上海交通大学：《能源材料——原理与应用》课程教学资源（课件讲稿）03 能源材料化学基础（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

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，… …