实验一固相法（solid-phasemethod）合成粉体

实验一固相法（solid-phase method）合成粉体
粉体（powder）是大量固体粒子的集合系，是在物质本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态颗粒，但具有与固体不尽相同的性质。

粉体的特性，诸如颗粒度、颗粒形状、粒度分布、比表面积、团聚状态、吸附性质等对技术陶瓷的烧结性及显微结构有着决定性的影响，从而影响技术陶瓷的性能。

因此，制备质量优良的粉体是获得性能优越的技术陶瓷制品的重要基础。

固相法是制备技术陶瓷粉体的重要方法之一，主要通过固相反应得到粉体。

固相法制备粉体技术在技术陶瓷粉体的工业生产中，应用非常广泛。

固相法制备的粉体颗粒一般为几个微米~数十微米之间。

下面以BaTiO3粉体的制备为例，介绍固相法制备粉体的工艺过程。

一．原料
碳酸钡（BaCO3) ，分析纯：二氧化钛（TiO2），分析纯。

二．仪器和设备
氧化铝坩埚，烧杯，球磨机，高温炉（硅碳棒作发热体，Tmax = 1350 ℃，Pt-Rh-Pt热电偶测温）, 干噪箱，电子天平。

三．实验步骤
1 ．配料计算
预制备20 克BaTiO3粉体，计算所需要的BaCO3和TiO2用量。

其中，Ba /Ti （摩尔比）= l : 1 。

2 ．称料
在电子天平上分别称取所需要的BaCO3和TiO2，精确到0.01 克，放入烧杯中备用。

3 ．混料
采用湿式球磨混合的方法，将BaCO3和TiO2粉末原料进行充分混合。

球磨过程中，应采用玛瑙球，盛料容器应选用玻璃质或塑料质，避免使用铁质容器，以免铁质等受主杂质的混入，对BaTiO3陶瓷的电学性能产生不利影响。

料：球：水（质量比）=1 : l.5 : 2 ，球磨时间为20 -24 小时。

所用的水选用蒸馏水。

4 ，干燥
将经球磨混合的原料放入烧杯中，然后在干燥箱中进行干燥处理：
T=105℃，t = 12h 。

5 ．焙烧
将干混合料放入坩埚中，然后移入高温炉中进行熔烧。

焙烧的温度和时间为：T =1100-1150 ℃，t =2-4h，从而得到BaTiO3粉体。

焙烧过程中发生的化学反应为：
BaCO3+ TiO2 BaTiO3+CO2
化合反应中的温度必须严格控制，温度过低，反应不完全，不能得到纯的BaTiO3粉体；若反应温度过高，不但容易出现Ba2TiO4有害相，还会使BaTiO3，发生烧结，这些均对BaTiO3粉体的性能产生不利影响。

采用化合反应法合成的BaTiO3粉体的粒度一般为几微米--数十微米之间。

四．注意事项
应严格控制焙烧温度和恒温时间，以免反应不完全、产生有害相，甚至发生烧结。

实验二液相法（liquid-phase-method）制备粉体
与固相法制备粉体相比，液相法制备粉体具有易控制组成、各组分混合均匀、粒度细小的特点，更加适于合成复合氧化物粉体。

液相法制备粉体的方法包括：均匀沉淀法、共沉淀法、溶胶－凝胶（Sol –Gel）法等。

下面以BaTiO3粉体的制备为例，介绍Sol –Gel法制备粉体的工艺过程。

一．原料
醋酸钡，分析纯；钛酸丁酯，化学纯；正丁醇，分析纯；冰醋酸，分析纯。

二．仪器和设备
烧杯，量筒，移液管，电子天平，磁力搅拌器，干燥箱，高铝坩埚，高温炉，球磨机，湿度计，胶皮手套，防毒口罩。

三．实验步骤
1 ．配料计算
预制备20g BaTiO3粉体，计算醋酸钡和钛酸丁酯的用量。

2 . Sol配制
将醋酸钡溶入蒸馏水中得到溶液1（aq1）。

将钛酸丁酯中加入适量正丁醇，并滴加少量冰醋酸得到溶液2(aq2）。

将aq2 缓慢加入aq1 中，经强烈搅拌混合形成清澈透明的溶胶，在室温下放置数小时后，转变为透明的凝胶。

同时记录空气的温度和湿度。

3 ．凝胶干燥
干燥温度为T = 65 ℃，时间t = 12h ；湿凝胶经干燥得到干凝胶。

4 ．球磨
将干凝胶中加入适量的水或酒精，然后在球磨机中进行球磨，球磨时间为
6h 。

5 ．锻烧
将球磨后的粉料放入氧化铝坩埚中，在高温炉中进行锻烧，可得到BaTiO3粉体。

锻烧温度T = 850 ℃，时间t=lh 。

从而得到了四方相的BaTiO3粉体，粉体粒度可达到十纳米。

四．注意事项
溶胶的质量是影响粉体性能的关键因素，须严格控制溶胶的配制过程。

在配制溶胶的过程中，需要戴上防护手套和防毒口罩，避免醇类物质对人体的危害。

实验三干压成型制备陶瓷坯体
一．原料
BaTiO3粉体，聚乙烯醇（PVA) ，三氧化二镧（La2O3）。

二．仪器和设备
油压机，模具，球磨机，磨球，干燥箱，陶瓷研钵。

三．实验步骤
1 ．掺杂和混料
取适量BT粉体（采用固相合成法得到的），掺入0.25mol％的La2O3，滴加一定量的水，放入球磨机中进行球磨混料，料：球：水的重量比为l : 2 : 1 ，球磨时间为24 小时。

将球磨混合后的粉料放入烧杯中备用。

2 ．干燥
将球磨混合后的原料放入干燥箱中烘干，干燥温度和时间为T = 102 ℃，t = 12h 。

3 ．塑化和造粒
在烘干后的原料中加入聚乙烯醇溶液（浓度为5 % ) ，混合均匀后置于模具内，然后将模具放在油压机上加压，压力为30 Mpa 。

再将块状料取出，用研钵捣碎，过30 目筛和50 目筛，选取两筛间的颗粒进行成型。

筛余的粗粒和细粒分别进行粉碎及加压处理，使其满足要求。

4 ．干压成型
将塑化和造粒后的原料放入模具（模具在使用前涂上机油）中，然后将模具放在油压机上加压，成型压力为100MPa ，应缓慢加压，并恒压半分钟左右，这样就得到了掺有La2O3的BaTiO3坯体。

5 ．烘干
将坯体放入烘箱内烘干。

干燥温度和时间为：T = 65 ℃，t =8h 。

四．注意事项
钢模具和筛子在使用完后一定要清理，刷掉粉料，并在模具上涂油。

实验四陶瓷烧成温度与体积密度之间的关系
用相同方法成型的坯体在不同温度下锻烧，可得到生烧、正火和过烧的烧结体。

其体积密度最大的表示该温度为正火温度，即陶瓷的最佳烧成温度。

通过绘制体积密度与烧成温度曲线，可以得到陶瓷的最佳烧成温度。

一．原料
BaTi03粉体，聚乙烯醇（PVA)，三氧化二镧（La2O3）。

二．仪器和设备
高温炉，干燥箱，高铝坩埚，电子天平，油压机，模具，球磨机，磨球，研钵。

三．实验步骤
1 ．坯体制备
按照实验三的工艺．压制六件BaTiO3坯体，在坯件上用加FeSO4的墨水编号，备用。

2 ．干燥
将坯体放入干燥箱中烘干，干燥温度和时间为T= 65 ℃，t = 12h 。

3 ．烧成
将干燥后的坯体放入高温炉中，进行烧成，样品的中心点应在热电偶端部的下面。

烧成过程主要分为以下三个步骤：
升温：以100 ℃／h 的升温速率进行升温。

具体过程为：打开高温炉的电源开关，将温度指针调整到所需要的位置，然后打开加热开关，开始升温，通过调整电流和电压值，可以调节升温速率。

温度升至所需要的温度时，开始计时，进入恒温阶段。

恒温：恒温温度分别为：1280℃，1300℃，1320℃，1340℃，1360℃，1380℃，恒温时间均为2小时。

降温：当恒温过程完成后，先关闭加热键，再关闭高温炉的电源键，让样品随炉自然冷却，冷却至室温时，取出。

4 ．体积密度（ρ）测定
在电子大平上称出各样品的重量，并测定其体积，算出六件烧结体的体积密度。

5 ．绘制ρ-T 曲线
根据六件样品的体积密度和烧成温度，绘制出ρ-T曲线，体积密度最高点对应的烧成温度，即为BaTi03陶瓷的最佳烧结温度。

实验五粉体粒度对陶瓷性能的影响
一．原料
碳酸钡（BaCO3），分析纯；二氧化钛（TiO3），分析纯；醋酸钡，分析纯；钛酸丁酯，化学纯；正丁醇，分析纯；冰醋酸，分析纯；聚乙烯醇（PV A)；三氧化二镧（La2O3）；Ag-Zn合金。

二．仪器和设备
烧杯，量筒，移液管，球磨机，高温炉（硅碳棒作发热体，Tmax=1350℃，Pt-Rh -Pt 热电偶测温），干燥箱，电子天平，磁力搅拌器，高铝坩埚，高温炉，湿度计，胶皮手套，防毒口罩，油压机，模具，研钵，扫描电镜，电学性能测试装置。

三．实验步骤
1 ．粉体制备
分别采用实验一和实验二中制备的BaTiO3粉体作原料，为粉体1和粉体2 。

2 ．成型
选用粉体1、粉体2作原料，采用实验三的工艺过程得到掺有La2O3的BaTiO3坯体1和坯体2，在坯体上编号。

3．烘烤
将坯体放入烘箱内烘干。

干燥温度和时间为：T=65℃，t=8h。

4．烧成
将BaTiO3坯体移入高温炉中进行烧成。

烧成温度和时间为：T=1350℃，t=2h。

5．电极制备
在最佳烧成温度下烧成的两件BaTiO3陶瓷经打磨加工，然后涂覆Ag-Zn欧姆接触电极。

6．性能测试
测定样品的常温电阻值、介电强度及晶粒大小。

对比不同的粉料作原料时所制备的BaTiO3陶瓷的性能。

四．注意事项
为准确对比不同工艺制度制备的粉体对陶瓷性能的影响，必须保证实验的其他工艺参数完全相同，如成型、烧成制度等。