陶瓷科学与工艺1102(绪论）.ppt

Fuel Cells Comparison 固体氧化物燃料电池的结构（1） 固体氧化物燃料电池的结构（2） 材料制备技术的概念与意义 材料制备技术: 材料科学与工程研究的宗旨和归宿是要发展和制造种种高性能新材料为人类服务，材料制备技术是实现这一目标的基本手段。严格的说，材料制备和加工技术是该领域知识产权保护的主要内容，直接关系到新材料的技术、经济利益， 从而是国际竞争的核心。 材料制备技术：通过某种物理/化学的方法合成、制备、加工具有应用形态和性能的材料。应包括制备的方法原理、工艺、装备与操作参数，辅以各种材料表征手段（技术）对所得材料作出评价。 材料制备技术首先是能提供所需的先进材料， 制备技术及其工艺水平和操作细节（Now How）决定着材料的结构（微结构）、性能质量，重现性。 在某些情况下和发展阶段上，还可以是材料研究手段和方法。 例如：分子束外延技术（Molecular Beam Epitaxy-MBE), 化学模板法等 材料与器件制备技术 软化学合成路线-概念与特点 ●在温和的、低能量密度介质条件下， ●通过适宜的化学物种先驱物， ●采用有效的高度混合方式， ●实施能量的高效馈入和反应物激活途径 特点是：高效率、低能耗、操作简便， 可以制备新型介稳材料，新颖的结构特异的材料 －软化学是一个具有创新含义的概念！ 金刚石厚膜表面SEM照片 图2 不同腐蚀时间铋纳米线阵列的的表面FE-SEM图片 (a)??5分钟的表面照片，(b) 10分钟的表面照片， (c)15分钟的表面照片 材料制备与工程－ 主要是介绍关于材料（无机陶瓷） 的制备、组成与结构、性能及制备条件对它们的 影响，以及它们之间的相互关系等。 1.材料工程与制备技术 材料工程(工艺)这一主题,常常构成材料科学与工程中 一个颇为突出的矛盾体。 ★一方面材料工艺被认为是材料科学赖以发展的基础； 因为材料的性能对工艺过程有明显的依赖性，工艺是确定材料 能否推向预期市场的决定因素，陶瓷材料尤其如此。 ★另一方面，与工艺的重要性这一普遍认识相反，要找 找到有关这一主题的系统文献，或者说非常准确的工程参数，并不容易，尽管近些年来有所发展和改进。 这主要是因为： ①人们往往根据实用准则来评判（陶瓷）材料工艺，一个产品的成功往往由最后质量衡量，而很少通过形成过程构思的“精巧”或论证的“严谨”来体现。如果性能不好，往往原来构思就被否定，过程中的“变化”常常被忽略。实际上在制备过程中，涉及许多制备技术、工艺手段和“Know How”。如此，阻碍了工艺的发展。 ②专利制度： 追求目标不太成功，就可能像①所述那样否定原来构思，或大 谈自己的经验，而缺乏把各种变量结合而纵观分析提升； 一旦达到追求目标，又专成专利，为了必威体育官网网址而保持沉默。 ③工艺过程复杂，工艺过程是多变量，结果也可能取决于局部因素，甚至非可控因素，造成结果的离散性，难于短期内总结、提高。 ④工艺技能常常是由技术“诀窍”表示，而不是用建立成熟、系统的学科理论表示，也就是常说的“熟能生巧”。 总之，工艺过程非常重要，但由于种种原因，在教科书、 文献中常常一笔代过，所有这些，都给材料工程的系统 发展带来困难。 陶瓷科学与工艺－ 是关于陶瓷材料的合成与制备，组成与结构，性能与应用以及它们之间的相互关系的学科。其根本宗旨是通过发展材料制备与改性技术，研发具有先进性能的新材料和对材料改性， 以适应发展高新技术和工业化工艺的需要。 制造 结构 物性 通过结构控制,达到所需物性； 通过对物性得要求,设计合理结构,选择制 造方法,从而制造出新材料。 软化学合成路线——不搞硬碰硬 （体扩散、表面扩散） 目标产物 催化剂应用 原子、分子混合接触 （易于输运） 新先驱物 气态、液态 出发物 来软的 ——温和条件：溶液、气态、软态、非晶态 灵活机动——改变路径：催化剂使用 迂回战术——改变原始出发物（precursor） 借助外援——有机/高分子的灵活，可加工 化整为零——新颖的能量提供方式（如plasma, CVD, 微波化学） 质量输运过程 目标产物 目标产物 由高能态向低能态转化 高温、高压、 高能量粒子束 等极端合成条件 软化学路线： 水热合成微粉（120－200 ℃） 化学共沉淀合成 （室温 － 800℃） Sol-gel （400 － 700 ℃） Plasma－CVD （RT － 1000℃） Zr(acac)4+Y(dpm)3