材料學(xué)科發(fā)展概況與制備材料新技術(shù)-在線瀏覽
2025-02-09 05:24本頁面
【正文】 工程系寬口徑培養(yǎng)材料人才已成為各國高校的普遍選擇材料科學(xué)與工程的特點l 為交叉學(xué)科l 是合成制備 — 組成結(jié)構(gòu) — 性質(zhì) — 使用效能四位一體、相互關(guān)聯(lián)的知識開發(fā)與應(yīng)用的學(xué)科體系l 面向材料開發(fā)與有效運用，有很強的應(yīng)用背景 新 材 料 新材料是指新近研制成功或正在研制中的，具有較傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的性能或特殊功能，對高技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展具有推動作用的一類材料。168。當(dāng)今制備材料新技術(shù)的主要特點l 利用超高溫、超高壓、超高真空、微重力、強磁場、強輻射、急速冷卻等極端條件l 對材料制備的工藝過程和組織結(jié)構(gòu)實施嚴(yán)格監(jiān)控l 溶膠－凝聚技術(shù)l 等離子體技術(shù)l 激光技術(shù) 溶膠－凝膠 (SolGel)技術(shù) 即金屬有機或無機化合物 (前驅(qū)物 )經(jīng)溶液 溶膠 凝膠 干燥固化，在溶膠或凝膠狀態(tài)下成型 (纖維、薄膜、塊體 )，再經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為氧化物或其它化合物固體材料的方法，是應(yīng)用膠體化學(xué)原理制備無機材料的濕化學(xué)方法，已成為受到普遍重視的無機材料制備新技術(shù) SolGel工藝方法l 傳統(tǒng)膠體法l 水解聚合法l 絡(luò)合物法方法 特點 前驅(qū)物 凝膠的化學(xué)特征 適用傳統(tǒng)膠體法通過調(diào)節(jié) pH值或加入電解質(zhì)中和顆粒表面電荷，再經(jīng)溶劑蒸發(fā)促使顆粒形成凝膠無機化合物 1 凝膠中固相成分含量高2 凝膠由稠密顆粒間的分 子間力建立3 凝膠強度低，通常不透明粉體薄膜水解聚合法通過前驅(qū)物的水解和聚合形成溶膠和凝膠金屬醇鹽 1 凝膠由前驅(qū)體水解產(chǎn)生的 無機聚合物建立2 凝膠與溶膠體積相當(dāng)3 凝膠化進(jìn)程控制時間4 凝膠是透明的薄膜塊體纖維粉體絡(luò)合物法由絡(luò)合反應(yīng)形成具有較大或復(fù)雜配體的絡(luò)合物金屬醇鹽硝酸鹽乙酸鹽1 凝膠由絡(luò)合物通過氫鍵 建立2 凝膠在水中能液化3 凝膠是透明的薄膜粉體纖維 水解聚合法的工藝原理水解聚合工藝流程 （ 1）均相溶液的制備l 為確保醇鹽水解在分子水平上進(jìn)行，須先制備醇鹽與水的均相溶液，再加水水解l 因醇鹽水溶性差，需加入既與醇鹽互溶、又與水互溶的醇類 ，其加入量須保證避開三元不混溶區(qū)（ 2）溶膠的形成原理水解反應(yīng) ： 酸性 ： (RO)3SiOR + H3O+ 親電取代 (RO)3SiOH + HOR + H+ 堿性 ： (RO)3SiOR + OH 親核取代 (RO)3SiOH + OR 縮聚反應(yīng)： 失水縮聚： SiOH + HOSi SiOSi + H2O 失醇縮聚： SiOH + ROSi SiOSi + ROH 酸性條件下，親電取代的活性隨醇鹽分子中－ OR的減少而下降 ,故水解縮聚產(chǎn)物的交聯(lián)度低 。而堿性條件下則容易獲得高交聯(lián)度 （ 3）凝膠化過程 縮聚反應(yīng)形成的聚合物小顆粒逐漸聚集長大形成小粒子簇，后者進(jìn)而相互連接成橫跨整個體系的三維粒子簇連續(xù)固相網(wǎng)絡(luò)，液相則包裹在固相骨架中，失去流動性，由粘彈性的 Newton 體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂杏|變性的 Bingham 體 （ 4）凝膠的干燥l 濕凝膠裹挾著大量的水和溶劑，干燥過程往往伴隨著很大的體積收縮，易引起開裂l 引起凝膠收縮開裂的應(yīng)力主要來自毛細(xì)管力，后者又源于凝膠骨架中液體的表面張力，因而解決開裂問題可從增強固相骨架和消除液相表面張力兩方面入手l 可消除氣液界面的超臨界干燥是受到推崇的有效方法 （ 5）干凝膠的熱處理l 熱處理是使干凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成、結(jié)構(gòu)和性能均滿足設(shè)計要求的無機材料制品l 熱處理伴隨有較大的體積收縮和氣體釋放，故升溫速率不
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