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第1章 材料设计1

1.1 材料设计概述1

1.1.1 材料设计的含义1

1.1.2 材料设计的范围和层次1

1.1.3 材料设计的发展阶段2

1.1.4 现代材料设计的几个环节3

1.1.5 材料设计的发展趋势及反思4

1.2 材料设计的途径5

1.2.1 材料知识库和数据库技术5

1.2.2 材料设计专家系统7

1.2.3 材料设计中的计算机模拟7

1.3.1 局域密度近似8

1.3 材料计算的主要方法8

1.3.2 密度泛函理论的离散变分方法10

1.3.3 准粒子方程，GW近似11

1.3.4 第一性原理分子动力学方法12

1.3.5 量子化学计算方法12

1.3.6 范数不变赝势15

1.3.7 紧束缚方法16

1.3.8 蒙特卡罗方法17

1.3.9 分子动力学方法19

1.3.1 0有限元法21

第2章 超细粉体制备工艺23

2.1 机械粉磨法23

2.1.1 普通机械粉磨法及其原理23

2.1.2 其它机械粉磨方法23

2.2 固相合成法24

2.2.1 固相反应法25

2.2.2 固相热分解法27

2.2.3 固态置换法27

2.2.4 自蔓延高温合成法27

2.2.5 机械合金化法29

2.3 气相法30

2.3.1 气相化学反应法30

2.3.2 激光诱导化学气相沉积法32

2.3.3 等离子体法34

2.3.4 化学蒸发凝聚法35

2.3.5 物理气相沉积法35

2.4.1 沉淀法37

2.4 液相法37

2.4.2 溶胶－凝胶法41

2.4.3 微乳液法47

2.4.4 水热法50

2.4.5 低温燃烧合成54

2.5 溶剂蒸发法56

2.5.1 酒精干燥法56

2.5.2 冷冻干燥法57

2.5.3 热煤油干燥法58

2.5.4 喷雾干燥法58

2.5.5 喷雾热分解法59

2.5.6 喷雾反应法60

2.6 凝胶固相反应法61

3.2.1 粉料颗粒尺寸和比表面测定63

3.2 原料粉体的处理63

第3章 功能陶瓷制备工艺63

3.1 功能陶瓷设计的基本框架63

3.2.2 粉料混磨64

3.3 成型64

3.3.1 粉体成型的添加剂64

3.3.2 模压成型67

3.3.3 等静压成型68

3.3.4 可塑成型72

3.3.5 胶态成型74

3.3.6 原位凝固胶态成型82

3.4 坯体的干燥90

3.4.1 干燥的目的90

3.4.2 干燥机理91

3.4.3 干燥方法93

3.4.4 干燥参数的确定95

3.4.5 坯体干燥与烧结的收缩率96

3.5 烧结96

3.5.1 烧结方法97

3.5.2 烧结的影响因素101

3.6 陶瓷显微结构的变化102

3.7 烧结后材料的加工处理及几何检测105

3.7.1 加工处理105

3.7.2 几何检测105

第4章 功能薄膜制备工艺106

4.1 所用基片及其处理方法106

4.1.1 基片类型106

4.1.2 基片的清洗108

4.1.3 基片的表面处理112

4.2 真空蒸镀法115

4.2.1 蒸发过程115

4.2.2 蒸发源116

4.2.3 化合物的蒸镀方法119

4.3 溅射成膜120

4.3.1 溅射方法的基本原理120

4.3.2 二极辉光放电型溅射120

4.3.3 二极磁控溅射123

4.3.4 三极或四极等离子体溅射125

4.3.5 离子束溅射镀膜125

4.4.1 分子束外延生长的特点126

4.4 分子束外延生长法126

4.4.2 分子束外延法的装置127

4.4.3 分子束外延生长法制备Ⅲ-VA族半导体薄膜127

4.4.4 分子束外延生长法制备Ⅲ-VA族以外半导体薄膜128

4.5 薄膜的生长过程及分类130

4.5.1 核生长型130

4.5.2 层生长型131

4.5.3 层核生长型132

4.6 液相外延133

4.6.1 倾浸法133

4.6.2 滑浸法133

4.6.3 顶浸法133

4.7.2 衬底温度的影响134

4.7 影响薄膜结构的因素134

4.7.1 蒸发速率的影响134

4.7.3 蒸发原子入射方向的影响135

4.7.4 真空度的影响136

4.8 化学气相沉积136

4.8.1 CVD反应原理136

4.8.2 影响CVD薄膜的主要参数139

4.8.3 CVD设备140

4.8.4 等离子体强化CVD方法142

4.8.5 有机金属化学气相沉积143

4.9 溶胶－凝胶方法147

4.9.1 制膜工艺147

4.9.2 溶胶－凝胶镀膜方法的应用前景149

4.10.1基本原理及相关物理过程150

4.10 脉冲激光沉积法150

4.10.2技术特点与优势151

4.10.3制膜工艺152

4.11 离化团簇束成膜153

4.11.1基本原理153

4.11.2薄膜生长机理154

4.11.3 ICB方法的应用156

4.12 有机薄膜生长——朗缪尔－布洛吉特法156

4.12.1膜层展开操作157

4.12.2叠积操作157

4.13 薄膜材料的设计160

5.1.1 相变的基本条件161

5.1 晶体成核理论161

第5章 人工晶体的生长方法161

5.1.2 相变驱动力163

5.2 晶体生长理论167

5.2.1 晶核的形成167

5.2.2 晶体生长过程和形态168

5.2.3 完整晶面生长169

5.3 溶液中生长晶体170

5.3.1 饱和与过饱和170

5.3.2 降温法171

5.3.3 恒温蒸发法172

5.3.4 循环流动法173

5.3.5 温差水热法173

5.3.6 凝胶法177

5.3.7 溶液中生长晶体的一般步骤180

5.4 熔体中生长晶体181

5.4.1 提拉法181

5.4.2 坩埚下降法186

5.4.3 焰熔法189

5.4.4 导模法191

5.4.5 冷坩埚法194

5.4.6 熔盐法194

5.4.7 区熔法197

5.4.8 浮区法198

5.4.9 基座法199

5.5 气相生长法199

5.6 固相生长法199

5.6.1 形变再结晶理论200

5.6.2 利用烧结的再结晶201

5.6.3 利用退火的再结晶202

5.7 晶体材料的加工技术203

5.7.1 晶体的定向203

5.7.2 晶体的切割204

5.7.3 晶体的研磨205

5.7.4 晶体的抛光205

5.8 人工晶体的设计206

第6章 非晶态材料制备工艺207

6.1 非晶态材料的基本特征和结构模型207

6.1.1 非晶态材料的基本特征207

6.1.2 非晶态材料的结构模型208

6.2.1 非晶态固体形成的动力学理论209

6.2 非晶态固体形成理论209

6.2.2 有利于非晶态形成的因素211

6.3 非晶态材料的制备方法211

6.3.1 传统熔体冷却法212

6.3.2 高速熔体冷却法215

6.3.3 雾化法217

6.3.4 激光熔凝法218

6.3.5 乳化液滴法218

6.3.6 固态方法219

6.3.7 电化学方法——阳极氧化220

6.3.8 气相急冷技术220

6.3.9 其它方法221

6.4 非晶态材料的设计223

第7章 功能高分子材料制备工艺225

7.1 功能高分子材料功能化方法225

7.1.1 功能基单体的聚合方法225

7.1.2 高分子材料的功能化227

7.1.3 特殊加工赋予材料特定的功能228

7.2 功能高分子材料的制备228

7.2.1 离子交换树脂的合成与制备228

7.2.2 高分子液晶的合成与制备231

7.2.3 导电高分子材料的合成与制备238

第8章 功能复合材料制备工艺 .244

8.1 功能复合材料基础244

8.1.1 复合材料的分类244

8.1.2 功能复合材料的设计245

8.1.3 功能复合材料类别及应用情况247

8.1.4 功能复合材料的发展趋势247

8.2 功能复合材料的制备工艺248

8.2.1 化学气相渗透制备功能复合材料248

8.2.2 颗粒弥散型陶瓷基功能复合材料的制备工艺259

8.2.3 连续纤维增强陶瓷基功能复合材料的制备工艺260

8.2.4 纳米陶瓷功能复合材料的制备工艺262

8.2.5 有机－无机纳米复合材料的制备工艺264

8.3 梯度功能复合材料271

8.3.1 梯度功能复合材料概述271

8.3.2 梯度功能复合材料的制备工艺272

8.3.3 梯度功能复合材料的设计274

主要参考文献277