【内容简介】

本书是根据高等学校材料科学与工程学院学生通识教学的需要而编写的教科书。针对新材料的发展趋势,总结和概括了传统材料和新型材料的合成和制备方法,简要介绍各种新型材料的制备技术。通过本课程的学习，使学生在掌握传统材料制备技术的基础上，对目前常见新型材料制备方法的发展概况、制备原理、操作设备以及制备工艺方法等有一定的了解和掌握。

本书共9章，内容涉及金属材料、无机非金属材料、高分子材料等传统工程材料以及新型功能材料的制备技术和过程。全书先简要介绍了传统材料的制备技术，然后以新材料的制备技术为重点，力图系统、连贯、简洁，使学生在了解和熟悉冶金、粉末冶金这些经典的材料制备方法的基础上，学习掌握单晶材料、非晶材料、薄膜材料和纳米材料等新材料的各种制备技术，最后简要介绍了功能陶瓷的制备技术。

本教材适合工科院校材料类专业教学使用，也可作为材料类工程技术人员的参考资料。

【前言】

本书是根据高等学校材料科学与工程学院的教学需要而编写的教材。本书针对21世纪新材料的发展趋势，总结概括了几种传统及热点形态材料和新材料的常用合成和制备方法。通过本课程的学习，能够使学生对传统及几种常见新材料制备方法的发展概况、制备原理、操作设备以及制备工艺方法等有一定的了解和掌握。

本书内容涉及金属材料、无机非金属材料、高分子材料等传统工程材料，以及单晶材料、非晶材料、薄膜材料和纳米材料等新型材料的制备技术和过程。前几章简要介绍传统材料的制备技术，然后重点介绍了新材料的制备技术，力图系统、连贯、简洁，使学生在了解和熟悉冶金、粉末冶金这些经典的材料制备方法的基础上，学习掌握新型材料的各种制备技术，最后简要介绍了功能陶瓷的制备技术。本教材适合材料各专业本科教学使用。

本书第1章由河南科技大学文九巴编写，第2章由河南科技大学任凤章编写，第3章、第9章、第4章第1～2节由河南科技大学熊毅编写，第4章第3节、第5章、第6章由河南科技大学马景灵编写，第7章、第8章由燕山大学曲明贵编写，全书由马景灵主编，熊毅、曲明贵副主编。本教材在内容上参考和借鉴了许多传统教材以及最近的有关材料制备技术的论文和资料，主要参考文献列于书后，在此谨向所有参考文献的作者诚致谢意。

本书不但是材料类本科专业学生的教材，而且也可以作为研究生和从事材料工作技术人员的参考书。

限于作者水平，在编写中难免存在着疏漏和不妥之处，恳切希望同行和读者批评指正，以利于今后的补充、修改和完善。

编者

2016年6月

【作者简介】

马景灵，河南科技大学材料科学与工程学院，副教授，2010年起，担任河南科技大学材料学院金属材料工程专业本科生《材料合成与制备》任课教师。

【目录】

第1章引言1

1.1材料与工程材料1

1.1.1材料1

1.1.2材料科学与工程1

1.1.3工程材料的分类2

1.2材料合成与制备3

1.2.1材料合成与制备的概念3

1.2.2材料合成与制备的意义4

1.3本课程的学习内容和方法4

1.4材料合成与制备的发展5

参考文献5

思考题6

第2章常用金属材料的制备7

2.1冶金工艺7

2.1.1火法冶金7

2.1.2湿法冶金8

2.1.3电冶金8

2.2钢铁材料的制备9

2.2.1生铁的冶炼10

2.2.2钢的冶炼14

2.2.3铸铁的熔制16

参考文献19

思考题19

第3章陶瓷材料的制备21

3.1陶瓷材料的分类与显微组织21

3.1.1陶瓷材料的分类21

3.1.2陶瓷材料的显微组织21

3.2陶瓷材料的特性与发展前景23

3.2.1陶瓷材料的特性23

3.2.2陶瓷材料的发展前景24

3.3陶瓷材料的制备25

3.3.1传统陶瓷的制备过程25

3.3.2特种结构陶瓷的制备过程30

3.4工程陶瓷材料的应用实例32

3.4.1发动机用高温高强度陶瓷材料32

3.4.2超硬工具陶瓷材料32

3.4.3超高压合成材料33

3.4.4透明陶瓷34

参考文献34

思考题34

第4章高分子材料的制备35

4.1概述35

4.1.1常用名词35

4.1.2高分子材料的发展史36

4.1.3高分子材料的分类和命名36

4.2高聚物的结构37

4.3塑料、橡胶、纤维三大合成材料38

4.4高分子材料的制备38

4.4.1高分子聚合反应39

4.4.2自由基聚合方法40

4.4.3缩聚反应方法45

参考文献46

思考题47

第5章单晶材料的制备48

5.1概述48

5.1.1单晶48

5.1.2单晶的制备方法48

5.2固相-固相平衡的晶体生长49

5.2.1形变再结晶理论49

5.2.2应变退火及其工艺设备52

5.2.3利用烧结体生长晶体54

5.3液相-固相平衡的晶体生长(熔体法)54

5.3.1从液相中生长晶体的一般理论54

5.3.2定向凝固法62

5.3.3提拉法66

5.3.4区域熔化技术68

5.4常温溶液法68

5.4.1基本原理68

5.4.2晶体生长方法69

5.5高温溶液法70

5.5.1基本原理70

5.5.2晶体生长方法简介71

5.5.3晶体生长实例光折变材料BaTiO3的晶体生长72

参考文献72

思考题73

第6章非晶材料的制备74

6.1概述74

6.1.1非晶材料的基本概念74

6.1.2非晶态合金的结构特点76

6.1.3非晶态合金的特性及发展应用76

6.2非晶态材料的形成理论79

6.2.1热力学理论79

6.2.2动力学理论80

6.2.3结构化学理论81

6.2.4非晶态的形成与稳定性理论82

6.2.5非晶态材料的结构模型83

6.3非晶态材料的制备原理与方法86

6.3.1非晶态材料的制备原理86

6.3.2非晶态材料的制备方法87

6.3.3非晶态材料制备技术举例91

参考文献99

思考题100

第7章薄膜材料的制备101

7.1物理气相沉积——真空蒸镀101

7.1.1真空蒸发镀膜102

7.1.2蒸发的分子动力学基础103

7.1.3真空蒸发镀膜的纯度103

7.1.4蒸发源103

7.1.5合金、化合物的蒸镀方法106

7.2物理气相沉积溅射镀膜109

7.2.1气体放电理论109

7.2.2几种典型的溅射镀膜方法113

7.2.3离子成膜117

7.3化学气相沉积119

7.3.1基本概念119

7.3.2反应原理120

7.3.3影响CVD薄膜的主要参数122

7.3.4CVD设备122

7.3.5CVD装置124

7.4三束技术与薄膜制备125

7.4.1分子束外延125

7.4.2激光辐照分子外延126

7.4.3准分子激光蒸发镀膜方法128

7.4.4等离子体法制膜技术130

7.4.5离子束增强沉积表面改性技术132

7.5液相反应沉积133

7.5.1液相外延技术133

7.5.2化学镀133

7.5.3电化学沉积133

7.5.4溶胶-凝胶法133

参考文献135

思考题136

第8章纳米材料的制备137

8.1概述137

8.1.1纳米材料的分类及微观结构137

8.1.2纳米材料的特性138

8.1.3纳米材料研究的特点138

8.1.4纳米材料的性能和应用139

8.2纳米材料制备技术142

8.2.1纳米材料制备技术现状142

8.2.2物理法制备纳米材料143

8.2.3化学法制备纳米材料144

8.3块体纳米材料的制备技术146

8.3.1惰性气体凝聚原位加压成形法146

8.3.2机械合金研磨结合加压成块146

8.3.3非晶晶化法147

8.4SiO2微球的制备方法147

8.4.1纳米SiO2的制备147

8.4.2纳米SiO2的应用领域148

参考文献149

思考题149

第9章功能陶瓷的合成与制备150

9.1功能陶瓷概论150

9.1.1功能陶瓷150

9.1.2功能陶瓷的制备工艺151

9.2高温超导陶瓷153

9.2.1超导体153

9.2.2陶瓷超导材料155

9.2.3超导理论156

9.2.4超导陶瓷的具体结构157

9.2.5超导体主要性能测试158

9.2.6超导陶瓷的制备159

9.2.7超导陶瓷的应用160

9.3敏感陶瓷161

9.3.1热敏陶瓷163

9.3.2压敏陶瓷167

9.3.3气敏陶瓷168

9.3.4湿敏陶瓷170

9.3.5其他敏感陶瓷简介172

9.4压电陶瓷173

9.4.1压电陶瓷概述173

9.4.2压电陶瓷的性能参数173

9.4.3压电陶瓷材料174

9.4.4压电陶瓷的应用176

9.5半导体陶瓷176

9.5.1半导体陶瓷的导电特性176

9.5.2半导体掺杂陶瓷及其应用177

9.5.3陶瓷半导体元件178

9.6磁性陶瓷178

9.6.1磁性陶瓷的磁学基本性能179

9.6.2磁性陶瓷的分类181

9.6.3磁性陶瓷材料及其应用181

参考文献185

思考题186