精细化学品制备 非晶化 2.3－非晶化.ppt

第二章 无机精细化学品 导入新课：无机精细化学品的应用 [思考] 1、无机精细化学品和普通无机产品的区别？ 2、红宝石与蓝宝石的区别在哪？ 3、航天领域的高温元件是什么材料？ 2.3 非晶化 一、非晶态材料的结构特点 1、原子排列不具有周期性 2、非晶态材料属于热力学的亚稳态 无定型材料 、无序材料、玻璃态材料 一、坚硬耐蚀的“理想新金属” 1、非晶态金属又称金属玻璃，按组成成分可分为 ： (1)、金属－半金属合金系 金属：金、铁、镍、钴、钯、铂 半金属：硼、碳、磷、锗等。（15～35％） (2)、金属－金属系： 其溶质金属组分一般约占25～50％。 ⑴ 非晶态合金具有高强度、高韧性 一些非晶态合金的强度非常高，抗拉强度可达相应晶态合金的5～6倍，这使高强度钢望尘莫及。但由于目前仅能制得条带形或薄片形的非晶态合金，所以尚且还只能用于制作轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的增强材料，以及制作各种切削刀具和保安刀片等。 2.3 非 晶 化 ⑵ 非晶态合金对酸、碱、盐具有高的耐腐蚀性 非晶态合金的显微组织均匀，没有位错、层错、晶界等缺陷，使腐蚀液“无隙可钻”，同时非晶态合金自身的活性很高，能够在表面上迅速地形成均匀的钝化膜，或者一旦钝化膜局部破裂，也能立即自动修复。 2.3 非 晶 化 ⑶ 非晶态合金具有磁导率和磁感应强度高、矫顽力和损耗低的特性 目前比较成熟的非晶态软磁合金主要有铁基、铁-镍基和钴基三大类。 2.3 非 晶 化 ⑷ 非晶态合金可用作催化剂 对于金属催化剂，一般认为其活性的大小与晶体结构及位错等缺陷的密度有关。非晶态合金是从高温熔融状态急速冷却制得的，它一方面在表面上保持了液态时原子的混乱排列，有利于对反应物的吸附，另一方面表面保持均匀的液态结构，不会出现偏析、相分凝等不利于催化的现象。这已在CO氢化反应催化和电解催化等过程中得到证实，非晶态合金比对应的晶态合金的活性高出几十倍，甚至几百倍。但是，也存在一些问题，如许多化学反应是放热反应，温度升高会使非晶态转变为晶态，使催化活性下降；还有，目前的非晶态合金大多数为薄带状，若能生产出粉末状用作催化剂才是理想的。 2.3 非 晶 化 ⑸ 非晶态合金具有超导电特性 非晶态合金可以用作不脆的超导材料：其热膨胀系数小，适合于制作精密零件等。 非晶态合金的制备，最重要的条件是要有足够快的冷却速度，并冷却到材料的再结晶温度以下。但在一定的快速冷却条件下，也并不是所有的材料都可以成为非晶态材料。例如，普通的氧化物玻璃即使在缓慢冷却时也能得到非晶态，而大多数纯金属即使在106 K／s的冷却速度下也无法非晶化。可见，要使一种材料非晶化，还得考虑材料本身的内在因素，这主要和材料各组元的化学本质及各组元的含量有关。 2.3 非 晶 化 2.3.2 半导体材料的新秀 非晶硅的制备：由非晶态合金的制备可知，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷却速率的具体要求则随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液态快速冷却淬火的方法目前还无法得到非晶态。近年来，发展了许多气相淀积非晶态硅膜的技术，其中包括真空蒸发、辉光放电，溅射及化学气相淀积等方法。一般所用的主要原料是单硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)等，纯度要求很高。非晶硅膜的结构和性质与制备工艺的关系非常密切，目前认为以辉光放电法制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。 2.3 非 晶 化 2.3.3 积极开发非晶态无机盐 非晶态碳酸钙已经制备成功，可以说是碳酸钙的一个新品种。据报道，非晶态碳酸钙在室温、真空下放置30天，或在空气中放置3天后，仍为非晶态；但在空气中放置4天就出现结晶相，放置时间越长，结晶度越高，所以应在真空或惰性气氛中保存。非晶态CaCO3具有比表面积大、溶解度高等特点。利用其比表面积大，可用作吸附剂、生物陶瓷、新型化合物等；利用其溶解度高，可用作食品和医药制品，更容易被人体吸收。开发更多这类产品显然也是很有意义的。 3、制备方法 急冷 非晶态合金的制备，最重要的条件是要有足够快的冷却速度，并冷却到材料的再结晶温度以下。但是，在一定的快速冷却条件下，也并不是所有的材料都可以成为非晶态材料。 举例 一些具有足够粘度的液体，经快速冷却即可获得其玻璃态。1960年P.杜韦斯等人利用很高的冷却速度，将传统的玻璃工艺发展到金属和合金，制成对应的非晶态材料，称之为