第二章 能源材料化学基础 二、能源材料制备技术 粉体-薄膜块体
第二章 能源材料化学基础 二、能源材料制备技术 粉体-薄膜-块体
材料的化学成分和矿物组成 材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。 ·化学成分是指材料中含有的化学元素的形态。 ·矿物组成是指材料中各个物质的种类及含量。 材料组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着决 定性的作用。 ·材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨 大差异
材料的化学成分和矿物组成 材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。 • 化学成分是指材料中含有的化学元素的形态。 • 矿物组成是指材料中各个物质的种类及含量。 • 材料组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着决 定性的作用。 • 材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨 大差异
材料的体相结构影响 ·A、B为两种钢材的金相照片，两者化学组成接近， 主要差别是碳含量不同，A小于0.2%和B则为0.2%~ 0.4%,但显微结构则差别较大。 A：具有较好的冷、热变形等 B:强度较高 工艺性能，但强度较低
• Ａ、Ｂ为两种钢材的金相照片，两者化学组成接近， 主要差别是碳含量不同，Ａ小于0.2％和Ｂ则为0.2％～ 0.4％，但显微结构则差别较大。 A B Ａ：具有较好的冷、热变形等 工艺性能，但强度较低 Ｂ：强度较高 材料的体相结构影响
材料的体相结构影响 材料的结构是指材料的微观组织状态。材料的化学组成相同，微观结构 的差别将导致材料性能的差异。 如图：化学组成相同的水泥熟料，由于A的显微结构发育良好，B则不 然，结果在比表面积相似的情况下，A熟料的3d、28d(d=day天)抗 压强度分别比B熟料高10.7MPa和6.8MPa。 244m 24m A B 化学组成相同，微观结构不同的两种熟料
材料的体相结构影响 • 材料的结构是指材料的微观组织状态。材料的化学组成相同，微观结构 的差别将导致材料性能的差异。 • 如图：化学组成相同的水泥熟料，由于Ａ的显微结构发育良好，Ｂ则不 然，结果在比表面积相似的情况下，Ａ熟料的３ d、２８ d(d=day 天)抗 压强度分别比Ｂ熟料高10.7 MPa和6.8 MPa。 Ａ Ｂ 化学组成相同，微观结构不同的两种熟料
口从材料结构角度考虑，无论何种大小的颗粒， 都可以认为是由内部结构和表层结构组成。表 层结构与内部结构不同。表层结构集中在表层 的几个原子范围内。 口按照结构决定材料性质这一基本准则，可以得 出结论：颗粒内部的性质与表层的性质是不同 的；当颗粒较大时，表层原子所占的比例较小， 因而可以不考虑由此产生的影响。随着考虑的 不断细化，大量的内部原子移至表面，表层结 构对材料性质的影响就将成为主要因素
从材料结构角度考虑，无论何种大小的颗粒， 都可以认为是由内部结构和表层结构组成。表 层结构与内部结构不同。表层结构集中在表层 的几个原子范围内。 按照结构决定材料性质这一基本准则，可以得 出结论：颗粒内部的性质与表层的性质是不同 的；当颗粒较大时，表层原子所占的比例较小， 因而可以不考虑由此产生的影响。随着考虑的 不断细化，大量的内部原子移至表面，表层结 构对材料性质的影响就将成为主要因素
材料的制备技术 对固体材料来说，全部固体物质的制备和 合成方法均可以应用于其制备中。 ·材料的物理形态和化学结构往往对材料的 性质起着相当大的，有时甚至是决定性的 作用。 化学合成方法并不是材料合成与制备的全 部，材料还有其本身特殊的合成和制备机 制
材料的制备技术 • 对固体材料来说， 全部固体物质的制备和 合成方法均可以应用于其制备中。 • 材料的物理形态和化学结构往往对材料的 性质起着相当大的，有时甚至是决定性的 作用。 • 化学合成方法并不是材料合成与制备的全 部，材料还有其本身特殊的合成和制备机 制
固体材料的分类 > 金属材料（metallic materials) 黑色金属（Ferrous metals) 有色金属(nonferrous metals)) > 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials) > 高分子材料(polymers) > 复合材料(composites) 金属基复合材料(MMC,Metal Matrix Composites) 陶瓷基复合材料(CMC,Ceramics Matrix Composites) 聚合物基复合材料(PMC,Polymer Matrix Composites)
固体材料的分类 金属材料（metallic materials) 黑色金属（Ferrous metals) 有色金属（nonferrous metals) 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials) 高分子材料(polymers) 复合材料（composites) 金属基复合材料（MMC, Metal Matrix Composites） 陶瓷基复合材料（CMC, Ceramics Matrix Composites） 聚合物基复合材料（PMC, Polymer Matrix Composites）
粉体材料及其制备技术 1粉体材料概述 在20世纪80年代之前，粉体材料的发展历史基 本上就可以看成是陶瓷材料的发展历史。陶瓷材料的 几次重大的飞跃都是在粉体材料发展的基础上实现的
1 粉体材料概述 在 20 世纪 80 年代之前，粉体材料的发展历史基 本上就可以看成是陶瓷材料的发展历史。陶瓷材料的 几次重大的飞跃都是在粉体材料发展的基础上实现的。 粉体材料及其制备技术
·以粉末的成型和烧结固化为主线的材料制备 技术，粉末制备是最重要的初始环节，它直 接影响到原料粉的品质和烧成材料的性质 ·在大量的研究中形成了一个共识：材料晶粒 越细，材料的力学性能就越优越。因此，人 们在陶瓷及粉末冶金领域正不断地努力，力 求制备出更细微的粉末原料。 ·粉末材料除了作为烧结材料的原料外，还以 填充物的形式大量使用。 ·粉末材料还可以直接应用
• 以粉末的成型和烧结固化为主线的材料制备 技术，粉末制备是最重要的初始环节，它直 接影响到原料粉的品质和烧成材料的性质。 • 在大量的研究中形成了一个共识：材料晶粒 越细，材料的力学性能就越优越。因此，人 们在陶瓷及粉末冶金领域正不断地努力，力 求制备出更细微的粉末原料。 • 粉末材料除了作为烧结材料的原料外，还以 填充物的形式大量使用。 • 粉末材料还可以直接应用
粉体材料的应用领域举例 必农业：粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料等 冬矿业：金属矿石的粉碎研磨、非金属矿的深加工等 治金：粉末治金、治金原料处理等 印刷：油墨生产、复印用的碳粉等 必医药：粉剂、中药精细化、喷雾施药 化工：涂料、油漆 必能源：煤粉燃烧、固体火箭推进剂、催化剂 机械：微粉磨料、铸造砂型等 环境：吸附材料、催化剂，……
粉体材料的应用领域举例 农业：粮食加工、化肥、粉剂农药、饲料等 矿业：金属矿石的粉碎研磨、非金属矿的深加工等 冶金：粉末冶金、冶金原料处理等 印刷：油墨生产、复印用的碳粉等 医药：粉剂、中药精细化、喷雾施药 化工：涂料、油漆 能源：煤粉燃烧、固体火箭推进剂、催化剂 机械：微粉磨料、铸造砂型等 环境：吸附材料、催化剂，… …