第5篇制备新技术解释.ppt

二．溶胶-凝胶法过程及原理 1．基本反应 1）溶剂化： 2）水解反应： 3）缩聚反应：失醇缩聚、失水缩聚 2．工艺过程及概念 1）工艺过程 2）基本概念 (1)溶胶：纳米尺寸的胶质颗粒与其它液相组织成的混合体 (2)凝胶：由充满容器的固相骨架及充斥其间的液相所组成的混合体。 (3)陈化：凝胶在干燥前的放置 (4)熟化：凝胶的溶解再沉淀过程 图 溶液-凝胶法制备纳米粉体的基本工艺过程 凝胶 湿凝胶 水凝胶 醇凝胶 干凝胶 气凝胶 3．主要工艺因素 1）加水量 加水量增加，线性结构 高交联度结构 2）pH值 酸性：线性结构 碱性：高交联度结构 pH值太高，易形成沉淀 3）醇盐种类及浓度 种类不同，水解、缩聚速度不同 浓度决定碰撞几率 4）水解温度：温度高，反应快。 三．溶胶-凝胶技术的应用 可制备各类材料和薄膜。 本章重点：基本概念,基本反应 纳米银抗菌凝胶 溶胶凝胶法镀膜 气凝胶 * 第5篇 材料制备新技术 快速凝固(RS) 机械合金化（MA） 自蔓延高温合成（SHS） 溶胶凝胶技术（Sol-Gel） 3D打印（3D Printing） 第11章 快速凝固（Rapid Solidification） 11.1概述 1．发展概况 古代冷铁技术 (Duwez)教授50年代采用熔体急冷技术，得到非晶态合金； 非晶晶化得到纳米晶; 新材料制备中的金娃娃（gold baby） 2．概念 快速凝固严格来讲是指凝固速度大于102m/s的凝固过程， 或冷却速度大于104K/s的凝固过程 11.2 快速凝固的基本原理 1.快速凝固的根本条件 凝固时的液-固界面前沿存在大的过冷度。 过冷度↑——相变驱动力↑——凝固速度↑ 见图14-1，图14-2 2.实现快速凝固的基本途径 快速冷却——动力学 抑制形核——热力学 (14-1) 式中： ——异质形核激活能； ——异质形核激活能； ——润湿角 11.3 快速凝固工艺 深过冷方法 雾化法 液体急淬法 原位熔化法 1． 深过冷方法 1．实质：通过抑制液态金属的非均质形核，使其在热力学上达到较高的过冷度，从而实现液态金属快速凝固的工艺。 30年代的研究认为均质形核的临界过冷度约为0.2Tm。 Ge的过冷度达0.58Tm。理论分析认为均质形核过冷度应为2/3Tm。 2.工艺分类 1）循环过热净化：“加热熔化——过热保温——冷却”的热循环过程 2） 熔融玻璃净化：玻璃的粘性吸附和化学反应 3） 电磁悬浮凝固：免除了坩埚壁的污染及形核衬底作用 4）微重力凝固：消除重力对形核影响，如太空 5） 落管法：微重力凝固和无坩埚凝固的双重特征 2． 雾化法 1．概念：通过击碎液态金属，形成高度弥散的液珠并凝固。 2．原理：快速冷却+深过冷 3．工艺分类：参见第9章 3 .液态金属快淬法 a. 单辊法 1）原理，图14-3所示. 2）特点 冷速高：约106K/s 设备简单 容易控制：t∝QA·υ-B 其中t-条带厚度；Q-气体流量；v-单辊转速；A,B-常数 3）产品：条带 b.双辊法 1）原理，图14-4所示。 2）特点 冷速大约在105K/s 可制异形带材 3）产品：薄带或粉末 c. 锤砧法 1）原理，图14-5所示。 2）特点 冷速可达105～106K/s 薄片厚度大 不方便 d. 液体沾出法 1）原理，图14-6所示。 2）特点 无需喷嘴 适应性强 冷速：104K/s 3）产品：粉 e．其他 液体拉丝法、悬挂法、枪法等。 4．原位熔化法 a．原理，图14-7所示。 b．特点 冷速极高 表面处理 11.4 快速凝固合金的组织与结构特征 1． 形成过饱和固溶体  (14-3) 式中 —随温度变化的平衡溶质分配系数； ，溶质截留动力学参数，其中 为与原子间距有关的常数， 为原子在液固界面的扩散系数； —枝晶生长速度。随生长速度 的增加， K 值趋近于1。 