陶瓷粉體制備ppt課件.ppt

特種陶瓷粉體合成 固相反應法液相反應法氣相反應法 1 固相反應法 以固體為原料制備粉體的方法高溫固相反應法碳熱還原反應法鹽類熱分解法自蔓延燃燒合成法成本低 批量 規(guī)模生產應用廣泛 2 高溫固相反應法 主要步驟 將參加反應的固態(tài)物質 如氧化物 碳酸鹽 氫氧化物 按化學計量比均勻混合在適當的高溫下煅燒合成將合成的熟料塊體粉碎研磨至所需細度主要用于合成復合氧化物 如BaTiO3等 3 碳熱還原反應法 非氧化物的合成碳化物 硼化物 氮化物 4 鹽類分解法 通過熱分解無機鹽類 包括氫氧化物 得到高純氧化物 5 自蔓延高溫合成Self propapationHigh temperatureSynthesis SHS 在一定條件下使原料開始放熱化學反應 該反應的生成熱使反應以燃燒波的形式自動延續(xù)下去 形成新的化合物反應速度快 0 1 15cm s 反應溫度高 2000 4000C 過程簡單 成本低硼化物 碳化物 氮化物 硅化物 碳氮化物等數百種化合物 6 元素直接SHS X是燃料元素 Ti Zr HfV Nb B Be Si等 Y是氧化劑元素 B C N2 Si Se等 純度高有時需要加入產物化合物作為稀釋劑 以調控反應溫度 7 鎂熱還原SHS 采用氧化物為原料 Mg作為燃料和還原劑 合成產物中有副產物氧化鎂 合成后經酸處理獲得產物 廉價 8 鋁熱還原SHS 采用氧化物為原料 Al作為燃料和還原劑 合成產物中有副產物氧化鋁 由于氧化鋁化學穩(wěn)定性好 難以去除 因此 通常該混合粉體直接使用 燃燒溫度高 通常在反應產物熔點之上 9 液相法 采用沉淀劑使金屬鹽溶液形成鹽或氫氧化物沉淀 經過濾 干燥 熱分解制備粉體的方法 化學組成及其均勻性便于控制 不僅可以合成單一氧化物 還可以合成復合氧化物 便于添加微量元素 晶粒形貌易控 可獲得納米粉 10 液相法 濕化學法 化學沉淀法直接沉淀法均勻沉淀法共沉淀法溶膠凝膠法醇鹽分解法水熱法 11 化學沉淀法 利用各種鹽的水溶液與沉淀劑 OH CO32 SO42 C2O42 Na NH4 反應 形成不溶于水的氫氧化物或相應的鹽 再通過洗滌 干燥 熱分解獲得 12 直接沉淀法 將沉淀劑直接滴入金屬鹽溶液中形成沉淀的方法 沉淀劑溶液的濃度即使很低 一滴沉淀劑滴入到溶液中也會產生不均勻 13 均勻沉淀法 在金屬鹽溶液中添加尿素 當溶液加熱到70度后 尿素與水反應形成氨水 新生成的少量沉淀劑羥基立即與其周圍的鹽反應形成沉淀 由于尿素是均勻分布在溶液中 所以 形成的沉淀很均勻 14 共沉淀法 在兩種或兩種以上的金屬鹽溶液中添加沉淀劑 外加或內部產生 形成化學組成均勻的混合沉淀 經洗滌 干燥 煅燒后得到復合氧化物 15 溶膠凝膠法 將反應前驅體制成溶液 通過溶液反應 使生成物以膠體顆粒形態(tài)存在于液相中 通過凝膠化反應再使溶膠轉變?yōu)槟z 干燥 煅燒后得到陶瓷粉體 該方法也可用于制備陶瓷纖維 薄膜和塊材 16 膠體 colloid 是一種分散相粒徑很小的分散體系 分散相粒子的重力可以忽略 粒子之間的相互作用主要是短程作用力 溶膠 Sol 是具有液體特征的膠體體系 分散的粒子是固體或者大分子 分散的粒子大小在1 100nm之間 凝膠 Gel 是具有固體特征的膠體體系 被分散的物質形成連續(xù)的網狀骨架 骨架空隙中充有液體或氣體 凝膠中分散相的含量很低 一般在1 3 之間 17 溶膠 凝膠法類型 傳統(tǒng)膠體型 通過控制溶液中金屬離子的沉淀過程 使形成的顆粒不團聚成大顆粒而沉淀得到穩(wěn)定均勻的溶膠 再經過蒸發(fā)或使之團聚得到凝膠 無機聚合物型 通過可溶性聚合物在水中或有機相中的溶膠過程 使金屬離子均勻分散到其凝膠中 常用的聚合物有聚乙烯醇 硬脂酸等 絡合物型 通過絡合劑將金屬離子形成絡合物 再經過溶膠 凝膠過程成絡合物凝膠 18 溶膠 凝膠中的基本反應 水解反應 縮聚反應 19 影響溶膠凝膠形成的因素 水解過快直接形成沉淀 不能形成溶膠凝膠過程濃度適中介質的吸水性催化劑 用乙酸根取代部分乙氧基 降低水解速度有利于溶膠凝膠形成 濕度 一般 50 溫度 提高溫度促進水解 縮聚反應 縮短凝膠時間 20 醇鹽分解法 采用金屬醇鹽M OR n為先驅體 以無水乙醇為溶劑 遇水后很容易水解形成氧化物或其水合物 控制水解條件可以獲得粒徑幾納米到幾十納米的超細粉 21 水熱法 在密閉反應釜 高壓釜 內 采用水溶液為反應介質 對反應釜加熱 溶劑蒸發(fā)形成高溫高壓 使通常條件下難溶或不溶的物質發(fā)生溶解析出傳質 得到晶體顆粒 優(yōu)點 晶粒發(fā)育完整 細小 均勻 無 或少 團聚 無煅燒及粉碎等加工過程 22 水熱法 水熱沉淀水熱晶化水熱合成水熱分解 23 濕化學法制粉的分散與干燥 濕化學法是制備納米 亞微米超細粉的主要方法 但是 超細粉的團聚是一個關鍵問題 團聚的形成 懸濁液狀態(tài)時 干燥時 24 膠體中固體顆粒的相互作用 細小陶瓷顆粒表面帶有電荷 顆粒間存在范德華引力和靜電排斥力 這兩種力的合力狀態(tài)決定了顆粒的團聚與分散 DLVO理論 影響分散的因素 pH 電解質溶液中離子強度分散劑 25 干燥過程 干燥過程中的團聚主要是由顆粒間液體的表面張力產生的 乙醇的表面張力比水小 因此 通過乙醇清洗后再干燥 可減少干燥中的團聚程度 26 冷凍干