陶瓷粉体制备(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,特种陶瓷粉体合成,固相反应法,液相反应法,气相反应法,1,固相反应法,以固体为原料制备粉体的方法,高温固相反应法,碳热还原反应法,盐类热分解法,自蔓延燃烧合成法,成本低、批量、规模生产,应用广泛,2,高温固相反应法,主要步骤：,将参加反应的固态物质（如氧化物、碳酸盐、氢氧化物）按化学计量比均匀混合,在适当的高温下煅烧合成,将合成的熟料块体粉碎研磨至所需细度,主要用于合成复合氧化物（如,BaTiO3,等）,3,碳热还原反应法,非氧化物的合成,碳化物,硼化物,氮化物,4,盐类分解法,通过热分解无机盐类（包括氢氧化物）得到高纯氧化物,5,自蔓延高温合成,Self-propapation High-temperature Synthesis,SHS,在一定条件下使原料开始放热化学反应，该反应的生成热使反应以燃烧波的形式自动延续下去，形成新的化合物,反应速度快（,0.1-15cm/s,）,反应温度高（,2000-4000C,）,过程简单、成本低,硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、碳氮化物等数百种化合物,6,元素直接,SHS,X,是燃料元素（,Ti,Zr,HfV,Nb,B,Be,Si,等）,Y,是氧化剂元素（,B,C,N2,Si,Se,等）,纯度高,有时需要加入产物化合物作为稀释剂，以调控反应温度,7,镁热还原,SHS,采用氧化物为原料，,Mg,作为燃料和还原剂，合成产物中有副产物氧化镁，合成后经酸处理获得产物。,廉价,8,铝热还原,SHS,采用氧化物为原料，,Al,作为燃料和还原剂，合成产物中有副产物氧化铝，由于氧化铝化学稳定性好，难以去除，因此，通常该混合粉体直接使用。,燃烧温度高，通常在反应产物熔点之上,9,液相法,采用沉淀剂使金属盐溶液形成盐或氢氧化物沉淀，经过滤、干燥、热分解制备粉体的方法。,化学组成及其均匀性便于控制；,不仅可以合成单一氧化物，还可以合成复合氧化物；,便于添加微量元素；,晶粒形貌易控；,可获得纳米粉。,10,液相法（湿化学法）,化学沉淀法,直接沉淀法,均匀沉淀法,共沉淀法,溶胶凝胶法,醇盐分解法,水热法,11,化学沉淀法,利用各种盐的水溶液与沉淀剂（,OH,-,CO,3,2-,SO,4,2-,C2O,4,2-,）（,Na,+,NH,4,+,）反应，形成不溶于水的氢氧化物或相应的盐，再通过洗涤、干燥、热分解获得。,12,直接沉淀法,将沉淀剂直接滴入金属盐溶液中形成沉淀的方法。,沉淀剂溶液的浓度即使很低，一滴沉淀剂滴入到溶液中也会产生不均匀。,13,均匀沉淀法,在金属盐溶液中添加尿素，当溶液加热到,70,度后，尿素与水反应形成氨水，新生成的少量沉淀剂羟基立即与其周围的盐反应形成沉淀。由于尿素是均匀分布在溶液中，所以，形成的沉淀很均匀。,14,共沉淀法,在两种或两种以上的金属盐溶液中添加沉淀剂（外加或内部产生），形成化学组成均匀的混合沉淀，经洗涤、干燥、煅烧后得到复合氧化物。,15,溶胶凝胶法,将反应前驱体制成溶液；,通过溶液反应，使生成物以胶体颗粒形态存在于液相中；,通过凝胶化反应再使溶胶转变为凝胶；,干燥、煅烧后得到陶瓷粉体。,该方法也可用于制备陶瓷纤维、薄膜和块材。,16,胶体（,colloid,）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。,溶胶（,Sol,）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在,1,100nm,之间。,凝胶（,Gel,）是具有固体特征的胶体体系被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在,1%,3%,之间。,17,溶胶,-,凝胶法类型,传统胶体型。通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶，再经过蒸发或使之团聚得到凝胶。,无机聚合物型。通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程，使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。,络合物型。通过络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶胶,-,凝胶过程成络合物凝胶。,18,溶胶,-,凝胶中的基本反应,水解反应：,缩聚反应：,19,影响溶胶凝胶形成的因素,水解过快直接形成沉淀，不能形成溶胶凝胶过程,浓度适中,介质的吸水性,催化剂。用乙酸根取代部分乙氧基，降低水解速度有利于溶胶凝胶形成。,湿度。一般,50%,温度。提高温度促进水解、缩聚反应，缩短凝胶时间,20,醇盐分解法,采用金属醇盐,M(OR)n,为先驱体，以无水乙醇为溶剂，遇水后很容易水解形成氧化物或其水合物。,控制水解条件可以获得粒径几纳米到几十纳米的超细粉。,21,水热法,在密闭反应釜（高压釜）内，采用水溶液为反应介质，对反应釜加热，溶剂蒸发形成高温高压，使通常条件下难溶或不溶的物质发生溶解析出传质，得到晶体颗粒。,优点：,晶粒发育完整、细小、均匀；,无（或少）团聚；,无煅烧及粉碎等加工过程。,22,水热法,水热沉淀,水热晶化,水热合成,水热分解,23,湿化学法制粉的分散与干燥,湿化学法是制备纳米、亚微米超细粉的主要方法，但是，超细粉的团聚是一个关键问题。,团聚的形成：,悬浊液状态时；,干燥时。,24,胶体中固体颗粒的相互作用,细小陶瓷颗粒表面带有电荷。,颗粒间存在范德华引力和静电排斥力，这两种力的合力状态决定了颗粒的团聚与分散（,DLVO,理论）。,影响分散的因素：,pH,、电解质溶液中离子强度,分散剂,25,干燥过程,干燥过程中的团聚主要是由颗粒间液体的表面张力产生的。,乙醇的表面张力比水小，因此，通过乙醇清洗后再干燥，,可减少干燥,中的团聚程度。,26,冷冻干燥,将胶体冷冻成固体，使颗粒保持分散状态，然后减压使固体介质直接升华除去，获得高分散的陶瓷粉体。,T,P,水相图,g,L,S,减压干燥,冷冻,27,气相法,物理气相法,等离子、激光、电子束,化学气相法,28,