西安交通大学无机非金属材料合成与制备 课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 无机非金属材料合成与制备 Synthesis and Preparation of Inorganic Non-metal Materials 课程编号 MATL502202 课程学分 2 总学时 32 学时分配 理论: 32 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 材料科学基础，物理化学，材料力学性能 教材、参 考书及其 他资料 使用教材： [1]高积强. 无机非金属材料制备技术.西安交通大学讲 义，2002. 参考教材： [1] 高积强，杨建锋，王红洁. 无机非金属材料制备方 法.西安：西安交通大学出版社，2009. [2] 金志浩，高积强，乔冠军. 工程陶瓷材料. 西安，西 安交通大学出版社，2000. [3]〔英〕理查德 J. 布鲁克主编. 陶瓷工艺，北京，科 学出版社，1999
二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程从无机材料的制备工艺出发，以无机材料的合成与制备为核心，为学 生系统讲授陶瓷材料的合成技术、制备技术、以及制备方法的应用。主要培养学 生利用理论知识解决实际工程问题的能力，全面了解无机非金属材料的制备技术， 使学生能够在分析零件的服役环境和基本要求的基础上，选择陶瓷材料及制备工 艺流程。 课程教学中，要求教师既要给学生讲授无机非金属材料的扩散、化学反应、 相变、致密化机理等基础理论知识，还要强调基于陶瓷材料的各种制备工艺及原 理，以及制备技术的实际应用，全面理解制备工艺与材料性能的关系，让学生从 材料的服役环境出发，选择出相应的粉体合成工艺，以及材料成形及烧结制备工 艺方法，锻炼学生理论结合实际的能力。通过实验课程训练，使学生掌握陶瓷粉 体的合成技术，无机材料不同制备工艺，了解陶瓷材料密度及气孔率测试方法和 原理。通过文献调研训练，使学生了解无机材料制备技术的最新研究动态，建立 终身学习的意识，并掌握查阅文献资料的能力，不断追求最新的知识理论，发展 和完善知识体系。结合无机材料科学的发展前沿，锻炼学生发现问题、解决问题 的能力。 通过该课程的系统学习，要求学生掌握无非金属材料的粉体合成制备的基础 理论和工艺，重点掌握陶瓷材料的成型、烧结工艺过程和特点，掌握几种常用工 程结构陶瓷材料的晶体结构、制备工艺、性能与应用，在此基础上熟悉实际工程 问题中的工艺选择原则。课程组织学生分组讨论，每一组一名组长和若干组员， 共同完成老师布置的课题，并以 PPT 讨论的形式，锻炼学生查阅文献资料的能力， 以及沟通交流与表达的能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 陶瓷材料领域基础知识理解能力 掌握无机非金属材料合成与制备的基本工艺技术路线、基本工艺参数要求及 特点，了解无机非金属粉体、薄膜的化学、物理制备技术及特点，掌握无机块体 材料制备工艺中所主要采用的成型、烧结技术与设备，了解陶瓷材料密度及气孔 率测试方法。 2 复杂工程问题分析能力 能够运用陶瓷材料的相关知识，对陶瓷材料在实际应用中的复杂工程问题进 行制备技术分析。能够对比分析不同制备工艺的优缺点，了解不同的工艺因素对 制备材料的影响规律，分析不同制备工艺获得的陶瓷材料组织与性能特点，根据
陶瓷材料强韧化理论和陶瓷材料的制备工艺，提出多种解决方案和途径，获得有 效结论。 支撑毕业要求指标点 3-1:掌握材料单元、部件、系统或工艺在全周期、全 流程设计/开发的基本方法和技术，了解各种因素对材料设计目标和技术方案 的影响。 3 材料与工艺设计与创新能力 针对特定的应用领域分析其复杂的服役环境，根据陶瓷材料服役条件和选择 的材料体系，参考已有工艺技术和最新文献，制定系统全面的制备工艺路线，在 材料选择和制备工艺设计中体现创新意识，获得优化的解决方案。 支撑毕业要求指标点 4-1：基于材料科学原理，针对材料领域复杂工程问 题，通过文献检索调研、分析现有或相近问题的解决方案。 4 与同行沟通交流能力 培养学生沟通与交流能力，使学生能够针对材料领域复杂工程问题，撰写问 题来源、现状和解决措施等，并能有效地与班级同学或小组成员进行交流沟通。 5 终身学习与适应社会发展的能力 通过自学环节，有效培养学生的自学能力，锻炼查阅文献的能力，强化终身 学习意识。 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课程目 标 1 课程目 标 2 M 课程目 标 3 M 课 程 目 标 4 课 程 目 标 5 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介
序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 1 绪论 1.1. 前言 1.2. 陶瓷材料制备过程概述 1.3. 传统陶瓷制备技术概要 陶瓷材料的特点及应用、目前 存在的问题、陶瓷材料制备的 基本工艺、各工艺过程的评价 指标、传统陶瓷原料及制备技 术 5 2 2 固态反应制备技术 2.1. 固态反应分类及其实例 2.2. 固态反应推动力和支配反应速度 的过程 固态反应定义、固态反应类 型、固态反应现象的特征变 化、固态反应中的扩散、支配 反应速度的过程、氧化铝及 碳化硅粉体的制备技术。 3 3 3 气态参与反应的制备技术 3.1.固体表面反应 3.2.化学传输反应 3.3 化学传输反应技术及其应用 3.4.化学气相沉积(CVD)技术及其应用 3.5. 气相法制备纳米微粉 氧化、表面蒸发、化学传输反 应、闭管扩散法、开管气流法、 化学传输反应的应用、CVD 反 应体系及工艺、纳米粉末 4 4 4 湿化学制备技术 4.1. 湿化学制备技术基础 4.2. 溶胶-凝胶(sol-gel)工艺制备技术 4.3. 其他液相制备技术 溶液中粒子生长，溶胶的概 念，溶胶的形成，胶体扩散双 电层，DLVO 理论，凝胶的概 念，溶胶-凝胶(sol-gel)工 艺，沉淀法，水热合成法 3 5 5 聚合物热解制备技术 5.1. 聚合物热解工艺过程 5.2. 聚合物热解工艺制备工程陶瓷材 料 无机聚合物、聚合物的合成与 热解，热解制备陶瓷材料的特 点、性能与应用 3 6 6 晶体生长技术 6.1. 单晶生长技术分类和热力学基础 6.2. 主要晶体生长技术 晶体生长及技术分类，相平衡 和相率，熔体生长，梯度炉法， 火焰熔融技术，晶体提拉法， 渣壳熔炼，区域熔炼技术，液 体生长 3
7 7 粉体成型技术 7.1. 模压与冷等静压成型基础 7.2. 可塑成型技术基础 压制行为，生坯密度变化，粉 料平均尺寸的作用，团聚料压 制行为，模压成形，等静压成 形，可塑性及塑化剂，常用塑 性成形工艺，悬浮性及 pH 值 控制法 5 8 烧结技术 8.1. 固相烧结 8.2 液相烧结 8.3. 无压烧结 8.4 热压烧结 8.5 气氛烧结 8.6 反应烧结 8.7 特种烧结 8.8 烧结对材料显微组织的影响 烧结及过程，烧结推动力，烧 结过程物质传输，蒸发-凝聚， 固态扩散传质，影响烧结的因 素，液相烧结及条件，流动传 质机理，活性液体的溶解-沉 淀，无压烧结过程及特点，热 压烧结过程及特点，气氛压力 烧结，热等静压，反应烧结， 晶粒长大，二次再结晶，晶界 和气孔，密度和气孔率的测定 6 四、教学安排详表