《粉体的制备与合成》ppt课件

1、一、粉体颗粒粉体颗粒指在物质的构造不发生改动的情况下，分散或细化得到的固态基 本颗粒。一次颗粒指没有堆积、絮联等构造的最小单元的颗粒。二次颗粒指存在有在一定程度上聚会了的颗粒。聚会一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一同称为二次颗粒的景象。粒度颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸。粒度的表示方法：体积直径，Stokes直径等。体积直径某种颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小，即体积直径。斯托克斯径也称为等沉降速度相当径，斯托克斯假设：当速度到达极限值时，在无限大范围的粘性流体中沉降的球体颗粒的阻力，完全由流体的粘滞力所致。这时可用下式表示沉降速度与球径的关系：

2、 由此式确定的颗粒直径即为斯托克斯直径。218)(Dgfsstk粒度分布：分为频率分布和累积分布，常见的表达方式有粒度分布曲线、平均粒径、规范偏向、分布宽度等。频率分布表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量。累积分布表示小于或大于某一粒径的粒子占全部颗粒的百分含量，累积分布是频率分布的积分方式。粒度分布曲线：包括累积分布曲线和频率分布曲线。频率分布曲线 累积分布曲线 方法条件技术和仪器显微镜法干或湿光学显微镜干电子和扫描电子显微镜筛分法干自动图像与分析仪干或湿编织筛和微孔筛湿自动筛沉降法干/重力沉降微粒沉降仪湿/重力沉降移液管，密度差光学沉降仪，射线前往散射仪，沉降天平，X射线沉降仪湿

3、/离心沉降移液管，X射线沉降仪，光透仪，累积沉降仪感应区法湿电阻变化技术湿或干光散射，光衍射，遮光技术续表方法条件技术和仪器X射线法干吸收技术，低角度散射和线叠加湿射线吸收外表积法干外外表积浸透干总外表积、气体吸收或压力变化，重力变化，热导率变化湿脂肪酸吸收，同位素，外表活性剂，溶解热其他方法干或湿全息照相，超声波衰减，动量传送，热金属丝蒸发与冷却1. X射线衍射法(X-Ray Diffraction，XRD) 根本原理是利用X射线在晶体中的衍射景象必需满足布拉格(Bragg)公式： n=2dsin 详细的X射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉末法、衍射仪法等，其中常用于纳米陶瓷的方法为粉末法和衍

4、射仪法。2. 电子衍射法(E1ectron Diffraction) 电子衍射法与X射线法原理一样，遵照劳厄方程或布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系。 电子衍射法包括以下几种：选区电子衍射、微束电于衍射、高分辨电子衍射、高分散性电子衍射、会聚束电子衍射等。2.3.1 机械冲击式粉碎破碎 一、鄂式破碎机 (a) 简单摆动型 (b)复杂摆动摆动型 (c)综合摆动型1-定颚；2-动颚；3-推进板；4-连杆；5-偏心轴；6-悬挂轴n主要用于块状料的前级处置。n设备构造简单，操作方便，产量高。 n按用途可分为粗碎旋回破碎机和细碎菌形破碎机两种n按构造又可分为悬挂式和托轴式两种。n圆锥破碎机的优点是：

5、产才干大，破碎比大， 单位电耗低。n缺陷是：构造复杂，投资费用大，检修维护较困难。 1-动锥；2-定锥；3-破碎后的物料；4-破碎腔锤式破碎机的主要任务部件为带有锤子的转子。经过高速转动的锤子对物料的冲击作用进展粉碎。由于各种脆性物料的抗冲击性差，因此，在作用原理上这种破碎机是较合理的。锤式破碎机的优点是消费才干高，破碎比大，电耗低，机械构造简单，紧凑轻便，投资费用少，管理方便。缺陷是：粉碎巩固物料时锤子和篦条磨损较大，金属耗费较大，检修时间较长，需均匀喂料，粉碎粘湿物料时消费才干降低明显，甚至因堵塞而停机。为防止堵塞，被粉碎物料的含水量应不超越10%15。锤式破碎机和还击式破碎机主要是利用高

6、速冲击能量的作用使物料在自在形状下沿其脆弱面破坏，因此粉碎效率高，产品粒度多呈立方块状，尤其适宜于粉碎石灰石等脆性物。1-高速转子；2-板锤；3-还击板n在轮碾机中，物料原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨压碎。碾轮越重尺寸越大，粉碎力越强。n轮碾机常可分为轮转式和盘转式两种 轮碾机粉碎效率较低，但它在粉磨过程中同时具有破揉和混协作用，从而可改善物料的工艺性能；同时碾盘的碾轮均可用石材制造，能防止粉碎过程中出铁质掺入而呵斥物料的污染；另外，可较方便地控制产品的粒度。16-固定小刮板；17-固定大刮板；18-刮板架；19-栏杆 1-电动机；2-离合器支配杆；3-减速器；4-摩擦

7、离合器；5-大齿圈；6-筒身；7-加料口；8-端盖；9-旋塞阀；10-卸料管；11-主轴头；12-轴承座；13-机座；14-衬板；15-研磨n当筒体旋转时带动研磨体旋转，靠离心力和摩擦力的作用，将磨球带到一定高度。当离心力小于其本身分量时，研磨体下落，冲击下部研体及筒壁，而介于其间的粉料便遭到冲击和研磨。n球磨机对粉料的作用可以分成两个部分。一是研磨体之间和研磨体与筒体之间的研磨作用；二是研磨体下落时的冲击作用。 n进料粒度为6mm，球磨细度为1.50.075 mm。普通情况下用不同大小的瓷球研磨普通陶瓷坯料时，料：球：水的比例约为1: (1.52.0): (0.81.2)。目前消费中趋向于增

8、多磨球，减少水分，从而提高研磨效率的方法。行星式研磨有以下显著特点：1进料粒度：980 m左右；出料粒度：小于74 m (最小粒 度可达0.5m)。2球磨罐转速快(不为罐体尺寸所限制)，球磨效率高。公转：37250 r/min，自转78527 r/min。3构造紧凑，操作方便。密封取样，平安可靠，噪声低，无污染，无损耗。粉碎原理：振动粉碎是利用研磨体在磨机内作高频振动而将物料粉碎的。进料粒度普通在2mm以下，出料粒度小于60m (干磨最细粒度可达5 m，湿磨可达1 m，甚至可达0.1m)。振动粉碎效率的影响要素a、频率和振幅b、研磨体的比重、大 小、数量c、添加剂 振动频率与粉料比外表积的关系

9、 行星式振动磨表示图1 梅花架； 2 辊子； 3 磨环； 4 铲刀； 5 给料部； 6 前往风箱；7 排料部 扁平式气流粉碎机管道式气流粉碎机 1顶盖；2管子；3盖板；4管子；5缝隙通道；6导向环；7环；8底板；9喷嘴；10磨室；11管子；12出料口n进料粒度约在0.1 mm之间， 出料细度可达m左右。n优点：不需求任何固体研磨介质，故可以保证物料的纯度；在粉碎过程中，颗粒能自动分级，粒度较均匀；可以延续操作，有利于消费自动化。n缺陷是耗电量大，附属设备多；干磨时，噪音和粉尘都较大。 延续湿式搅拌磨 间歇干式搅拌磨进料粒度应在1 mm以下，出料粒度为0.1 m。n搅拌研磨具有以下特点：n(1)

10、研磨时间短、研磨效率高，是滚筒式磨的10倍。n(2)物料的分散性好，微米级颗粒粒度分布非常均匀。n(3)能耗低，为滚筒式磨机的l/4。n(4)消费中易于监控，温控极好。n(5)对于研磨铁氧体磁性资料，可直接用金属磨筒及钢球介质进展研磨。n进料粒度应在1 mm以下，出料粒度为0.1 m。n粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋转磨体(转子)的相对运动产生剧烈的剪切、摩擦和冲击等力。被处置的料浆经过两磨体之间的微小间隙，在上述各力及高频振动的作用下被有效地粉碎、混合、乳化及微粒化。胶体磨的主要特点如下：1可在较短时间内对颗粒、聚合体或悬浊液等进展粉碎、分散、均匀混合、乳化处置；处置后的产品粒度可达

11、几微米甚至亚微米。2由于两磨体间隙可调(最小可达1m)，因此，易子控制产品粒度。3构造简单，操作维护方便，占地面积小。4由于固定磨体和高速旋转磨体的间隙小，因此加工精度高。n进料粒度为1mm，出料粒度可达1m以下。外表活性物质对钛酸钙瓷料比外表积的影响 2.4.1 固相法 一、 热分解反响法热分解反响根本方式(S代表固相，G代表气相)： SlS2十G1 很多金属的硫酸盐、硝酸盐等，都可以经过热分解法而获得特种陶瓷用氧化物粉末。如将硫酸铝铵Al2(NH4)2(SO4)424H2O在空气中进展热分解，即可制备出Al2O3粉末。利用有机酸盐制备粉体，优点是：有机酸盐易于金属提纯，容易制成含两种以上金

12、属的复合盐，分解温度比较低，产生的气体组成为C、H、O。如草酸盐的热分解。两种或两种以上的固体粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反响而成为复合物粉末，有时也伴随气体逸出。化合反响的根本方式： A(s)+B(s)C(s)+D(g)钛酸钡粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成都是化学反响法： BaCO3+TiO2BaTiO3+CO2 Al2O3+MgOMgAlO4 3Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2 非氧化物特种陶瓷的原料粉末多采用氧化物复原方法制备。或者复原碳化，或者复原氮化。如SiC、Si3N4等粉末的制备。SiC粉末的制备：将SiO2与碳粉混合，在14601600的加热条件下，

13、逐渐复原碳化。其大致历程如下： SiO2 + C SiO+CO (2-25) SiO + 2C SiC+CO (2-26) SiO + C Si+CO (2-27) Si + C SiC (2-28)Si3N4粉末的制备：在N2条件下，经过SiO2与C的复原-氮化。反响温度在1600附近。其根本反响如下： 3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO (2-29)1直接沉淀法 采用直接沉淀法合成BaTiO3微粉：a. 将Ba (OC3H7)2和Ti (OC5 H11)4溶解在异丙醇或苯中，加水分解水解，就能得到颗粒直径为515 nm凝聚体的大小 1m的结晶性较好的、化学计量的BaTiO3微粉。

14、b. 在Ba (OH)2水溶液中滴入Ti (OR)4 (R：丙基)后也能得到高纯度的、平均颗粒直径为10 mm左右的、化学计量比的BaTiO3微粉。均匀沉淀法是利用某一化学反响，使溶液中的构晶离子构晶负离子或构晶正离子由溶液中缓慢、均匀地产生出来的方法。均匀沉淀法有两种： 溶液中的沉淀剂发生缓慢的化学反响，导致氢离子浓度变化和溶液PH值的升高，使产物溶解度逐渐下降而析出沉淀。 沉淀剂在溶液中反响释放沉淀离子，使沉淀离子的浓度升高而析出沉淀。例：随着尿素水溶液的温度逐渐升高至70附近，尿素会发生分解，即： (NH2)2CO十3H2O2NH4OH十CO2 (2-30) 由此生成的沉淀剂NH4OH在

15、金属盐的溶液中分布均匀，浓度低，使得沉淀物均匀地生成。由于尿素的分解速度受加热温度和尿素浓度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低。共沉淀法是在混合的金属盐溶液(含有两种或两种以上的金属离子)中参与适宜的沉淀剂，反响生成组成均匀的沉淀，沉淀热分解得到高纯超微粉体资料。共沉淀法的关键在于保证沉淀物在原子或分子尺度上均匀混合。例：四方氧化锆或全稳定立方氧化锆的共沉淀制备。以ZrOCl2 8H2O和Y2O3(化学纯)为原料来制备ZrO2-Y2O3的纳米粉体的过程如下：Y2O3用盐酸溶解得到YCl3，然后将ZrOCl28H2O和YCl3配制成定浓度的混合溶液，在其中加NH4OH后便有Zr(OH)4和Y

16、(OH)3的沉淀粒子缓慢构成。反响式如下： ZrOCl2+2NH4OH+H2OZrOH4+2NH4Cl (2-31) YCl3+3NH4OHYOH3+ 3NH4Cl (2-32) 得到的氢氧化物共沉淀物经洗涤、脱水、煅烧可得到具有很好烧结活性的ZrO2 Y2O3微粒。n醇盐水解制备超微粉体的工艺过程包括两部分，即水解沉淀法和溶胶凝胶法。n金属醇盐是用金属元素置换醇中羟基的氢的化合物总称，通式为M(OR)n，其中M代表金属元素，R是烷基羟基。金属醇盐由金属或者金属卤化物与醇反响合成，它很容易和水反响生成氧化物、氢氧化物和水化物。氢氧化物和其它水化物经煅烧后可以转化为氧化物粉体。溶胶-凝胶法是指将

17、金属氧化物或氢氧化物的溶胶变为凝胶，再经枯燥、煅烧，制得氧化物粉末的方法。即先呵斥微细颗粒悬浮在水溶液中溶胶，再将溶胶滴入一种能脱水的溶剂中使粒子凝聚成胶体状，即凝胶，然后除去溶剂或让溶质沉淀下来。溶液的pH值、溶液的离子或分子浓度、反响温度和时间是控制溶胶凝胶化的四个主要参数。溶胶凝胶法优点：经过受控水解反响可以合成亚微米级0.1 m1.0 m、球状、粒度分布范围窄、物聚会或少聚会且无定形状的超细氧化物陶瓷粉体，并能加速粉体再烧成过程中的动力学过程，降低烧成温度。溶剂蒸发法以金属盐溶液制备超微粉体 冰冻枯燥法原料及实验安装a冰冻安装；b真空枯燥安装 喷雾枯燥法是将溶液分散成小液滴喷入热风中，

18、使之快速枯燥的方法。在枯燥室内，用喷雾器把混合的盐如硫酸盐水溶液雾化成1020 m或更细的球状液滴，这些液滴在经过燃料熄灭产生的热气体时被快速枯燥，得到类似中空球的圆粒粉料，并且成分坚持不变。3喷雾热解法喷雾热解法是将金属盐溶液喷雾至高温气氛中，溶剂蒸发和金属盐热解在瞬间同时发生，从而直接合成氧化物粉末的方法。该方法也称为喷雾焙烧法、火焰喷雾法、溶液蒸发分解法等。气相制粉法有两种：一种是系统中不发生化学反响的蒸发-凝聚法PVD；另一种是气相化学反响法(CVD)。1. 蒸发-凝聚法气相化学反响法是将挥发性金属化合物的蒸气经过化学反响合成所需物质的方法。气相化学反响可分为两类：一类为单一化合物的热分解A(G)B(s) +C(g);另一类为两种以上化学物质之间的反响(A(g) +