(陶瓷科学与工艺学)第四章4粉体制备工艺-沉淀法

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特种陶瓷工艺学——特种陶瓷工艺简介

特种陶瓷工艺学——特种陶瓷工艺简介

Sunny smile
陶瓷课件
2.反应热烧结 高温下粉料可能发生某种化学反应过程,利用这 一化学反应进行的热压烧结工艺称为反应热压烧 结。在烧结传质过程中,除利用表面自由能下降 和机械作用力推动外再加上一种化学反应能作为 推动或激化能,以降低烧结温度,而得到致密陶 瓷。反应热压烧结有下列几种类型:
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陶瓷课件
(3)分解合成热压烧结 分解合成热压烧结是利用物质分解反应期的高 度活性,在压力作用下与异类物质产生合成反 应,然后再在压力作用下烧结成致密陶瓷。为 使合成反应能进行得比较均匀和彻底,热压时 间可以稍长些,但其烧成温度通常比分解反应 的热压烧结温度低。
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陶瓷课件
等静压成形有如下特点:适用于压制形状 复杂,大件且细长的制品;可以任意调节成压 力;压制产品质量高,烧成收缩小,坯体致密 且均匀、不宜变形。但设备成本高,湿式等静 压不宜’自动化生产,生产效率不高。
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陶瓷课件
3.流延法成形 薄片制品以往采用模压法或轧膜成形,但 随着科学技术的发展,对制品性能要求不断提 高,特别对于要求表面光洁、超薄形的制品, 上述两种方法不能适应,因而又发展一种带式 成形法。主要为流延法成形,又称刮刀法或带 式浇铸法。
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陶瓷课件

《陶瓷科学与工艺学》课后思考题

《陶瓷科学与工艺学》课后思考题
用含高化学活性组分的化合物作前驱体在液相下将这些原料均匀混合进行水解缩合化学反应在溶液中形成稳定的透明溶胶体系溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合形成三维空间网络结构的凝胶凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂形成凝胶凝胶经过干燥烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料
《陶瓷科学与工艺学》思考题整理
第二章思考题(1) 1、根据离子半径比的关系,确定下列正离子的配位数各是多少? rO2-=0.132nm , rSi4+=0.039nm , rK+=0.133nm , rAl3+=0.057nm , rMg2+=0.075nm
第二章思考题(2) 1、提高材料抗热震性措施
答: 材料承受温度骤变而不破坏的能力称为抗热震性,材料热震失效可以分成两 类,一类是瞬时断裂,称为热震断裂;一类是在热冲击循环下,材料开裂、剥落、 碎裂,称为热震损伤。抗热震性与强度、弹性模量、热膨胀系数和热导率等参数 有关。 (1)提高抗热震断裂 ①提高材料断裂强度 f ,减小弹性模量 E; ②提高材料的热导率 ,热导率大的材料传递热量快,使材料内外温差较快地 得到缓解、平衡,因而降低了短时期热应力的聚集; ③减小材料的热膨胀系数 ,热膨胀系数小的材料,在同样的温差下,产生的 热应力小; ④减小表面散热速率 h,h 值降低可使材料内外温差缩小,减小热应力。为了
nc ,式中 nc 为正离子价态数, N c 为正离子配位数。对于 α-Al2 O3, Nc

陶瓷材料的制备

陶瓷材料的制备

2、流延成型 、 • 又称带式浇注法、刮刀法,是薄片陶瓷材料的一种重要成 型工艺 • 陶瓷粉料、溶剂、分散剂、粘结剂以及增塑剂的选择非常 重要
流延成型流程图
流延成型示意图
3、注射成型 、
• 通过在陶瓷粉料中加入一定的聚合物以及其他添加剂组元, 赋予陶瓷材料与聚合物相似的流动性,采用压力注射的方 法制成各种形状的制品
(4)激光加工 ) • 通过专属设备把光集束于制品表面,在制品的局部范围内 加热,使之蒸发或熔融,从而进行打孔、划线、切割等加 工
三、总结
粉体制备(机械粉碎、化学合成) 成型(干法、湿法) 干燥排塑 烧成(热压、反应、气氛烧成等) 加工(力学、化学、电学法等)
参考书
• 《先进陶瓷工艺学》刘维良等 武汉理工大学出版社 先进陶瓷工艺学》 • 《先进陶瓷制备工艺》王昕等 化学工业出版社 先进陶瓷制备工艺》 • 《现代陶瓷材料及技术》曲远方 华东理工大学出版社 现代陶瓷材料及技术》 • 《陶瓷材料导论》曹茂盛等 哈尔滨工程大学出版社 陶瓷材料导论》 • 《工程陶瓷材料的加工技术及应用》于思远等 机 工程陶瓷材料的加工技术及应用》
4、凝胶注模成型 、 原位凝固成型 坯体固化过程中没有收缩且原位固化保证陶瓷坯体的均匀 性
(三)干燥与排塑
热空气干燥 电热干燥 辐射干燥 (高频、微波、红外)
干燥
排除粘合剂,为烧成创造条件 排塑 是坯体获得一定的机械强度 避免粘合剂在烧成时的还原作用

(陶瓷科学与工艺学)第四章6粉体制备---水热法

(陶瓷科学与工艺学)第四章6粉体制备---水热法

三、 水热与溶剂热合成的原理
水热法常用氧化物或者氢氧化物或凝胶体作为前驱物,以一定的填 充比进入高压釜,它们在加热过程中溶解度随温度升高而增大,最 终导致溶液过饱和,并逐步形成更稳定的新相。 反应过程的驱动力是最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间 的溶解度差,即反应向吉布斯焓减小的方向进行。
但严格的说,水热技术中几种重要的反应机理并不完全相同, 即并非都可用这种“溶解-结晶”机理来解释,水热反应的微观机理 是急需解决的问题。同时,反应过程中的有关矿化剂的作用,中间产 物对产物的影响等也不十分清楚。
一、定义
溶剂热法(Solvothermal Synthesis),是在水热法 的基础上发展起来的一种新的材料制备方法,将 水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒(例如: 有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等),采用类似 于水热法的原理,以制备在水溶液中无法长成, 易氧化、易水解或对水敏感的材料,如III-V族半 导体化合物、氮化物、硫族化合物、新型磷 (砷)酸盐分子筛三维骨架结构等。
五、 水热与溶剂热合成的一般工艺
六、 水热与溶剂热合成反应影响因素
采用水热和溶剂热合成粉体时,晶粒粒度是衡量 粉体性能的一项重要指标,其大小的改变直接影 响粉体的特性。影响水热反应的因素有1)温度; 2) 压力; 3)保温时间; 及4)溶液组分; 5)pH 值; 6)有 无矿化剂和矿化剂种类; 7)反应物浓度 所有这些 因素都将影响最终产物的大小、形貌、物相等性 质。

陶瓷工艺学课程教学大纲本科

陶瓷工艺学课程教学大纲本科

陶瓷工艺学课程教学大纲

课程名称:陶瓷工艺学课程编号:16118541

学时/学分:40/2.5 开课学期:6

适用专业:材料科学与工程课程类型:专业方向选修课

一、课程说明

本课程是材料科学与工程专业的一门专业方向选修课,主要面对建筑材料方向。本课程主要掌握陶瓷原料、坏体的工艺基础、釉层的工艺基础及陶瓷的生产过程。熟悉陶瓷生产过程中发生的物理一化学变化,掌握工艺因素对陶瓷产品结构与性能的影响和基本的实验技能。能够从技术与经济的角度分析陶瓷生产中的问题和提出改进生产的方案,为毕业后从事专业工作打下必要的基础。二、课程对毕业要求的支撑

毕业要求1工程知识:具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识,并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。

指标点15:掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识,并结合数学、自然科学、工程基础知识,用于解决本专业的复杂工程问题。

毕业要求2问题分析:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,识别、表达、并通过文献研究分析材料复杂工程问题,以获得有效结论。

指标点2.2:能够应用物理、化学知识对材料的组成、结构、物相、性能以及相互关系进行识别、表达和分析,并获得有效结论。

毕业要求4研究:掌握材料结构和性能的分析方法、实验设计和材料的制备与加工工艺,具备设计和开展实验的能力,并能对实验结果进行有效分析并得到合理有效的结论。

指标点4.1:掌握材料制备与加工的方法和相关设备,能够根据材料研究的需求选择不同设备、工艺条件、操作过程,并能对结果进行分析,得到合理有效的结论。

三、课程的教学目标

粉体的合成制备方法

粉体的合成制备方法

粉体的合成制备方法

粉体的合成制备方法发展状况

如今,粉体的合成制备经过多年的发展,制备合成方法已经变得各种各样按理论也可分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。

1.物理方法

(1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。

2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

(3)机械球磨法采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

2. 化学方法

(1)气相沉积法

利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。

(2)沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。

(3)水热合成法高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。

(4)溶胶凝胶法金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。

(5)微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。

按照反应物的相可分为三类气相合成法,固相合成法和液相合成

陶瓷粉体制备

陶瓷粉体制备
陶瓷粉料的制备 常wk.baidu.com的制备方法
建筑用砖瓦:采用低品质粘土制造,十分广泛的地方性工业。 传统陶瓷:天然原材料有比较严格的控制,要求对原材料进行精选,这 些工业一般集中在有较高质量的原材料产地。 先进工程陶瓷:着眼于制造高性能、高附加值的特殊产品,用于航空、 航天、新能源、原子能、信息产业等具有特殊性能要求的场合,使用化学提 纯甚至用化学的方法来制备原料。 第一种是用细颗粒陶瓷原料加上粘结剂制成泥浆,成型,然后高温烧结 成所需的制品。 第二种基本工艺方法是将原料熔融成液体、然后在冷却和固化时成型, 例如制备玻璃制品。 机械破碎法:粗颗粒变成细颗粒,成本低生产量大。
NPU
先进陶瓷粉料的制备 固相法制备粉料
自蔓延燃烧技术是利用反应物之 间高化学反应热的自加热和自传 导作用来合成材料的一种技术。
Fe2O3 + Al Fe + Al2O3
点火电极 已反应区 燃烧区 预热区 未反应区
放出大量热/3000K
Al2O3 过渡层
基材
NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
合成法:气相或液相变成固相陶瓷颗粒,成本高生产量小。
NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
NPU
陶瓷粉料的制备 常规的制备方法 机械破碎法制备粉料
颚式破碎机

陶瓷粉工艺流程

陶瓷粉工艺流程

陶瓷粉工艺流程

《陶瓷粉工艺流程》

陶瓷粉工艺是一种传统的手工艺,在制作过程中需要经历多道工序,需要经过研磨、筛分、混合、压制、烧结等环节。下面是一个典型的陶瓷粉工艺流程:

1. 原料准备:首先需要准备好陶瓷原料,包括粘土、瓷石、石英砂等。这些原料需要经过精细的筛分和混合,确保粉末的均匀性和纯净度。

2. 研磨:将原料放入研磨机中进行粉碎,确保粉末的细腻度和均匀性。

3. 筛分:经过研磨后的原料需要进行筛分,去除杂质和不符合规格的颗粒,这样可以保证瓷器的质量和均匀性。

4. 混合:将筛分后的原料进行混合,确保不同成分的原料能够充分融合在一起,同时加入适量的添加剂,如助燃剂、增塑剂等,以便后续的压制和烧结工艺。

5. 压制:将混合后的陶瓷粉放入压制机中进行成型,通过一定的压力让粉末固化成形。

6. 干燥:经过压制成型后的陶瓷坯需要进行干燥处理,以去除水分和达到适当的硬度。

7. 烧结:最后一道工序是烧结,在高温环境下将陶瓷坯进行烧结,使其达到一定的硬度和稳定性。

通过以上工艺流程,最终可以获得具有均匀纹理、韧性良好、耐高温、不易破碎的陶瓷制品。这种工艺虽然繁琐,但却能够保证陶瓷制品的质量和稳定性,是传统工艺中的一种珍贵技艺。

共沉淀法制备粉体

共沉淀法制备粉体

主要内容➢1.粉体的制备现状

➢2.共沉淀法制备粉体

➢3.影响沉淀的因素

➢4.共沉淀法制备粉体的优缺点

➢5.粉体的团聚

➢6.总结

一、粉体的制备现状

•主要有化学方法(沉淀法、醇盐法、溶胶凝胶法、水热合成法等)和物理方法(机械粉碎法、构筑法)。

•采用化学方法制备的粉体纯度高、粒度可控,均匀性好,颗粒微细,并可以实现颗粒在分子级水平上的复合均匀。

粉体的一些制备方法

固相法液相法气相法

机械粉碎法超声波粉碎法热分解法

爆炸法沉淀法,醇盐法

溶胶凝胶法

水热法

喷雾干燥法

冷冻干燥法

水解反应法

化学凝聚法

气相化学反应法

(CVD)

真空蒸发法(PVD)

油面蒸发法

等离子体法

蒸发法

二、共沉淀法制备粉体

•共沉淀法定义:

共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子,它们以均相存在于溶液中,加入沉淀剂,经沉淀反应后,可得到各种成分均一的沉淀,再将沉淀物进行干燥或锻烧,从而制得高纯微细的粉体材料。•它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。

共沉淀法的分类

1.单相共沉淀:沉淀物为单一化合物或单相固溶体。

2.混合物共沉淀:沉淀产物为混合物

沉淀原理

•沉淀法也称溶解度法。

•基本原理:根据各种物质的结构差异来改变溶液的某些性质(如:pH、极性、离子强度、金属离子等),从而使抽提液中有效成分的溶解度发生变化。

•就是在溶解有各种成份离子的电解质溶液中添加合适的沉淀剂,反应生成组成均匀的沉淀,沉淀热分解得到高纯微细的粉体材料。

以NH 4HCO 3为沉淀剂通过共沉淀法制备

2Y -TZP 纳米粉体

•以NH 4HCO 3,ZrOCl 2∙9H 2O 和Y(NO 3)3为原料,在乙醇溶液中通过共沉淀法制备

陶瓷工艺学第九讲 粉体的化学合成

陶瓷工艺学第九讲 粉体的化学合成

4 Al2O3
3MgAl2O4
总反应: 4MgO 4Al2O3 4MgAl2O4
优点:成本低。
缺点: ➢需要粉磨,容易引入污染物; ➢粉体颗粒形状很难控制; ➢不完全反应使得产物存在杂质相。
二、碳热还原法
•非氧化物特种陶瓷的原料粉末多采用氧化物还原方法制 备。或者还原碳化,或者还原氮化。如SiC、Si3N4等粉 末的制备。
•Si3N4粉末的制备:在N2条件下,通过SiO2与C的还原 -氮化。反应温度在1600℃附近。其基本反应如下:
3SiO2+6C+2N2 → Si3N4+6CO
(2-29)
三、 热分解反应法
热分解反应基本形式(S代表固相,G代表气相): Sl→S2十G1
•很多金属的硫酸盐、硝酸盐等,都可以通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)4·24H2O) 在空气中进行热分解,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属的复合盐,分解温度比较低,产生的气体
➢反应为什么需要这么高的温度? •困难一:晶核的形成--结构不一样--断键再结合 、离子脱出、扩散和进入缺位。
•困难二:晶核生长--阳离子扩散需经过两个界面。
(a) MgO/MgAl2O4界面
3
2

陶瓷粉体制备ppt课件

陶瓷粉体制备ppt课件

R O
R O
Si
H2O
O R
O R
H O
OH
Si
HO
O H
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。
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。
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。

陶瓷工艺学-陶瓷的加工及改性-第4节

陶瓷工艺学-陶瓷的加工及改性-第4节
(3)银电极浆料的制备:将制备好的含银原料,熔剂和粘合剂按一定配比进 行配料后,在刚玉或玛瑙磨罐中球磨40~90h,使粉体粒度<5μm并混合均匀。
(4)涂敷工艺:有手工,机械,浸涂,喷涂或丝网印刷等 (5)烧银:烧银的目的是在高温作用下使瓷件表面上形成连续、致密、 附着牢固、导电性良好的银层
2016/4/5
蒸发制膜材料 (锡青铜)
加热电源
真空密封
Leabharlann Baidu
料)所组成,其特点是能量高度集中能
排气口
使膜料源的局部表面获得极高的温度, 对高、低熔点的膜料都能加热气化。
真空蒸发镀膜示意图
2016/4/5
福州大学 材料科学与工程学院
致谢
2016/4/5
常用的有电阻加热法和电子束加热法。
真空室 镀件加热电源
(1)电阻加热法是用高熔点金属(钨、 镀件支架
钼)做成丝或舟型加热器,用来存放蒸 发材料,利用大电流通过加热器时产生 的热量来直接加热膜料。 (2)电子束加热法由一个提供电子的 热阴极、加速电子的加速极和阳极(膜
镀件(三用阀) 蒸汽流 蒸发器 挡板
福州大学 材料科学与工程学院
二、化学镀镍法
优点: (1)镀层厚度均匀,能使瓷件表面形成厚度基本一致的镀 层。 (2)沉积层具有独特的化学、物理和机械性能,如抗腐蚀、 表面光洁、硬度高、耐磨良好等。 (3)投资少,简便易行,化学镀不需要电源,施镀时只需 直接把镀件浸入镀液即可。

粉体学基础教案

粉体学基础教案

粉体学基础教案

教案标题:粉体学基础教案

教案目标:

1. 了解粉体学的基本概念和原理。

2. 理解粉体的特性和分类。

3. 掌握粉体的制备方法和工艺流程。

4. 学习粉体的性能测试和表征方法。

教学步骤:

引入:

1. 利用实例或图片引入粉体学的概念,解释粉体学在工程和科学领域的重要性。知识讲解:

2. 解释粉体的定义和特点,包括颗粒形状、颗粒大小、颗粒分布等。

3. 介绍粉体的分类,如金属粉末、陶瓷粉末、聚合物粉末等。

4. 讲解粉体的制备方法,包括物理方法(研磨、气流法、喷雾干燥等)和化学

方法(溶胶-凝胶法、沉淀法等)。

5. 介绍粉体的工艺流程,包括原料准备、混合、成型、烧结等步骤。

案例分析:

6. 提供实际案例,让学生分析和解决粉体制备过程中可能遇到的问题,如颗粒

分布不均匀、成型困难等。

实验操作:

7. 进行简单的粉体实验操作,如研磨、喷雾干燥等,让学生亲自体验粉体制备

的过程,并观察和记录实验结果。

性能测试:

8. 介绍粉体性能测试的方法,如颗粒大小分析、比表面积测定、流动性测试等。

9. 引导学生进行粉体性能测试实验,让他们学会使用相应的测试设备和方法。

总结:

10. 总结粉体学的基本概念和原理,强调粉体的重要性和应用领域。

11. 鼓励学生继续深入学习和研究粉体学的相关内容。

教学评估:

12. 设计小测验或问答环节,检查学生对粉体学知识的掌握程度。

13. 观察学生在实验操作和性能测试中的表现,评估他们的实际操作能力和数据处理能力。

教学资源:

- PowerPoint演示文稿

- 实验室设备和材料

- 粉体样品和实验材料

特种陶瓷粉体合成培训课件:固相、液相、气相合成法

特种陶瓷粉体合成培训课件:固相、液相、气相合成法
– 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
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。
– 硼化物 – 氮化物
3ZrO2 B4C 8C B2O3 20A0r0C 3ZrB2 9CO 2TiO2 C B4C 2TiB2 2CO2 TiO2 5C B2O3 TiB2 5CO
3SiO2 6C 2N2 Si3N4 6CO 2TiO2 4C+N2 2TiN 4CO Al2O3 3C N2 2AlN 3CO
• 水热沉淀 • 水热晶化 • 水热合成 • 水热分解
水热法
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。
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,
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。

陶瓷制备工艺

陶瓷制备工艺

陶瓷制备工艺简介

陶瓷制品的生产都要经过三个阶段:坯料制备、成型、烧结

现就这三个部分做一一介绍:

1、坯料制备

通过机械或物理或化学方法制备粉料,在制备坯料时,要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气,以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求,坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团。

2、成型

将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型(亦称生坯)。

3、烧结

生坯经初步干燥后,进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时,陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变,如体积减小,密度增加,强度、硬度提高,晶粒发生相变等,使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。

第一节粉体的制备

粉体制备方法:

1、粉碎法:机械粉碎,气流粉碎;杂质多,1μm以上;

2、合成法:固相法、液相法和气相法;纯度、粒度可控,均匀性好,颗粒微细。

一、粉碎法:

1、机械粉碎法:冲击式粉碎、球磨粉碎、行星式研磨、振动粉碎

等。

1-动锥2-定锥3-破碎后的物料4-破碎腔

1-电动机2-离合器操纵杆3-减速器4-摩擦离合器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

2、气流粉碎法:

扁平式气流粉碎机管道式气流粉碎机

二、合成法:

(1)固相法:通过从固相到固相的变化,来制造粉体

1.烧结法:A(S)+B(S)→C(S)十D(G)

2.热分解反应基本形式(S代表固相,G代表气相):Sl→S2十G1

3.化合反应法:A(s)+B(s)→C(s)+D(g)

4.氧化还原法或还原碳化、还原氮化

陶瓷原料的制备

陶瓷原料的制备

➢ 粉体的粒子学特性:
粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粒子 形状、密度、流动性、堆积密度等,其中粉体的粒径对 陶瓷的性能影响最为关键。
粉体的粒径减小,其单位质量的粉体数目增加,表 面积增大,存储于颗粒表面的表面能也随之增加;相应 地,会引起粉体的一些重要性能发生变化,尤其是对超 细粉。
TiCl4 (↑) + CH4 (↑) → TiC (↓) + 4HCl (↑)
其烧结温度仅为1200 ℃。 5) 筛分径:当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时,
当金属颗粒减小到纳米级后,粉体颜色变黑,吸光 物理气相沉积(PVD)法
2 蒸汽压上升 依靠溶液内部缓慢均匀地生成沉淀剂而进行沉淀反
其烧结温度仅为1200 ℃。 粉体的粒度(particle size)
有利于控制烧结过程中的组分含量。 表示小于(或大于)某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量。
1 材料的熔点降低
合1 、材发料应的生熔成点密不降溶低化于水,的沉能淀,有将沉效淀洗控涤并制热分晶解可粒长大的倾向。例如,5μm的氧
粒度分布通常用简单的图表或函数形式来表示。 沉淀法可以分为直接沉淀法、均匀沉淀法和共沉淀
4 电阻率上升化锆粉体的烧结温度为1800℃,而粒径降到0.05μm时,
粉体的物理制备方法 粉体的粒度(particle size)
粒径的主要表示方法有:等体积球相当径、等表面 积相当径、等沉降速度相当径、投影径以及筛分径等。
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③ 反应温度
反应温度对沉淀剂的水解反应速率影响很大,从而强烈地影 响到沉淀剂的生成速率。如CO(NH2)2作为均匀沉淀剂时, 60℃以下在酸、碱、中性溶液中并不发生水解;随着温度升高, 水解速率开始加快,最初CO(NH2)2转化成NH4COONH2,然后 形成(NH4)2CO3,再分解成NH3·H2O和CO2,水解生成的 NH3·H2O均匀分布于溶液中。随着水解度增加,溶液OH-浓度 逐渐增大,在整个溶液中便均匀地生成沉淀。温度越高,沉淀生成
四、 均匀沉淀法理论基础-沉淀过程动力学模型amer model)
I无晶核生成 II成核阶段 III生长阶段
为了从液相中析出 大小均一的固相颗粒,必 须使成核和生长这两个过 程分开。
为使成核与生长尽 可能分开,必须使成核速 率尽可能高而生长速率适 当的慢,应尽可能压缩阶 段II。在阶段III必须使浓度 低于最低过饱和浓度,以 免生成新核。
TiO (OH ) 2 TiO 2 H 2O
这样在溶液内部生成沉淀剂NH4OH。若溶液中存在金属离子将NH4OH消耗掉,不致 产生局部过浓现象。当NH4OH被消耗后, (NH2)2CO继续水解,产生NH4OH。 因为尿素的水解是由温度控制的,故只要控制好升温速度,就能控制尿素的水解速度, 这样可以均匀地产生沉淀剂,从而使沉淀在整个溶液中均匀析出。
① 过饱和度
过饱和度越大,生成(成核)速率越快。 加快成核速率,降低生长速率,有利于生成粒 径细小的晶粒。实际上过饱和度增加的同时也 有利于晶核的生长,但随着过饱和度的进一步 提高,生成速率增长不占优势,因此,在溶液 中析出的纳米氧化物粒径就会小。
① 过饱和度
均相沉淀法Sm掺杂的氧化铈(SDC)
四、 均匀沉淀法理论基础
根据化学反应动力学理论,晶核的生成速率为:
NKexp3R13T633(M lnS2)2
σ——液固界面张力 M——溶质的分子质量 ρ——溶质颗粒的密度 S——溶液的过饱和度 K——反应速率常数
由上式可以看出,晶粒的生成速率对过饱和度S十分敏 感,S愈大,界面张力σ愈小,所需活化能愈低,生成速率愈 大。
四、 均匀沉淀法理论基础
另一过程是核的生长过程,即在过饱和 溶液中形成晶粒以后,溶质在晶粒上不断地 沉积,使晶粒不断长大。晶粒线性生长速率 的普遍式为:
R A G ev x B / p T
式中A、B——与系统性质有关的常数 ΔGv——固态分子的自由能变化
G vVR ln S T
四、 均匀沉淀法理论基础
9.6
~60
d 0.1M 1.0M
11
40~50
e 0.01M 1.0M
12
~50
f 0.005M 1.0M
8.6
~50
② 反应物配比
当反应物浓度一定时,尿素/反应物(摩尔比) 越大,溶液中的OH-浓度越大,过饱和度增加,有利 于生成小粒径粒子沉淀。同时,过量的尿素还能保证 在一定反应时间内与反应物充分反应,提高了产物产 率。
其反应机理如下:
1 、尿素作沉淀剂(制备TiO2)
常温下,该溶液体系无明显变化,当加热至70C以上时,尿素就发生如下水解反应: CO ( NH 2 ) 3 H 2O CO 2 2 NH 3 H 2O
TiOSO 4 2 NH 3 H 2O TiO (OH ) 2 ( NH 4 ) 2 SO 4
Sm(NO3)3 Ce(NO3)3
尿素
85oC恒温
沉淀
粉体
焙烧
干燥
洗涤
过滤
① 过饱和度
如何计算? 最低过饱和度Cmin
试剂浓度与粒子尺寸
[M4+]
[urea] 晶粒尺寸(nm) 粒子尺寸(nm)
(谢乐公式计算)
(TEM)
a 0.4M 4.0M
8.6
~10
b 0.2M 2.0M
源自文库
9.2
~10
c 0.05M 2.0M
• 是利用某一化学反应,使溶液中的构成产物的阴离子(或阳离 子)在溶液中缓慢地、均匀地产生出来,从而形成沉淀的方法。
• 生成沉淀的途径主要有:
1)沉淀剂缓慢的化学反应,导致H+(OH-)离子变化,溶液pH 值变化,使产物溶解度逐渐下降而析出沉淀
H2NCONH2 + 3H2O
CO2 + NH4+ + OH- (90C)
4.4 液相法制备陶瓷粉体
液相合成技术特点
可以精确控制化学组成; 易添加微量有效成份,制备多成份均一微粉; 粉体表面活性好; 颗粒形状和粒径易控;
沉淀法分类
(1)均相沉淀法 沉淀剂慢慢地生成
(2)共沉淀法
(i)单相共沉淀 (ⅱ)混合物共沉淀
(3)水解沉淀法
4.4.1 均匀沉淀法
一、均匀沉淀法原理:
当晶粒的生成速率小于生长速率时,有利 于生成大而少的粗粒子;当生成速率大于生长 速率时,有利于纳米颗粒的形成。因此,为了 获得纳米粒子须保证晶粒的生成速率大于生长 速率。
通常通过使反应在较大的过冷度或高的过 饱和度下进行来达到成核速率大于生长速率。
五、 影响粉体制备的因素
1、过饱和度 2、反应物配比 3、反应温度 4、反应时间 5、煅烧温度和时间 6、表面活性剂
2) 沉淀剂缓慢的化学反应,释放出沉淀离子,达到沉淀离子的沉
淀浓度而析出沉淀
NH2HSO3 + H2O 3)混合作用
H2NCONH2 + H2O NH3 + HC2O4-
SO4+ + NH4+ + H+
CO2 + NH3 (90C) C2O42- + NH4+
最常用的沉淀剂有尿素(CO(NH2)2)和六甲基四胺((CH2)6N4),
2、 六甲基四胺作沉淀剂(制备ZnO)
( CH 2 ) 6 N 4 10 H 2 O 6 HCHO 4 NH 3 H 2 O
Zn 2 2 NH
3 H 2O
Zn ( OH
) 2 2 NH
4
Zn ( OH ) 2 ZnO 2 H 2 O
三、均匀沉淀法特点
1)加入溶液的沉淀剂不立即与沉淀成分反应,而是通 过化学反应 在溶液中合均匀释放构晶离子 2)避免沉淀剂局部过浓的不均匀现象,使过饱和度控 制在适当的范围内,从而控制沉淀粒子的生长速度, 能获得粒度均匀、纯度高的超细粒子。 3) 用于粒子表面改性:均匀、可控的过饱和度,使可 在粒子表面非均相成核,通过粒子表面的其他材料复 合或外延生长而使粒子改性。 如:CoFe2O4 包覆的 rFe2O3
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