第1章习题与思考题1.1溶胶-凝胶合成1、名词解释：（1）溶胶；（2）凝胶参考答案（列出了主要内容，根据具体情况自己总结，下同！）：1、溶胶：是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。

分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸在1~100nm之间，这些固体颗粒一般由103~109个原子组成。

凝胶(Gel)：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般在1%~3%之间。

2、说明溶胶-凝胶法的原理及基本步骤。

答：溶胶-凝胶法是一种新兴起的制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿化学方法。

其基本原理是：易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经干燥烧结等后处理得到所需材料，基本反应有水解反应和聚合反应。

这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的单多组分混合物(分子级混合)，并可制备传统方法不能或难以制备的产物，特别适用于制备非晶态材料。

溶胶-凝胶法制备过程中以金属有机化合物(主要是金属醇盐)和部分无机盐为前驱体，首先将前驱体溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均匀的溶液，接着溶质在溶液中发生水解(或醇解)，水解产物缩合聚集成粒径为1nm左右的溶胶粒子(sol)，溶胶粒子进一步聚集生长形成凝胶(gel)。

有人也将溶胶-凝胶法称为SSG法，即溶液-溶胶-凝胶法。

3、简述溶胶-凝胶制备陶瓷粉体材料的优点。

答：①制备工艺简单、无需昂贵的设备；②对多元组分体系，溶胶－凝胶法可大大增加其化学均匀性；③反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构；④材料可掺杂的范围较宽（包括掺杂量及种类），化学计量准确，易于改性；⑤产物纯度高，烧结温度低1.2水热与溶剂热合成1、名词解释：（1）水热法；（2）溶剂热法。

水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。

溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。

2、简述水热与溶剂热合成存在的问题？答：（1）水热条件下的晶体生长或材料合成需要能够在高压下容纳高腐蚀性溶剂的反应器，需要能被规范操作以及在极端温度压强条件下可靠的设备。

由于反应条件的特殊性，致使水热反应相比较其他反应体系而言具有如下缺点：a 无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。

b 设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。

c 安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。

(2) 水热反应的反应机理还有待分析。

目前，晶体生长机理的理论体系在某些晶体生长实践中得到了应用，起到了一定的指导作用。

但是，迄今为止，几乎所有的理论或模型都没有完整给出晶体结构、缺陷、生长形态与生长条件四者之间的关系，因此与制备晶体技术研究有较大的距离，在实际应用中存在很大的局限性。

3、请画出水热与溶剂热合成的一般工艺流程图？答：1.3 化学气相沉积法1、名词解释：（1）化学气相沉积；（2）APCVD；（3）LPCVD。

化学气相沉积: 化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。

简单来说就是：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到基片表面上。

APCVD：所谓的APCVD，顾名思义，就是在压力接近常压下进行CVD反应的一种沉积方式。

LPCVD：低压CVD的设计就是将反应气体在反应器内进行沉积反应时的操作能力，降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一种CVD反应。

利用在低压下进行反应的特点，以LPCVD法来沉积的薄膜，将具备较佳的阶梯覆盖能力。

1.4 自蔓延高温合成1、名词解释：自蔓延高温合成。

自蔓延高温合成（self-propagation high-temperature synthesis，简称SHS），又称为燃烧合成（combustion synthesis）技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导做用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。

2、同其它常规工艺方法相比，SHS技术具有的优点是什么？答：SHS技术同其它常规工艺方法相比，具有以下九个方面的优点：（1）节省时间，能源利用充分；(2)设备、工艺简单；（3）产品纯度高（因为SHS能产生高温，某些不纯物质蒸发掉了），反应转化率接近100%；（4）不仅能生产粉末，如果同时施加压力，还可以得到高密度的燃烧产品；（5）产量高（因为反应速度快）；（6）扩大生产规模简单，从实验室走向工业生产所需的时间短，而且大规模生产的产品质量优于实验室生产的产品；（7）能够生产新产品，例如立方氮化钽；（8）在燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，非常高的加热和冷却速率，使生成物中缺陷和非平衡相比较集中，因此某此产物比用传统方法制造的产物史具有活性，更容易烧结；（9）可以制造某些非化学计量比的产品、中间产物以及亚稳定相等。

1.5 等离子体合成1、名词解释：（1）等离子体；（2）放电等离子体烧结；（3）物质的四态。

等离子体：等离子体就是指电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体，放电等离子体烧结：也称等离子活化烧结，是指利用脉冲电流产生的脉冲能，放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术物质的四态：是宇宙中物质存在的四种状态，包括固、液、气、等离子体四种状态。

第2章特种陶瓷制备原理作业题1、结合本课程学习情况，请谈谈目前国内特种陶瓷的发展现状以及今后的发展趋势。

答案要点：1）谈发展现状。

我国的特种陶瓷是五六十年代为支撑我国“两弹一星”的研制而发展起来的。

通过国家从“六五”到“十一五”的科技攻关，以及“863”计划、“973”计划的重点支持，特种陶瓷从研究开发到应用和产业化都取得了很大的进展。

经过几十年的发展，陶瓷基片、陶瓷电容器、陶瓷滤波器、压电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、绝缘陶瓷、泡沫陶瓷等等，都已实现了产业化。

目前特种陶瓷已形成了一个具有相当规模的新材料产业。

据国家统计局数据显示，截止2006年，我国共有规模以上特种陶瓷制造企业397家，实现工业总产值185亿元，其中从事功能陶瓷的单位占70%，从事结构陶瓷的单位占30%，主要分布在山东、江苏、湖南、江西、辽宁、福建、上海、广东等省市。

有关数据统计，2010年我国特种陶瓷产值达到400多亿元，市场需求巨大。

2）特种陶瓷产品的发展趋势。

在未来十年内，特种陶瓷的发展状况将仍以功能陶瓷为主轴，同时带动结构陶瓷的发展。

随着能源开发、空间技术、电子技术、激光技术、光电子技术、红外技术、传感技术等新技术的发展，对材料的结构和功能特性将提出越来越高要求，开发和有效利用高性能、多功能材料引人瞩目。

陶瓷材料具有从脆性到超塑性、从绝缘到超导、从隔热到导热、从柔软到超硬以及耐高温、耐腐蚀、质量轻等特点，其性能变化范围之大、材料组成之多是金属材料和有机高分子材料无法相比，因而成为新材料的发展重心。

如今，在新材料世界里，陶瓷材料与金属材料、有机高分子材料形成三足鼎立之势，同时它们又互相复合，取长补短，成为推动科学技术发展和人类社会进步的物质基础。

特种陶瓷虽然发展很快，但在相关技术上还有待完善和提升。

为了更好地推动特种陶瓷的研发和应用，实现商品化生产，今后的研究与开发重点主要是：(1)高纯超细粉末原料的产业化制备技术和产品的系列化、标准化。

(2)高性能陶瓷的特殊成型、烧结、精密加工技术研究。

(3)特种陶瓷基础技术的研究，包括材料设计、模拟仿真、烧结机理、检测技术等。

(4)特种陶瓷的薄膜化或非晶化技术研究。

(5)新型功能陶瓷包括敏感陶瓷、叠层陶瓷、生物陶瓷与超导陶瓷的研究。

(6)陶瓷的纤维化技术以及纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术和连续化工艺装备研究。

(7)高性能工程陶瓷：包括陶瓷发动机、燃气轮机、高温密封阀、轴承、泵、风机、炼钢轧辊、喷管等的研制。

(8)多孔陶瓷特别是用于熔融金属过滤和高温粉尘、废气处理的泡沫陶瓷研制。

(9)陶瓷与陶瓷或陶瓷纤维与其它材料的复合技术研究。

2、何谓粉体的粒度和粒度分布？答：粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸，这是所有颗粒的平均大小。

粒度分布是指各种不同大小颗粒所占的百分比。

分为频率分布和累积分布。

频率分布表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量；累积分布表示小于或大于某一粒径的粒子占全部颗粒的百分含量。

3、粉体的各种制备方法中，试比较机械粉碎法、固相法、液相法、气相法的优缺点。

答：机械粉碎法：优点是操作简单，直接由粗颗粒来获得细粉。

缺点是所得粉体纯度小，均匀性不好，不易获得粒径在1um以下的微细颗粒。

后三种方法与机械粉碎法相比，优点是纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细，并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。

固相法：通常需要较复杂的设备，且不易控制粉体颗粒，合成过程中反应较复杂。

液相法：易控制组成，能合成复合氧化物粉；添加微量成分很方便，可获得良好的混合均匀性等。

但是必须严格控制操作条件，才能使生成的粉末保持溶液所具有的、在离子水平上的化学均匀性。

气相法：１）金属化合物原料具有挥发性，容易精制（提纯），而且生成粉料不需要进行粉碎，另外，生成物的纯度高；２）生成颗粒的分散性良好；３）只要控制反应条件，易得到颗粒直径分布范围较窄的微细粉末；４）容易控制气氛。

4、什么是一次颗粒？二次颗粒？颗粒团聚原因有哪几种？答：一次颗粒——是指粉体颗粒中没有堆积、絮联等结构的最小单元。

二次颗粒——是指发生了一定程度团聚的颗粒。

粉体颗粒发生团聚的原因主要有以下五种：1）分子间的范德华引力；2）颗粒间的静电引力；3）吸附水分的毛细管力；4）颗粒间的磁引力；5）颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。

5、陶瓷的成形方法有哪些？试分别叙述其优缺点？答：1）注浆成型。

适应于制造大型的、形状复杂的、薄壁的产品。

此法设备简单，对大小和形状复杂的制品都适用，但劳动强度大，占地面积大，生产周期长，不利于机械化和自动化操作，制品质量差，产量低。

2）热压铸成型。

它是利用石蜡的热流性特点，与坯料配合，使用金属模具在压力下进行成型的，冷凝后坯体能保持其形状。