無(wú)極非金屬材料

1、無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料制備技術(shù)制備技術(shù)楊建鋒楊建鋒 材料是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)材料是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑?；A(chǔ)，是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑。 歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的。器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的。 石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機(jī)高分子（如塑料等）、單晶材料、有機(jī)高分子（如塑料等）、單晶材料、碳材料，每一種新型材料的研制成功，碳材料，每一種新型材料的研制成功，都引起人類(lèi)文化和生活的新變化。都引起人類(lèi)文化和生活的新變化。 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 計(jì)算機(jī)

2、技術(shù)；計(jì)算機(jī)技術(shù)； 耐高溫、高強(qiáng)度特殊結(jié)構(gòu)材料耐高溫、高強(qiáng)度特殊結(jié)構(gòu)材料 宇航工業(yè)宇航工業(yè) 低損耗的光導(dǎo)纖維低損耗的光導(dǎo)纖維 現(xiàn)代的光通訊；現(xiàn)代的光通訊； 陶瓷牙陶瓷牙, ,人工骨人工骨 - - 生物替換生物替換 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 豐富多彩的生活。豐富多彩的生活。第一章第一章 緒論緒論 1 前言前言 一一 材料制備方法（技術(shù)）的重要性材料制備方法（技術(shù)）的重要性 1. 制備技術(shù)是材料研究與使用的基礎(chǔ)制備技術(shù)是材料研究與使用的基礎(chǔ) (1) 一般意義上的材料：一般意義上的材料： 按化學(xué)組成和特性分按化學(xué)組成和特性分無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 傳統(tǒng)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 新型

3、新型無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 金屬材料金屬材料有機(jī)高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維有機(jī)高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維材料的幾種分類(lèi)方法材料的幾種分類(lèi)方法按用途分按用途分結(jié)構(gòu)材料：結(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門(mén)設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門(mén)功能材料：功能材料：利用材料的熱、光、電、磁等性利用材料的熱、光、電、磁等性能用于電子、激光、通訊、能源能用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。生活中的無(wú)機(jī)非金屬材料生活中的無(wú)機(jī)非金屬材料玻

4、璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷金剛石鉆頭金剛石鉆頭手表上的手表上的“1919鉆鉆”( (人造紅寶石軸承的數(shù)人造紅寶石軸承的數(shù)目目) )，陶瓷手表，陶瓷手表玻璃刀（金剛石），陶瓷刀玻璃刀（金剛石），陶瓷刀石英鐘表石英鐘表煤氣爐中的電子打火煤氣爐中的電子打火彩電（熒光材料）彩電（熒光材料）海底電纜（光導(dǎo)纖維）海底電纜（光導(dǎo)纖維）電腦的電腦的CPUCPU（單晶硅）手機(jī)觸摸屏、計(jì)算機(jī)（單晶硅）手機(jī)觸摸屏、計(jì)算機(jī)芯片、芯片、LED-LED-藍(lán)光藍(lán)光隱形飛機(jī)（特殊光學(xué)材料）隱形飛機(jī)（特殊光學(xué)材料）( (壓電陶瓷壓電陶瓷) )一般無(wú)機(jī)非金屬材料具有一般無(wú)機(jī)非金屬材料具有 耐高溫、高硬度和抗腐蝕耐高溫、高硬度

5、和抗腐蝕等優(yōu)良工程性等優(yōu)良工程性能，其主要缺點(diǎn)是能，其主要缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度低、韌性差抗拉強(qiáng)度低、韌性差。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求材料具有強(qiáng)，要求材料具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫和其他一些度高、耐腐蝕、耐高溫和其他一些特殊性能特殊性能，這大大促進(jìn)了無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展，這大大促進(jìn)了無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展， 氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等許多具有等許多具有特殊性能的新型材料特殊性能的新型材料，廣泛應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于建筑、冶金、機(jī)械及尖端科技領(lǐng)域。于建筑、冶金、機(jī)械及尖端科技領(lǐng)域。 新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特征新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特征（1 1）耐高溫、

6、強(qiáng)度高）耐高溫、強(qiáng)度高 （2 2）具有電學(xué)性質(zhì)）具有電學(xué)性質(zhì) （3 3）具有光學(xué)性質(zhì)）具有光學(xué)性質(zhì) （4 4）具有生物功能）具有生物功能 結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(1)氧化鋁陶瓷性 能 用 途 熔點(diǎn)高 坩堝、高溫爐管 硬度大 剛玉球磨機(jī) 透明、耐高溫 備注：鈉蒸氣放電發(fā)光問(wèn)題早在1950年就得以解決，由于沒(méi)有一種能抵御高溫鈉蒸氣（1400）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈。高溫結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料金屬材料的性能比較 耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。 易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時(shí)使用易受腐蝕、不耐氧化、不適

7、合高溫時(shí)使用 高純氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品(2)氮化硅陶瓷 氮化硅基陶瓷具有密度小、高強(qiáng)、高硬、高韌性、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、自潤(rùn)滑、隔熱、電絕緣等一系列優(yōu)良性能。 制造發(fā)動(dòng)機(jī)部位的受熱面，提高柴油機(jī)的質(zhì)量，節(jié)省燃料（不用水冷卻，減少熱散失）。Si3N4基陶瓷球軸承沙漠車(chē)氮化硅陶瓷部件為什么使用陶瓷做發(fā)動(dòng)機(jī)？為什么使用陶瓷做發(fā)動(dòng)機(jī)？陶瓷的特點(diǎn)陶瓷的特點(diǎn)耐高溫耐高溫難磨損難磨損熱導(dǎo)率低熱導(dǎo)率低強(qiáng)度高強(qiáng)度高和金屬相比，使用陶瓷可以制作和金屬相比，使用陶瓷可以制作輕量、熱損失小的發(fā)動(dòng)機(jī)。輕量、熱損失小的發(fā)動(dòng)機(jī)。陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率金屬發(fā)動(dòng)機(jī)金屬發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷發(fā)動(dòng)

8、機(jī)燃料能量燃料能量燃料能量燃料能量實(shí)際使用的部分實(shí)際使用的部分襯墊氣門(mén)頂桿活塞環(huán)實(shí)際使用的部分實(shí)際使用的部分一種燃?xì)廨啓C(jī)的剖面圖在一個(gè)金屬盤(pán)上裝有氮化硅葉片燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪滑鞋上的氮化硅陶瓷軸承具有創(chuàng)紀(jì)錄的性能和長(zhǎng)壽命氮化硅陶瓷軸承球和其他耐磨部件(3)氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、(4)人造寶石氧化鋯陶瓷碳化硅陶瓷人造寶石 紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是Al2O3（剛玉）。 紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物； 藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物。 1900年，科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為2g-4g的紅寶石。 現(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍(lán)寶石。

9、紅寶石和藍(lán)寶石及人造寶石 美國(guó)西屋公司的陶瓷過(guò)濾系統(tǒng)(2)(2)光導(dǎo)纖維的用途：光導(dǎo)纖維的用途： 除了用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、傳能除了用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測(cè)遙控、照明等許多方面。傳像、遙測(cè)遙控、照明等許多方面。 (1)(1)是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，信息高速公路的是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，信息高速公路的“基石基石”功能材料功能材料光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)纖維光學(xué)纖維胃鏡現(xiàn)代通信用光纜用光導(dǎo)纖維做手術(shù)，不用開(kāi)刀(3)(3)光纖光纜與普通電纜比較光纖光纜與普通電纜比較陶瓷超導(dǎo)導(dǎo)線和試驗(yàn)電力傳輸線功能材料功能材料超導(dǎo)體超導(dǎo)體壓電陶瓷電子陶瓷的性能中最具

10、奇異的是材料的壓電性。壓電陶瓷能夠在壓力和電流之間轉(zhuǎn)換。如果在壓電陶瓷上施加壓力，即使是呼吸或者講話，陶瓷也會(huì)放出電流，這種性能可以用在麥克風(fēng)，水下聲音探測(cè)器，壓力或震動(dòng)檢測(cè)傳感器等。另一方面，如果施加一個(gè)電壓，壓電陶瓷就會(huì)改變形狀，或者給接觸的物體施加一個(gè)壓力，或者產(chǎn)生震動(dòng)。這個(gè)特性可以用在石英表，超聲波清洗，醫(yī)用超聲成像，以及其他許多重要的產(chǎn)品。各種壓電陶瓷部件壓電陶瓷聲納20世紀(jì)十大發(fā)明 衛(wèi)星-反射鏡、- 航天飛機(jī)-隔熱瓦 原子彈-燃料塊 因特網(wǎng)-光導(dǎo)纖維 電視-熒光粉 個(gè)人電腦-芯片 防彈材料、 導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、-超高音速飛行器(2). 材料生產(chǎn)過(guò)程中的各種廢棄物、以及材材料生產(chǎn)過(guò)程中的各

11、種廢棄物、以及材料死亡后的再循環(huán)。料死亡后的再循環(huán)。 各種材料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生著大量的固體廢棄物，對(duì)人類(lèi)生存所依賴(lài)的資源、環(huán)境都造成了巨大的破壞，堆積如山的廢礦渣、各種冶煉爐渣、能源生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粉煤灰、煤矸石。人類(lèi)在材料使用過(guò)程中所產(chǎn)生的材料殘骸也是對(duì)環(huán)境越來(lái)越大的威脅，例如材料的各種腐蝕產(chǎn)物，以及白色污染。 (3) .研制、開(kāi)發(fā)、使用、以及過(guò)程中的與環(huán)研制、開(kāi)發(fā)、使用、以及過(guò)程中的與環(huán)境和資源的關(guān)系，勢(shì)必受到極大的關(guān)注。境和資源的關(guān)系，勢(shì)必受到極大的關(guān)注。 2. 新材料的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展依賴(lài)于材料制備技新材料的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展依賴(lài)于材料制備技術(shù)（方法）的發(fā)展。術(shù)（方法）的發(fā)展。想法的實(shí)現(xiàn)：想法的實(shí)現(xiàn)：C

12、納米管、超高溫、難燒結(jié)材納米管、超高溫、難燒結(jié)材料等。料等。例如納米材料的發(fā)展，雖然早在例如納米材料的發(fā)展，雖然早在1959年美國(guó)年美國(guó)著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼就提出著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼就提出設(shè)想：設(shè)想：“如果有朝一日人們能把百科全書(shū)存如果有朝一日人們能把百科全書(shū)存儲(chǔ)在一個(gè)針尖大小的空間并能移動(dòng)原子，那儲(chǔ)在一個(gè)針尖大小的空間并能移動(dòng)原子，那么這將給科學(xué)帶來(lái)什么！么這將給科學(xué)帶來(lái)什么！”，但真正意義上，但真正意義上的原子移動(dòng)直到的原子移動(dòng)直到90年代通過(guò)掃描隧道電子顯年代通過(guò)掃描隧道電子顯微鏡才得以實(shí)現(xiàn)。微鏡才得以實(shí)現(xiàn)。 3. 制備技術(shù)對(duì)材料性能有至關(guān)重要的作用，制備技術(shù)對(duì)材

13、料性能有至關(guān)重要的作用，是技術(shù)而不是理論制約了材料性能的提高。是技術(shù)而不是理論制約了材料性能的提高。4. 工藝制備技術(shù)是材料推向市場(chǎng)的決定性工藝制備技術(shù)是材料推向市場(chǎng)的決定性因素。因素。 二材料制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀二材料制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)文獻(xiàn)與教科書(shū)的缺乏與教科書(shū)的缺乏1一個(gè)產(chǎn)品的成功由一個(gè)產(chǎn)品的成功由質(zhì)量來(lái)衡量質(zhì)量來(lái)衡量，而并，而并不是由其制造過(guò)程的精確過(guò)完美性來(lái)體不是由其制造過(guò)程的精確過(guò)完美性來(lái)體現(xiàn)現(xiàn)。 即使原來(lái)對(duì)制造工藝的構(gòu)想很完美，即使原來(lái)對(duì)制造工藝的構(gòu)想很完美，只要材料性能達(dá)不到要求，工藝思路就只要材料性能達(dá)不到要求，工藝思路就會(huì)被否定。會(huì)被否定。2專(zhuān)利制度對(duì)制造技術(shù)的保護(hù)專(zhuān)利制度

14、對(duì)制造技術(shù)的保護(hù)：在追：在追求最終目標(biāo)的方面不甚成功的人總是愿求最終目標(biāo)的方面不甚成功的人總是愿意接受自己的經(jīng)驗(yàn)，而已經(jīng)達(dá)到目的的意接受自己的經(jīng)驗(yàn)，而已經(jīng)達(dá)到目的的人則使用專(zhuān)利保護(hù)，或保持沉默。人則使用專(zhuān)利保護(hù)，或保持沉默。3實(shí)際實(shí)際工藝過(guò)程因素的復(fù)雜性與結(jié)果工藝過(guò)程因素的復(fù)雜性與結(jié)果的分散性的分散性，使得局部因素或偶然因素會(huì)，使得局部因素或偶然因素會(huì)影響對(duì)工藝過(guò)程系統(tǒng)的研究。影響對(duì)工藝過(guò)程系統(tǒng)的研究。4 實(shí)際工藝技術(shù)在生產(chǎn)中的是通過(guò)實(shí)際工藝技術(shù)在生產(chǎn)中的是通過(guò)技技術(shù)訣竅術(shù)訣竅Know How來(lái)體現(xiàn)的。來(lái)體現(xiàn)的。2 材料制造過(guò)程概述材料制造過(guò)程概述 一一. 工藝過(guò)程、顯微結(jié)構(gòu)與材料性能之間的工

15、藝過(guò)程、顯微結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)系關(guān)系 顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu) 外在外在 工藝工藝 性能性能 應(yīng)用應(yīng)用成分成分 內(nèi)在內(nèi)在1 成分決定了材料的成分決定了材料的固有性能固有性能，也稱(chēng)作化，也稱(chēng)作化合物特性，包括晶體結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)、彈合物特性，包括晶體結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)、彈性模量、折射率和磁性晶體的各向異性。性模量、折射率和磁性晶體的各向異性。2 材料的材料的外在性能外在性能3 顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)：工藝路線的改變使顯微結(jié)構(gòu)：工藝路線的改變使顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響了材料的性能，這些性發(fā)生變化，從而影響了材料的性能，這些性能是可以改變的，如力學(xué)性能（強(qiáng)度、斷裂能是可以改變的，如力學(xué)性能（強(qiáng)度、斷裂韌性）介

16、電常數(shù)、磁性能等。韌性）介電常數(shù)、磁性能等。4 工藝路線工藝路線：也受成分、材料固有性能以：也受成分、材料固有性能以及預(yù)期顯微結(jié)構(gòu)的影響。及預(yù)期顯微結(jié)構(gòu)的影響。二二. 無(wú)機(jī)非金屬材料主要工藝無(wú)機(jī)非金屬材料主要工藝1分類(lèi)分類(lèi)（1）.粉末燒結(jié)方法粉末燒結(jié)方法(Powder Process)制造結(jié)晶質(zhì)的陶瓷最一般使用的工藝。制造結(jié)晶質(zhì)的陶瓷最一般使用的工藝。在熔點(diǎn)的在熔點(diǎn)的1/2-3/4的溫度下的溫度下就可以獲得致密的燒結(jié)體。就可以獲得致密的燒結(jié)體。容易獲得化學(xué)的，物理上的均質(zhì)性容易獲得化學(xué)的，物理上的均質(zhì)性可以制作細(xì)微顆粒（可以制作細(xì)微顆粒（10um）的燒結(jié)體。）的燒結(jié)體。 不容易實(shí)現(xiàn)相對(duì)密度不容

17、易實(shí)現(xiàn)相對(duì)密度100%由于一定伴隨收縮，為獲得最終形狀必需加工由于一定伴隨收縮，為獲得最終形狀必需加工為獲得再現(xiàn)性，必須對(duì)各種工藝進(jìn)行控制。為獲得再現(xiàn)性，必須對(duì)各種工藝進(jìn)行控制。(2). 熔融方法熔融方法 2. 粉末燒結(jié)方法的主要工藝階段粉末燒結(jié)方法的主要工藝階段(1) 原料制備階段原料制備階段(2) 部件坯體成型部件坯體成型(3) 致密化燒結(jié)致密化燒結(jié)(4) 后加工后加工三三. 主要工藝過(guò)程的特征參數(shù)主要工藝過(guò)程的特征參數(shù)1原材料制備過(guò)程的特征參數(shù)原材料制備過(guò)程的特征參數(shù)(1). 化學(xué)特征參數(shù)：化學(xué)計(jì)量、純度、雜質(zhì)化學(xué)特征參數(shù)：化學(xué)計(jì)量、純度、雜質(zhì)(2). 晶體學(xué)特征參數(shù)：非反應(yīng)相、第二相晶

18、體學(xué)特征參數(shù)：非反應(yīng)相、第二相(3). 形態(tài)學(xué)特征參數(shù)：原料顆粒團(tuán)聚程度、形態(tài)學(xué)特征參數(shù)：原料顆粒團(tuán)聚程度、顆粒尺寸顆粒尺寸、形態(tài)分布、粉料比表面積、形態(tài)分布、粉料比表面積(4). 原料的堆積特性：堆積性、流動(dòng)性、熱原料的堆積特性：堆積性、流動(dòng)性、熱效應(yīng)效應(yīng)三三. 主要工藝過(guò)程的特征參數(shù)主要工藝過(guò)程的特征參數(shù)2部件坯體成型階段的主要特征工藝階段部件坯體成型階段的主要特征工藝階段 (1). 密度特征參數(shù)：密度特征參數(shù)：密度、氣孔率密度、氣孔率 (2). 干燥性能參數(shù)：裂紋、收縮干燥性能參數(shù)：裂紋、收縮 (3). 均勻性特征參數(shù)：密度分布、粘結(jié)均勻性特征參數(shù)：密度分布、粘結(jié)劑分布、孔隙尺寸分布，添

19、加劑分布。劑分布、孔隙尺寸分布，添加劑分布。3 坯體致密化坯體致密化(1). 燒結(jié)方法燒結(jié)方法燒結(jié)的定義：燒結(jié)的定義：成型粉末加熱到一定溫度開(kāi)始收縮，低于物質(zhì)熔點(diǎn)溫度以下 致密、堅(jiān)硬燒結(jié)體的過(guò)程。燒結(jié)的分類(lèi)：固相燒結(jié)，液相燒結(jié)，燒結(jié)的分類(lèi)：固相燒結(jié)，液相燒結(jié)，加壓燒結(jié)加壓燒結(jié)(2).燒結(jié)過(guò)程的主要特征工藝參數(shù)：燒結(jié)過(guò)程的主要特征工藝參數(shù)： 密度特征參數(shù)：密度特征參數(shù)：實(shí)際密度、相對(duì)密度實(shí)際密度、相對(duì)密度，致密，致密化速率化速率 晶粒特性：晶粒尺寸、分布和晶粒生長(zhǎng)速率晶粒特性：晶粒尺寸、分布和晶粒生長(zhǎng)速率C. 氣孔特性：氣孔特性：氣孔率氣孔率、大小、分布、大小、分布D. 第二相特性：總量、分布、

20、尺寸、界面或晶第二相特性：總量、分布、尺寸、界面或晶內(nèi)特性?xún)?nèi)特性 E. 化學(xué)特性：成分偏析、液相、氣氛和爐內(nèi)化學(xué)特性：成分偏析、液相、氣氛和爐內(nèi)污染、污染、 F. 燒結(jié)尺寸特性：燒結(jié)尺寸特性：收縮率收縮率、收縮均勻性、收縮均勻性4 材料加工階段的主要特征材料加工階段的主要特征(1).幾何特性：幾何精度幾何特性：幾何精度(2).機(jī)械特性：表面光潔度、加工機(jī)械特性：表面光潔度、加工缺陷缺陷(3).結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：加工誘發(fā)相變或結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：加工誘發(fā)相變或裂紋裂紋四四. 結(jié)論結(jié)論(1).工藝制造過(guò)程的定義：為獲得一定工藝制造過(guò)程的定義：為獲得一定要求的產(chǎn)品而進(jìn)行的機(jī)械、工具、方法、要求的產(chǎn)品而進(jìn)行的機(jī)械、

21、工具、方法、材料和人員的任何組合材料和人員的任何組合(2).工藝技術(shù)控制定義：為達(dá)到目的而工藝技術(shù)控制定義：為達(dá)到目的而建立制定的標(biāo)準(zhǔn)（公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)部的建立制定的標(biāo)準(zhǔn)（公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)、過(guò)程的控制）標(biāo)準(zhǔn)、過(guò)程的控制）第二章 固相法制備陶瓷粉體 粉料物體的特性對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料粉料物體的特性對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料的后續(xù)制備工藝的后續(xù)制備工藝(成型、燒結(jié)等成型、燒結(jié)等)以及以及陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系相當(dāng)密切，陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系相當(dāng)密切， 影響到陶瓷制品的宏觀物理性能。影響到陶瓷制品的宏觀物理性能。 粉體的合成制備對(duì)于整個(gè)陶瓷材料的粉體的合成制備對(duì)于整個(gè)陶瓷材料的生產(chǎn)過(guò)程十分重要。生產(chǎn)過(guò)程十分重要。

22、 2.1無(wú)機(jī)粉體的基本參數(shù)與表述無(wú)機(jī)粉體的基本參數(shù)與表述 陶瓷材料用的原料，根據(jù)其來(lái)源可以分為天然礦物原料和人工合成原料。 礦物原料的組成由其礦物生成過(guò)程的天然條件決定，氧、硅、鋁三種元素占地殼中元素總量的90%， 因此自然界所蘊(yùn)藏的礦物類(lèi)型中最主要的是硅酸鹽和鋁硅酸鹽。 根據(jù)成分與結(jié)構(gòu)，用作陶瓷工業(yè)的天然礦物原料主要分為黏土類(lèi)、長(zhǎng)石類(lèi)和石英類(lèi)原料， 這些黏土礦物的化學(xué)、礦物與物理特性變化范圍很大，但共同的特點(diǎn)是它們結(jié)晶態(tài)的層狀結(jié)構(gòu)。 黏土是一種含水鋁硅酸鹽礦，它是由地殼中含長(zhǎng)石類(lèi)巖石經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化與地質(zhì)作用而生成的。 當(dāng)它與水混合時(shí)，產(chǎn)生可塑性，利用這種可塑性可作為制品成型工藝的基礎(chǔ)。 高嶺石

23、Al2(Si2O5(OH)4)粘土分類(lèi)粘土分類(lèi) 按成因可分為：一次粘土是原生粘土，二次按成因可分為：一次粘土是原生粘土，二次粘土是原生粘土經(jīng)過(guò)自然動(dòng)力條件轉(zhuǎn)移后再粘土是原生粘土經(jīng)過(guò)自然動(dòng)力條件轉(zhuǎn)移后再行沉積的。行沉積的。 按可塑性分類(lèi)可分為可塑性強(qiáng)的軟質(zhì)粘土與按可塑性分類(lèi)可分為可塑性強(qiáng)的軟質(zhì)粘土與可塑性差的硬質(zhì)粘土。可塑性差的硬質(zhì)粘土。 按粘土中的礦物組成分類(lèi)可分為高嶺石類(lèi)、按粘土中的礦物組成分類(lèi)可分為高嶺石類(lèi)、伊利石類(lèi)、蒙脫石類(lèi)、葉蠟石類(lèi)、水鋁英石伊利石類(lèi)、蒙脫石類(lèi)、葉蠟石類(lèi)、水鋁英石類(lèi)粘土等。高嶺石類(lèi)粘土有高嶺石、多水高類(lèi)粘土等。高嶺石類(lèi)粘土有高嶺石、多水高嶺石嶺石(也叫埃洛石也叫埃洛石)

24、、地、地(迪迪)開(kāi)石和珍珠陶土。開(kāi)石和珍珠陶土。 膨潤(rùn)土外觀至白色、粉紅色、淡黃色，膨潤(rùn)土外觀至白色、粉紅色、淡黃色， 主要由蒙脫石構(gòu)成的粘土，本身能吸主要由蒙脫石構(gòu)成的粘土，本身能吸附大量的水，吸水后體積可膨脹附大量的水，吸水后體積可膨脹5一一16倍乃至倍乃至30倍，呈膠泥狀，具有很強(qiáng)的倍，呈膠泥狀，具有很強(qiáng)的結(jié)合力。結(jié)合力。 主要用作坯體增塑劑和釉漿懸浮劑。主要用作坯體增塑劑和釉漿懸浮劑。不宜多用。不宜多用。 蠟石和葉蠟石，主成分也是硅酸鹽，蠟石和葉蠟石，主成分也是硅酸鹽，呈致密狀，性質(zhì)接近粘土。蠟石廣泛呈致密狀，性質(zhì)接近粘土。蠟石廣泛用于精陶。用于精陶。 瓷石。我國(guó)南方產(chǎn)瓷區(qū)所用的瓷石屬

25、瓷石。我國(guó)南方產(chǎn)瓷區(qū)所用的瓷石屬于伊利石類(lèi)粘土，本身含有制瓷的各于伊利石類(lèi)粘土，本身含有制瓷的各種成分，并具有制瓷工藝與燒成所需種成分，并具有制瓷工藝與燒成所需的性質(zhì)。的性質(zhì)。 白色、米黃色、青色的均有。如祁門(mén)白色、米黃色、青色的均有。如祁門(mén)瓷石、山東焦寶石等。瓷石、山東焦寶石等。 粘土所以能夠作為原料和水后制成各粘土所以能夠作為原料和水后制成各種形狀的陶瓷制品，良好的種形狀的陶瓷制品，良好的結(jié)合性和結(jié)合性和可塑性可塑性是它最突出的性能。是它最突出的性能。 它還能使坯體具有必要的它還能使坯體具有必要的干燥強(qiáng)度干燥強(qiáng)度，使坯體加工和周轉(zhuǎn)中較少破損，這使坯體加工和周轉(zhuǎn)中較少破損，這也是各種陶瓷制品

26、工藝制作的前提也是各種陶瓷制品工藝制作的前提條件。條件。 粘土的收縮、比重、燒結(jié)性和另外粘土的收縮、比重、燒結(jié)性和另外的的些性能，在用于生產(chǎn)時(shí)，都要些性能，在用于生產(chǎn)時(shí)，都要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，以便掌握使用。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，以便掌握使用。 石英石英是自然界中構(gòu)成地殼的主要成分。是自然界中構(gòu)成地殼的主要成分。 部分以硅酸鹽化合物狀態(tài)存在，構(gòu)成部分以硅酸鹽化合物狀態(tài)存在，構(gòu)成各種礦物巖石。各種礦物巖石。 另一部分則以獨(dú)立狀態(tài)存在，成為單另一部分則以獨(dú)立狀態(tài)存在，成為單獨(dú)的礦物實(shí)體。獨(dú)的礦物實(shí)體。 雖然它們的化學(xué)成分相同，均為雖然它們的化學(xué)成分相同，均為SiO2，但由于造巖成礦條件不同，有多種狀但由于造巖成礦條件不

27、同，有多種狀態(tài)和同質(zhì)異形體；態(tài)和同質(zhì)異形體； 最純的石英晶體稱(chēng)為水晶。最純的石英晶體稱(chēng)為水晶。 石英是地球上分布很廣的礦物，僅次石英是地球上分布很廣的礦物，僅次于長(zhǎng)石，是花崗巖、片麻巖和砂巖等于長(zhǎng)石，是花崗巖、片麻巖和砂巖等許多巖石的主要礦物成分。許多巖石的主要礦物成分。 晶質(zhì)類(lèi)石英以水晶為代表，有晶質(zhì)類(lèi)石英以水晶為代表，有 一石一石英、英、 石英、鱗石英和方石英石英、鱗石英和方石英。 隱晶質(zhì)石英有隱晶質(zhì)石英有玉器、瑪璃、碧玉和燧玉器、瑪璃、碧玉和燧石石： 非晶質(zhì)類(lèi)石英有非晶質(zhì)類(lèi)石英有蛋白石和硅華蛋白石和硅華。 工業(yè)用的石英為工業(yè)用的石英為 一石英，是低溫石一石英，是低溫石英，膨脹系數(shù)小，傳熱

28、性差，不導(dǎo)電。英，膨脹系數(shù)小，傳熱性差，不導(dǎo)電。 石英是沒(méi)有粘性的顆粒松散的原料，稱(chēng)石英是沒(méi)有粘性的顆粒松散的原料，稱(chēng)作作瘠性原料瘠性原料，或者叫作非可塑性原料。，或者叫作非可塑性原料。 在坯體中的作用，在坯體中的作用，燒成前燒成前它在對(duì)泥料可它在對(duì)泥料可塑性起調(diào)劑作用，防止過(guò)粘，并能在塑性起調(diào)劑作用，防止過(guò)粘，并能在干干燥時(shí)降低收縮燥時(shí)降低收縮，縮短干燥時(shí)間和防止坯，縮短干燥時(shí)間和防止坯體的變形。體的變形。 在在燒成時(shí)燒成時(shí)，由于石英的加熱膨脹可以起，由于石英的加熱膨脹可以起到部分抵消坯料燒成中的收縮。到部分抵消坯料燒成中的收縮。 而且當(dāng)玻璃質(zhì)大量出現(xiàn)時(shí)，石英又起而且當(dāng)玻璃質(zhì)大量出現(xiàn)時(shí)，石英

29、又起到了陶瓷器的到了陶瓷器的骨架骨架作用，能夠防止坯作用，能夠防止坯體燒成中發(fā)生彎曲變形。體燒成中發(fā)生彎曲變形。 同時(shí)又能使瓷器具有較好的同時(shí)又能使瓷器具有較好的機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度和提高和提高耐酸腐蝕耐酸腐蝕的性能，的性能， 并可以使瓷器的并可以使瓷器的透光度、白度透光度、白度有所增有所增加，提高陶瓷的外觀質(zhì)量。加，提高陶瓷的外觀質(zhì)量。 長(zhǎng)石長(zhǎng)石是陶瓷原料中最常用的熔劑性是陶瓷原料中最常用的熔劑性原料。原料。 是地殼上分布廣泛的造巖礦物。是地殼上分布廣泛的造巖礦物。 它呈架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分為它呈架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分為不含水的不含水的堿金屬與堿土金屬鋁硅酸堿金屬與堿土金屬鋁硅酸鹽鹽，主要

30、是鉀、鈉、鈣和少量鋇的，主要是鉀、鈉、鈣和少量鋇的鋁硅酸鹽，鋁硅酸鹽， 鈉長(zhǎng)石，NaAlSi3O8或Na2O.A12O3.6SiO2； 鉀長(zhǎng)石，KAlSi3O8或K2O.A12O3.6SiO2； 鈣長(zhǎng)石，CaAl2Si2O8或CaO.A12O3.2SiO2； 鋇長(zhǎng)石，BaAl2Si2O8或BaO.A12O3.2SiO2。 長(zhǎng)石的熔點(diǎn)在11001300之間，化學(xué)穩(wěn)定性好，在與石英及鋁硅酸鹽共熔時(shí)有助熔作用， 冷卻后的長(zhǎng)石熔體，以透明玻璃體狀態(tài)成為存在于瓷體中的基質(zhì)， 增加制品的透明度，提高光澤度，改善了瓷器的外觀質(zhì)量與使用效能。 常被用于制造玻璃及陶瓷坯釉的助熔劑，并可降低燒成溫度。 除了傳統(tǒng)陶

31、瓷以外和電瓷，在各種除了傳統(tǒng)陶瓷以外和電瓷，在各種具有特殊性能要求的陶瓷制備工藝具有特殊性能要求的陶瓷制備工藝中很少將其作為主要原材料使用。中很少將其作為主要原材料使用。 人工合成原料人工合成原料是通過(guò)各種物理和化是通過(guò)各種物理和化學(xué)方法制備的陶瓷粉料，其化學(xué)成學(xué)方法制備的陶瓷粉料，其化學(xué)成分、純度和其它性能都可以人工進(jìn)分、純度和其它性能都可以人工進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足各種特殊陶瓷材料行設(shè)計(jì)，以滿足各種特殊陶瓷材料工藝性能和使用性能的要求工藝性能和使用性能的要求。 陶瓷原材料（粉料）一般可以從化學(xué)和物陶瓷原材料（粉料）一般可以從化學(xué)和物理狀態(tài)兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。理狀態(tài)兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。 經(jīng)常把表征

32、陶瓷原材料經(jīng)常把表征陶瓷原材料(粉料粉料)的參數(shù)分為化的參數(shù)分為化學(xué)特征參數(shù)、晶體學(xué)特征參數(shù)、形態(tài)學(xué)特學(xué)特征參數(shù)、晶體學(xué)特征參數(shù)、形態(tài)學(xué)特征參數(shù)和堆積特征參數(shù)。征參數(shù)和堆積特征參數(shù)。 (1).化學(xué)特征參數(shù)：化學(xué)計(jì)量、雜質(zhì)，純度化學(xué)特征參數(shù)：化學(xué)計(jì)量、雜質(zhì)，純度 (2). 晶體學(xué)特征參數(shù)：非反應(yīng)相、第二相晶體學(xué)特征參數(shù)：非反應(yīng)相、第二相 (3). 形態(tài)學(xué)特征參數(shù)形態(tài)學(xué)特征參數(shù)：原料顆粒團(tuán)聚程度、：原料顆粒團(tuán)聚程度、顆粒尺寸、形態(tài)分布、粉料比表面積顆粒尺寸、形態(tài)分布、粉料比表面積 (4). 原料的堆積特性：堆積性、流動(dòng)性、熱原料的堆積特性：堆積性、流動(dòng)性、熱效應(yīng)效應(yīng) 工業(yè)陶瓷原料的粉碎，細(xì)小的原料

33、顆粒工業(yè)陶瓷原料的粉碎，細(xì)小的原料顆粒尺寸具有大的尺寸具有大的表面自由能，表面自由能，（1）可以改善原料的可以改善原料的成型性能成型性能，（2）提高坯體密度提高坯體密度，提高成型時(shí)的顆粒，提高成型時(shí)的顆粒填充率填充率（3）促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程中反應(yīng)原料的均勻化促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程中反應(yīng)原料的均勻化，（4）有利于提高陶瓷材料的）有利于提高陶瓷材料的燒結(jié)推動(dòng)力燒結(jié)推動(dòng)力降低降低燒成溫度燒成溫度。（5）提高陶瓷材料的強(qiáng)度提高陶瓷材料的強(qiáng)度 陶瓷原材料陶瓷原材料粉體顆粒粉體顆粒是指在物是指在物質(zhì)結(jié)構(gòu)不改變的情況下，分散質(zhì)結(jié)構(gòu)不改變的情況下，分散或細(xì)化得到的基本固體顆粒，或細(xì)化得到的基本固體顆粒， 一般指沒(méi)有堆積、絮聯(lián)

34、等結(jié)構(gòu)一般指沒(méi)有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元，即的最小單元，即一次顆粒一次顆粒。 對(duì)于單一球形顆粒，其直徑即對(duì)于單一球形顆粒，其直徑即為粒徑。為粒徑。 對(duì)于不規(guī)則顆粒，對(duì)于不規(guī)則顆粒，等效粒徑等效粒徑。 陶瓷粉體顆粒系統(tǒng)所包含的顆陶瓷粉體顆粒系統(tǒng)所包含的顆粒尺寸一般都存在一個(gè)粒尺寸一般都存在一個(gè)分布范分布范圍圍，其分布范圍越窄，分散的，其分布范圍越窄，分散的程度越小、集中度越高。程度越小、集中度越高。 幾種顆粒直徑的定義幾種顆粒直徑的定義 體積直徑體積直徑被定義為具有相同體積的顆粒被定義為具有相同體積的顆粒直徑，一般是將其看作直徑，一般是將其看作“等價(jià)圓球直徑等價(jià)圓球直徑”。 體積直徑的計(jì)算公式

35、為體積直徑的計(jì)算公式為 V= V= /6 d/6 dV V3 3 表面直徑表面直徑的計(jì)算公式為的計(jì)算公式為 S= S= d dS S2 2 斯托克斯直徑是指在層流區(qū)內(nèi)的自由斯托克斯直徑是指在層流區(qū)內(nèi)的自由降落直徑。降落直徑。 自由降落直徑是指一個(gè)形狀不規(guī)則的自由降落直徑是指一個(gè)形狀不規(guī)則的顆粒在介質(zhì)中沉降的，如果它的最終顆粒在介質(zhì)中沉降的，如果它的最終沉降速度和一個(gè)等密度球體在相似條沉降速度和一個(gè)等密度球體在相似條件下的最終沉降速度相同時(shí)的球體直件下的最終沉降速度相同時(shí)的球體直徑。徑。 除上述三種表征外，還有篩分直徑和除上述三種表征外，還有篩分直徑和投影面直徑。投影面直徑。 FeretFere

36、t徑：與顆粒投影相切的兩條平徑：與顆粒投影相切的兩條平行線之間的距離稱(chēng)為行線之間的距離稱(chēng)為FeretFeret徑徑 顆粒投影的幾種粒徑表達(dá)方式顆粒投影的幾種粒徑表達(dá)方式 MartinMartin徑：在一定方向上將顆粒投影面徑：在一定方向上將顆粒投影面積分為兩等份的粒徑積分為兩等份的粒徑 定方向最大直徑：在定方向最大直徑：在定方向上顆粒定方向上顆粒投影的最大長(zhǎng)度，投影的最大長(zhǎng)度， 投影面積相當(dāng)徑：與顆粒投影面積相投影面積相當(dāng)徑：與顆粒投影面積相等圓的直徑，又稱(chēng)作當(dāng)量徑等圓的直徑，又稱(chēng)作當(dāng)量徑 平均直徑平均直徑顆粒的分布顆粒的分布特征包括顆粒數(shù)、長(zhǎng)度、特征包括顆粒數(shù)、長(zhǎng)度、面積和體積。面積和體積。

37、大小不同的顆粒所組成的物系可由大小不同的顆粒所組成的物系可由另一個(gè)與該物系有另一個(gè)與該物系有兩個(gè)且只有兩個(gè)兩個(gè)且只有兩個(gè)相同特征相同特征的顆粒大小均勻的物系代的顆粒大小均勻的物系代表。表。對(duì)這兩個(gè)相同的特征而言，后一物對(duì)這兩個(gè)相同的特征而言，后一物系的顆粒大小即為系的顆粒大小即為前者的平均值前者的平均值。除平均直徑外，常用于描述顆粒分布的參數(shù)除平均直徑外，常用于描述顆粒分布的參數(shù)還有還有“眾數(shù)眾數(shù)”直徑、直徑、“中性中性”徑和徑和 d 50等。等。個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度平均直徑個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度平均直徑 XNL= XdN/ dN長(zhǎng)度、平面平均直徑長(zhǎng)度、平面平均直徑 XLS= X2dN/ XdN ”眾數(shù)眾數(shù)”直徑是

38、指顆粒出現(xiàn)最多的值直徑是指顆粒出現(xiàn)最多的值，即，即相對(duì)百分率曲線上最高峰值，相對(duì)百分率曲線上最高峰值， 數(shù)學(xué)上可稱(chēng)其為最概然粒徑數(shù)學(xué)上可稱(chēng)其為最概然粒徑 物理學(xué)上可稱(chēng)其為最可幾粒徑；物理學(xué)上可稱(chēng)其為最可幾粒徑； d 50是是指指“眾數(shù)眾數(shù)”直徑的半高寬直徑的半高寬。 “中位中位”徑是指在累積百分比曲線徑是指在累積百分比曲線上占顆粒尺寸為上占顆粒尺寸為50的數(shù)值，的數(shù)值，它將相對(duì)百分率稱(chēng)線一分為二；它將相對(duì)百分率稱(chēng)線一分為二；粒徑測(cè)試方法粒徑測(cè)試方法 (1)(1) 電鏡觀察法電鏡觀察法 首先將粒子制成懸浮液并滴在帶碳膜的銅網(wǎng)首先將粒子制成懸浮液并滴在帶碳膜的銅網(wǎng)上，上， 待懸浮液中的載液乙醇揮發(fā)

39、后，放入樣品臺(tái)，待懸浮液中的載液乙醇揮發(fā)后，放入樣品臺(tái)，拍攝有代表性的數(shù)碼電鏡像若干張。拍攝有代表性的數(shù)碼電鏡像若干張。 選取選取A、B、C三組粒子群進(jìn)行拍攝，然后在三組粒子群進(jìn)行拍攝，然后在每張照片中隨機(jī)選取并測(cè)量每張照片中隨機(jī)選取并測(cè)量50顆粒子粒徑，顆粒子粒徑，由公式計(jì)算得出平均粒徑。由公式計(jì)算得出平均粒徑。(2) X射線衍射寬法（謝樂(lè)公式）聯(lián)系晶粒大小D與衍射線寬度的謝樂(lè)公式為： 式中DHKL：晶粒在（HKL）面法線方向的平均厚度：所用X射線的波長(zhǎng)HKL：（HKL）衍射的布拉格角 ：（HKL）衍射的線寬度，或積分寬度，或其他定義K：常數(shù)，與謝樂(lè)公式的推導(dǎo)方法以及的定義有關(guān)，其值在1左右

40、。在定義為半高寬，DHKL定義為HKL面族法線方向的平均厚度時(shí)，K值為0.89。HKLsHKLKDcossHKL 材料中的晶粒大小并不完全一樣，故所得實(shí)為不同大小晶粒的平均值。 又由于晶粒不是球形，在不同方向其厚度不同，即由不同衍射線求得的D是不同。 一般求取數(shù)個(gè)（如n個(gè)）不同方向（即不同衍射）的晶粒厚度，據(jù)此可以估計(jì)晶粒的外形。 求他們的平均值，所得為不同方向厚度的平均值D，即為晶粒大小.。 激光散射法：激光散射法： 采用全量程米氏散射理論，用電磁波光照射采用全量程米氏散射理論，用電磁波光照射物質(zhì)，物質(zhì)內(nèi)的電子被激發(fā)后向外放出新的物質(zhì)，物質(zhì)內(nèi)的電子被激發(fā)后向外放出新的電磁波。電磁波。 充分考

41、慮到被測(cè)顆粒和分散介質(zhì)的折射率等充分考慮到被測(cè)顆粒和分散介質(zhì)的折射率等光學(xué)性質(zhì)，根據(jù)大小不同的顆粒在各角度上光學(xué)性質(zhì)，根據(jù)大小不同的顆粒在各角度上散射光強(qiáng)的變化反演出顆粒群的粒度分布數(shù)散射光強(qiáng)的變化反演出顆粒群的粒度分布數(shù)據(jù)。據(jù)。 沉降法沉降法一種常用的測(cè)定超微粉粒徑的方法，一種常用的測(cè)定超微粉粒徑的方法，對(duì)于粒徑處于納米量級(jí)的情況不適用。對(duì)于粒徑處于納米量級(jí)的情況不適用。該技術(shù)以顆粒在各種流體中的沉降末該技術(shù)以顆粒在各種流體中的沉降末速度不同的現(xiàn)象為基礎(chǔ)、即以斯托克速度不同的現(xiàn)象為基礎(chǔ)、即以斯托克斯斯(Stockes)(Stockes)定律為依據(jù)，所得粒徑定律為依據(jù)，所得粒徑稱(chēng)為斯托克斯直徑

42、。稱(chēng)為斯托克斯直徑。 根據(jù)顆粒的沉降速度來(lái)測(cè)試粒度分布的。但根據(jù)顆粒的沉降速度來(lái)測(cè)試粒度分布的。但直接測(cè)量顆粒的沉降速度是很困難。直接測(cè)量顆粒的沉降速度是很困難。 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中是通過(guò)測(cè)量不同時(shí)刻透過(guò)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中是通過(guò)測(cè)量不同時(shí)刻透過(guò)懸浮液光強(qiáng)的變化率來(lái)間接地反映顆粒的沉懸浮液光強(qiáng)的變化率來(lái)間接地反映顆粒的沉降速度的。降速度的。 光強(qiáng)的變化率與粒徑之間的關(guān)系光強(qiáng)的變化率與粒徑之間的關(guān)系比爾比爾定定律：律：設(shè)在T1、T2、T3、Ti時(shí)刻測(cè)得一系列的光強(qiáng)值I1I2I3D2D3Di，將這些光強(qiáng)值和粒徑值代入式，再通過(guò)計(jì)算機(jī)處理就可以得到粒度分布了。 比表面積：指每克物質(zhì)的表面積，用于評(píng)價(jià)粉體材

43、料的活性、吸附、催化等多種性能的重要物理屬性。 應(yīng)用氣體吸附法測(cè)量材料或催化劑的比表面積。 基于表面物理吸附的相關(guān)理論為基礎(chǔ)，以Nelsen和Eggertsen提出的連續(xù)流動(dòng)法為結(jié)構(gòu)，從而測(cè)定出固體的比表面積。以氦氣作為載氣，氮?dú)鉃槲綒怏w，二者按4:1的比例通入樣品管，當(dāng)樣品管浸入液氮時(shí)，在低溫作用下，混合氣中的氮?dú)獗粯悠肺锢砦?，直至吸附飽和，在隨后的樣品管及樣品在升溫的過(guò)程中，樣品吸附的氮?dú)馊拷馕龀鰜?lái)，此時(shí)混合氣體中氮?dú)獾谋壤龑l(fā)生變化。2.2無(wú)機(jī)粉體的傳統(tǒng)制備方法無(wú)機(jī)粉體的傳統(tǒng)制備方法 陶瓷所用粉體的制備一般有機(jī)械方法和化學(xué)方法。 以機(jī)械力使原料減小粒度的方法在陶瓷工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)

44、用。 采用機(jī)械方法把粗大顆粒減小為微細(xì)粉粒采用機(jī)械方法把粗大顆粒減小為微細(xì)粉粒的過(guò)程稱(chēng)為粉碎的過(guò)程稱(chēng)為粉碎(comminution) 。 粉碎過(guò)程包含：破碎、磨碎和研磨。粉碎過(guò)程包含：破碎、磨碎和研磨。 在物料的破碎過(guò)程中會(huì)發(fā)生機(jī)械在物料的破碎過(guò)程中會(huì)發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量與化學(xué)能量的相互轉(zhuǎn)換，運(yùn)動(dòng)能量與化學(xué)能量的相互轉(zhuǎn)換，稱(chēng)作稱(chēng)作機(jī)械力化學(xué)機(jī)械力化學(xué)。 固體顆粒在機(jī)械能的作用下，因固體顆粒在機(jī)械能的作用下，因形變、缺陷和解離等引起物質(zhì)在形變、缺陷和解離等引起物質(zhì)在結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)以及化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)性等方面的變化。反應(yīng)性等方面的變化。 在機(jī)械粉碎過(guò)程中，由于機(jī)械力化學(xué)作用在機(jī)械

45、粉碎過(guò)程中，由于機(jī)械力化學(xué)作用導(dǎo)致粉體表面活性增強(qiáng)的機(jī)理主要表現(xiàn)在導(dǎo)致粉體表面活性增強(qiáng)的機(jī)理主要表現(xiàn)在以下以下2 2個(gè)方面：個(gè)方面： 一，粉料顆粒在機(jī)械力作用下粉碎一，粉料顆粒在機(jī)械力作用下粉碎生成新生成新表面，粒度減小，比表面積增大，粉體表表面，粒度減小，比表面積增大，粉體表面自由能增大面自由能增大，活性增強(qiáng)。粉料尖角、棱，活性增強(qiáng)。粉料尖角、棱邊處的表面能量高，所以常被稱(chēng)作活化位邊處的表面能量高，所以常被稱(chēng)作活化位或活化中心?；蚧罨行?。 二，粉料顆粒在機(jī)械力作用下，表面層發(fā)二，粉料顆粒在機(jī)械力作用下，表面層發(fā)生生晶格畸變，貯存能量晶格畸變，貯存能量，從而使表面層能從而使表面層能量升高量升

46、高，活化能降低，活性增強(qiáng)。，活化能降低，活性增強(qiáng)。 根據(jù)采用設(shè)備的不同，機(jī)械粉碎所采用的破碎力包括壓碎、沖擊、研磨、劈碎，以及刨削等幾種，一般的粉碎機(jī)都具有一種或兩種破碎功能。 傳統(tǒng)陶瓷一般采用低成本的粉體加工方法， 對(duì)于傳統(tǒng)的粘土基陶瓷，常用顎式破對(duì)于傳統(tǒng)的粘土基陶瓷，常用顎式破碎機(jī)、旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)或錐形破碎機(jī)使碎機(jī)、旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)或錐形破碎機(jī)使得粗大尺寸的礦物原料減小至得粗大尺寸的礦物原料減小至0.11mm左右。左右。 在研磨過(guò)程中，粉粒在與其他粉?；蛟谘心ミ^(guò)程中，粉粒在與其他粉?；蜓心ソ橘|(zhì)的相互接觸區(qū)域受到機(jī)械應(yīng)研磨介質(zhì)的相互接觸區(qū)域受到機(jī)械應(yīng)力力(壓縮力、撞擊力或剪切力壓縮力、撞擊力或剪切力)

47、導(dǎo)致導(dǎo)致彈性和非彈性形變彈性和非彈性形變 當(dāng)應(yīng)力超過(guò)顆粒的極限強(qiáng)度后，斷裂當(dāng)應(yīng)力超過(guò)顆粒的極限強(qiáng)度后，斷裂成多個(gè)顆粒。成多個(gè)顆粒。供給粉粒的機(jī)械能不僅用于形成新供給粉粒的機(jī)械能不僅用于形成新表面，而且在顆粒中產(chǎn)生其他物理表面，而且在顆粒中產(chǎn)生其他物理變化，諸如顆粒內(nèi)的非彈性形變、變化，諸如顆粒內(nèi)的非彈性形變、溫度升高，以及格點(diǎn)重排。溫度升高，以及格點(diǎn)重排。顆粒的化學(xué)特性也會(huì)改變、特別是顆粒的化學(xué)特性也會(huì)改變、特別是表面化學(xué)特性，這在長(zhǎng)時(shí)間研磨或表面化學(xué)特性，這在長(zhǎng)時(shí)間研磨或在強(qiáng)烈研磨條件時(shí)更有可能。在強(qiáng)烈研磨條件時(shí)更有可能。 常用破碎設(shè)備的工作原理(a)(a)顎式破碎機(jī)；顎式破碎機(jī)；(b)(b

48、)回旋破碎機(jī)；回旋破碎機(jī)；(c)(c)軋輥破碎機(jī)；軋輥破碎機(jī)；(d)(d)輪碾機(jī)；輪碾機(jī)；(e)(e)錘式破碎機(jī)；錘式破碎機(jī)；(f)(f)球磨機(jī)；球磨機(jī)；(g)(g)氣流粉碎機(jī)；氣流粉碎機(jī)；(h)(h)盤(pán)式粉碎機(jī)盤(pán)式粉碎機(jī) 各種粉碎設(shè)備各種粉碎設(shè)備 新型陶瓷對(duì)粉體特性有更多要求。 一般而言，使用粒度小于0.1mm的原料，只需考慮進(jìn)一步的細(xì)化研磨。 可采用球磨(ball mills)、高壓輥磨(high compression roller mills)以及氣流磨(jet mills)或流能磨(fluid energy mills)。 氣流磨的粉碎過(guò)程都沒(méi)有使用研磨介氣流磨的粉碎過(guò)程都沒(méi)有使用研

49、磨介質(zhì)，質(zhì)，而引入而引入圓球或圓棒圓球或圓棒作為介質(zhì)的研磨作為介質(zhì)的研磨會(huì)在介質(zhì)與顆被之間產(chǎn)生壓縮、撞擊會(huì)在介質(zhì)與顆被之間產(chǎn)生壓縮、撞擊和剪切摩擦作用。和剪切摩擦作用。 棒磨不適合微細(xì)粉體的產(chǎn)生，而棒磨不適合微細(xì)粉體的產(chǎn)生，而球磨可獲得低至幾分之一微米大小的球磨可獲得低至幾分之一微米大小的粉體，粉體，球磨機(jī)是最廣泛使用的細(xì)碎設(shè)備。使用它細(xì)磨原料時(shí)，即可以起良好研磨作用，也可以有良好的混合作用。 為了防止研磨過(guò)程中雜質(zhì)的混入，球磨內(nèi)襯與研磨體可以采用陶瓷，也可以采用聚合物，如聚氨酯作為球磨筒內(nèi)襯，采用與球磨粉料相同和成分接近的陶瓷作為研磨體。 間歇式濕球磨幾乎是陶瓷工業(yè)或?qū)嶒?yàn)室最常采用的球磨設(shè)備

50、，濕球磨所得到的粉料粒度可達(dá)幾個(gè)微米。 采用濕球磨對(duì)原料顆粒表面的裂縫有劈裂作用，能防止原料結(jié)團(tuán)，粉碎效率高于干球磨，制備得到的可塑性泥料質(zhì)量?jī)?yōu)于干球磨，也有利于提高除鐵效率，減少粉塵污染等。 但與其它設(shè)備相比，間歇式濕球磨動(dòng)力消耗大，同時(shí)粉碎效率依然很低。 球磨是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，不容易進(jìn)行嚴(yán)球磨是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，不容易進(jìn)行嚴(yán)格的理論分析。格的理論分析。 這種研磨的這種研磨的效率取決于多個(gè)因素效率取決于多個(gè)因素包包括括磨機(jī)參數(shù)磨機(jī)參數(shù)(直徑、轉(zhuǎn)速、介質(zhì)數(shù)量直徑、轉(zhuǎn)速、介質(zhì)數(shù)量)、研磨研磨介質(zhì)特性介質(zhì)特性(尺寸、硬度、形狀尺寸、硬度、形狀)，以，以及待磨及待磨粉粒性質(zhì)粉粒性質(zhì)。 通常，低速球磨采用大

51、球，傳遞給粉通常，低速球磨采用大球，傳遞給粉粒的機(jī)械能為粒的機(jī)械能為勢(shì)能勢(shì)能形式；而高速球磨形式；而高速球磨使用小球，提供給粉粒的能量為使用小球，提供給粉粒的能量為動(dòng)能動(dòng)能形式。形式。 對(duì)于給定尺寸的研磨介質(zhì)應(yīng)采用盡對(duì)于給定尺寸的研磨介質(zhì)應(yīng)采用盡可能可能高密度高密度的材料，的材料， 高密度的介質(zhì)往往價(jià)格成本較高。高密度的介質(zhì)往往價(jià)格成本較高。 研磨介質(zhì)的大小值得重視。研磨介質(zhì)的大小值得重視。 小尺寸介質(zhì)小尺寸介質(zhì)一般比大尺寸介質(zhì)一般比大尺寸介質(zhì)好好 但磨球也不能太小，應(yīng)能提供足但磨球也不能太小，應(yīng)能提供足夠的機(jī)械能使得顆粒能發(fā)生斷裂破夠的機(jī)械能使得顆粒能發(fā)生斷裂破碎。碎。 對(duì)于給定體積，球的數(shù)

52、量反比于半徑的對(duì)于給定體積，球的數(shù)量反比于半徑的立方，假如研磨效率依賴(lài)于球與粉之間立方，假如研磨效率依賴(lài)于球與粉之間的接觸點(diǎn)的數(shù)目，而該數(shù)目又依賴(lài)于球的接觸點(diǎn)的數(shù)目，而該數(shù)目又依賴(lài)于球的表面積，則研磨效率反比于球的半徑。的表面積，則研磨效率反比于球的半徑。 研磨效率也與顆粒尺寸有關(guān)。顆粒尺寸研磨效率也與顆粒尺寸有關(guān)。顆粒尺寸越小則效率越低；越小則效率越低； 隨著研磨過(guò)程的進(jìn)展，粉料尺寸越來(lái)越隨著研磨過(guò)程的進(jìn)展，粉料尺寸越來(lái)越小小 達(dá)到達(dá)到lum左右時(shí)研磨尺寸的進(jìn)一步減左右時(shí)研磨尺寸的進(jìn)一步減小變得越來(lái)越困難，從而趨近實(shí)際研磨小變得越來(lái)越困難，從而趨近實(shí)際研磨的極限尺寸。的極限尺寸。該極限與多個(gè)

53、因素有關(guān)該極限與多個(gè)因素有關(guān)，隨著顆粒尺寸的減小、粉粒團(tuán)聚的趨勢(shì)隨著顆粒尺寸的減小、粉粒團(tuán)聚的趨勢(shì)增大，形成粉碎與團(tuán)聚兩個(gè)過(guò)程的物理平增大，形成粉碎與團(tuán)聚兩個(gè)過(guò)程的物理平衡；衡；另一個(gè)因素在于隨著顆粒尺寸的減小，另一個(gè)因素在于隨著顆粒尺寸的減小，發(fā)生粉碎的概率變?。话l(fā)生粉碎的概率變??；另外，在顆粒內(nèi)存在缺陷的概率也隨顆另外，在顆粒內(nèi)存在缺陷的概率也隨顆粒尺寸變小而降低也就是說(shuō)細(xì)顆粒顯得粒尺寸變小而降低也就是說(shuō)細(xì)顆粒顯得比較硬。比較硬。濕式球磨比干式球磨有更細(xì)的濕式球磨比干式球磨有更細(xì)的極限尺寸極限尺寸也可加入分散劑式進(jìn)行多級(jí)球也可加入分散劑式進(jìn)行多級(jí)球磨，依次在越來(lái)越小的磨球中磨，依次在越來(lái)越小的磨球中研磨。研磨。 球磨可因磨球運(yùn)動(dòng)方式而分為滾筒球磨、行星球磨、振動(dòng)球磨以及攪動(dòng)球磨。根據(jù)是否根據(jù)是否添加溶劑添加溶劑又分為：又分為：濕式球磨和干式球磨。濕式球磨和干式球磨。滾筒球磨滾筒球磨 滾筒球磨簡(jiǎn)稱(chēng)為球磨，旋轉(zhuǎn)的圓滾筒球磨簡(jiǎn)稱(chēng)為球磨，旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)部裝入磨球和待磨原料。筒內(nèi)部裝入磨球和待磨原料。 圓筒的旋轉(zhuǎn)速度影響到磨球的運(yùn)圓筒的旋轉(zhuǎn)速度影響到磨球的運(yùn)動(dòng)軌跡和傳遞給粉粒的機(jī)械能。動(dòng)軌跡和傳遞給粉粒的