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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 propapationHigh temperatureSynthesis 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 CO32 SO42 C2O42 Na NH4 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