液相合成粉體材料教學(xué)內(nèi)容

液相合成粉體材料5.5溶膠-凝膠法5.5.1溶膠5.5.2凝膠5.5.3溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)化5.5.4工藝過程及應(yīng)用5.6水熱與溶劑熱5.6.1原理5.6.2分類 5.6.3溶劑熱5.6.4工藝過程及應(yīng)用5.7液相合成粉體材料過程的工程特征思考題25.1特征與類型主要技術(shù)特征 分類：物理法和化學(xué)法5.2沉淀法5.2.1基本原理溶度積與沉淀的形成

沉淀的一般過程晶核的形成分子或離子核胚晶核臨界晶核尺寸的大小：式中r為晶核半徑，為液-固界面張力；M為溶質(zhì)分子質(zhì)量；為溶質(zhì)的密度；S為溶液的過飽和度3晶核生成速率（單位時間內(nèi)單位體積中形成的晶核數(shù)）為：

過飽和度S愈大，界面張力愈小，則臨界晶核的尺寸越小，晶核的生成速率越大晶核的長大晶核線性生長速率的一般關(guān)系式為：式中，A、B為與系統(tǒng)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；G為固態(tài)分子的自由能變化晶核形成速率與生長速率間的關(guān)系對粉體顆粒尺寸的影響45.2.2直接沉淀法過程常使用銨鹽法（氨水、碳酸氫銨、碳酸銨等）或草酸鹽法（H2C2O4）如：AlCl3+3NH4OHAl(OH)3+3NH4Cl2Al(OH)3Al2O3+3H2O5.2.3共沉淀法過程 特點(diǎn)與影響因素避免發(fā)生分步沉淀 雜質(zhì)離子的去除如Al2O3-Cr2O3粉體的制備55.2.4均勻沉淀法特點(diǎn)，生成沉淀的途徑所用沉淀劑多為尿素，加熱到90℃時水解反應(yīng)如下：

(NH2)2CO+H2O2NH3+CO2

如鐵黃（FeOOH）粉體的制備5.2.5沉淀的生成條件以金屬氫氧化物與金屬硫化物為例取決于溶液的濃度和pH值沉淀起始與沉淀完全時pH值的計算草酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽沉淀的有關(guān)計算與上述類似65.2.6影響沉淀反應(yīng)的因素

濃度：濃度對晶核形成和生長速率的影響溫度：溫度對溶液過飽和度、溶液粘度、分子運(yùn)動動能、晶核形成和生長速率的影響pH值：溶液pH值的大小與均勻性對沉淀過程的影響沉淀劑加入方式：正滴與反滴的影響反應(yīng)時間：時間的長短對粉體粒度及粒度分布的影響溫度對晶核形成和生長速率的影響75.2.7應(yīng)用ZrO2(Y2O3)/Al2O3粉體的制備流程圖85.3溶劑蒸發(fā)法特點(diǎn)及分類5.3.1噴霧干燥法將溶液噴霧至熱風(fēng)中使之快速干燥適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)過程，優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于造粒5.3.2熱煤油法將金屬鹽溶液噴霧至熱煤油中，使溶劑迅速蒸發(fā)，干燥物經(jīng)煅燒后，可得所需粉體95.3.3噴霧熱分解法溶劑蒸發(fā)和金屬鹽熱分解在瞬間同時發(fā)生兩種噴霧方式，特點(diǎn)，兩個階段5.3.4冷凍干燥法優(yōu)點(diǎn)原理：先將欲干燥的初始鹽溶液噴霧冷凍，然后在低溫下真空干燥，將溶劑直接升華除去，經(jīng)煅燒后，得到所需粉體有效應(yīng)用該方法的關(guān)鍵鹽溶液（以水為溶劑）的壓力-溫度狀態(tài)圖10工藝過程初始溶液的配制（原則：溶劑的平衡蒸氣壓要大，冰點(diǎn)下降要小，所需組分在溶劑中有較高的溶解度，不易形成玻璃態(tài)，有利于噴霧，熱分解溫度適當(dāng)）噴霧冷凍（使用氮?dú)鈬姌專褂弥评鋭┱婵丈A干燥（機(jī)械泵抽真空，在不出現(xiàn)液相的前提下適當(dāng)?shù)剡B續(xù)提高凍結(jié)物的溫度）熱分解（在適當(dāng)氣氛下熱分解）應(yīng)用冷凍干燥法制備MgAl2O4115.4醇鹽水解法醇鹽的概念，與有機(jī)金屬化合物的不同，特點(diǎn)5.4.1醇鹽的合成5.4.2醇鹽的水解與縮聚水解通式：水解與縮聚幾乎同時進(jìn)行，縮聚分為失水縮聚：失醇縮聚：5.4.3影響醇鹽水解的因素水/醇鹽比，溶劑的種類與加入量，水解溫度，pH值5.4.4工藝過程及應(yīng)用125.5溶膠-凝膠法三種轉(zhuǎn)化過程5.5.1溶膠概念，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性135.5.2凝膠概念，性質(zhì)，與溶膠的區(qū)別5.5.3溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)化溶劑揮發(fā)適量的電解質(zhì)相反電荷的溶膠5.5.4工藝過程及應(yīng)用四個步驟14La(NO3)3溶液HNO3Fe(NO3)3.6H2OFe(NO3)3溶液La:Fe=1:1檸檬酸LaFeO3的超細(xì)粉末10～100nm50～80℃含La3+、Fe3+的凝膠含La3+、Fe3+的溶膠60～90℃干凝膠熱處理120℃La2O3155.6水熱與溶劑熱水熱合成定義、特點(diǎn)5.6.1原理水熱法一般以金屬鹽、氧化物或氫氧化物作為前驅(qū)物，它們在加熱過程中溶解度隨溫度的升高而增加，最終導(dǎo)致溶液過飽和并逐步形成更穩(wěn)定的新相。反應(yīng)過程的驅(qū)動力是前驅(qū)物與新相之間的溶解度差5.6.2分類根據(jù)水熱過程中化學(xué)反應(yīng)類型的不同，可將水熱法分為：水熱沉淀、水熱結(jié)晶、水熱合成、水熱分解等165.6.3溶劑熱溶劑熱合成法的原理與工藝和水熱合成法基本相同，只不過反應(yīng)介質(zhì)不是水，而是某種有機(jī)溶劑（如四氯化碳、醇、苯等）5.6.4工藝過程及應(yīng)用*非水溶液反應(yīng)合成：主要用于制備C、N、B、S等非氧化物粉體。溶液介質(zhì)可以是惰性物質(zhì)，也可以是反應(yīng)物175.7液相合成粉體材料過程的工程特征涵蓋了眾多的工業(yè)過程與一系列的單元操作存在的一些共同的工程問題兩點(diǎn)結(jié)論液相法制備粉體材料的影響因素很多，各因素之間又存在一定的交聯(lián)作用，其中存在的許多問