材料合成与制备方法_第二章.ppt

* * * * * * * * * 转块流满，冷压。转慢流快，液体被甩出。 * * * * * * * * * * * * CVD 4. 化学气相淀积技术 HOMOCVD * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 绘制这种曲线首先选择一个特定的结晶分数，在一系列温度下，计算出成核速率及晶体生长速率；把计算得到的Iv、u代人式(3－1)求出对应的时间t。用过冷度(?T＝TM一T)为纵坐标，冷却时间t为横坐标作出3T图。图3-12示出了这类图的实例。由于结晶驱动力(过冷度)随温度降低而增加，原子迁移率随温度降低而降低，因而造成3T曲线弯曲而出现头部突出点。在图中3T曲线凸面部分为该熔点的物质在一定过冷度下形成晶体的区域，而3T曲线凸面部分外围是一定过冷度下形成玻璃体的区域。3T曲线头部的顶点对应了析出晶体体积分数为10-6时的最短时间。 3T曲线上任何温度下的时间仅仅随(V?／V)的1/4次方变化。因此形成玻璃的临界冷却速率对析晶晶体的体积分数是不甚敏感的。这样有了某熔体3T图，对该熔体求冷却速率才有普遍意义。 * * * 离子键化合物形成的熔体其结构质点是正、负离子．如NaCl、CaF2等，在熔融状态以单独离子存在，流动性很大，在凝固温度靠静电引力迅速组成晶格。离子键作用范围大，又无方向性，并且一般离子键化合物具有较高的配位数(6、8)，离子相遇组成晶格的几率也较高。所以一般离子键化合物在凝固点粘度很低，很难形成玻璃。 金属键物质如单质金属或合金，在熔融时失去联系较弱的电子后，以正离子状态存在。金属键无方向性并在金属晶格内出现晶体的最高配位数(12)，原子相遇组成晶格的几率最大。因此最不易形成玻璃。 纯粹共价键化合物大都为分子结构，在分子内部，原子间由共价键连接，而作用于分于间 的是范德华力。由于范氏键无方向性，一般在冷却过程中质点易进入点阵而构成分子晶格。因此以上三种单纯键型都不易形成玻璃。 * * 综上所述，形成玻璃必须具有离子键或金属键向共价键过渡的混合键型。一般地说阴、阳 离子的电负性差?X约在1.5～2.5之间，其中阳离子具有较强的极化本领，单键强度(M一O)＞335kJ／mol，成键时出现s-p电子形成杂化轨道。这样的键型在能量上有利于形成一种低配位数的负离子团构造或结构键，易形成无规则的网络，因而形成玻璃倾向很大。 * * * * * * 2.3.2 非晶态材料的制备方法 步骤:首先用液相急冷法和固相法获得非晶粉末或将液相粉末法获得的非晶带破碎成粉末，然后利用冶金方法将粉 末压制或粘结成型。 1. 粉末冶金法 缺点：致密度低、强度低 非晶态合金粉末的制备方法： 气体雾化法： 通过高速气体流冲击金属液流使其分散为微细液滴，从而实现快速凝固。 化学法：将金属盐水溶液和硼氢化钾溶液混合，发生化学还原反应，可以制备Fe-B、FeNi-B等超细非晶合金微粒。 固态反应法：包括离子注入法、扩散退火法、机械合金化法。固态反应法进一步扩大了非晶合金的形成和应用范围。 a b 非晶合金粉末的制备 (a)气流体雾化，(b)气-流雾化 雾化法 机械合金化制备非晶材料 （1）．真空蒸发法 在真空中将材料加热蒸发，所产生的蒸气沉积基板衬底上形成非晶态薄膜。其中衬底可选用玻璃、金属、石英等，并根据材料的不同，选择不同的冷却温度。制备合金膜时，采用各组元同时蒸发的方法。 优点是操作简便，尤其适合制备非晶态纯金属或半导体。缺点是合金品种受到限制，成分难以控制，而且蒸发过程中不可避免地夹带杂质，使薄膜的质量受到影响。 2. 气相直接凝聚法 （2）．溅射法 溅射法是通过在电场中加速的氩离子轰击阴极(合金材料)，使被激发的物质脱离母材而沉积在基板表面上形成非晶态薄膜。 优点：薄膜较蒸发膜致密，与基板的粘附性较好。缺点：真空度较低，因此容易混入气体杂质，而且基体温度在溅射过程中可能升高，适于制备晶化温度较高的非晶态材料。 溅射法在非晶态半导体、非晶态磁性材料的制备中应用较多，近年发展的等离子溅射及磁控溅射，沉积速率大大提高，可制备厚膜。 （3）．化学气相沉积法(CVD) 目前，这种方法较多用于制备非晶态Si，Ge，Si3N4，SiC，SiB等薄膜，适用于晶化温度较高的材料，不适于制备非晶态金属。 3. 液体急冷法 要求条件： 基片导热性良好 液体和基片接触良好 液体层相当薄 液体与基板接触到凝固时间尽可能短 实施原理 将液体以大于105℃/s的速度急冷，使液体中紊乱的原子排列保留下来，成为固体，即得非晶。 * (1)喷枪法(gun technique)。 　　将熔融的