晶态氧化物。
3. 液相冷却法液相冷却法是通过将材料熔化后,将其快速冷却到玻璃态,然后将玻璃态材料破碎成为微小颗粒。
这种方法制备出的非晶态材料,因其微小粒径和高比表面积,表现出极好的光催化活性。
二、非晶态材料的特性1. 非晶态材料具有高硬度和高强度,能承受较大的压力和拉伸。
2. 非晶态材料具有优良的耐磨性,适用于制造摩擦部件。
3. 非晶态材料较纯晶态材料具有更好的耐腐蚀性,可应用于化学和电子领域。
4. 非晶态材料在高温环境下表现出领先于晶体材料的耐腐蚀性和高温稳定性。
5. 非晶态材料具有优异的磁性和电学性质,适用于制造传感器和记录设备。
三、非晶态材料的应用1. 材料领域非晶态材料适用于制造多种材料,例如玻璃、金属和聚合物。
非晶态材料的制造成本较低、加工成形能力强,并且可以制造出复杂的外形。
2. 能源领域非晶态材料的应用在能源领域开始被越来越重视。
非晶态材料制成的太阳能电池具有响应时间短、转化效率高等优点。
3. 生物技术非晶态材料的应用在生物医学领域中,特别是在生物诊断和治疗方面。