第八章 陶瓷粉体的制备
陶瓷制备的化学方程式
陶瓷制备的化学方程式
陶瓷是一种广泛应用于建筑、医疗、电子、冶金等领域的无机非金属材料。它具有高温稳定性、耐磨、绝缘、抗腐蚀等特点，因此被广泛应用于各个领域。陶瓷的制备涉及到多种化学反应和物理过程，下面将详细介绍陶瓷制备的化学方程式。
1. 陶瓷原料的选取：
陶瓷的制备通常需要选择适当的原料。常见的陶瓷原料包括粘土、石英、长石、瓷土等。这些原料中含有各种金属氧化物，如氧化铝、氧化硅、氧化钠等。
2. 粉末制备：
陶瓷制备的第一步是将原料研磨成细小的粉末。这可以通过多种方法实现，例如球磨、溶胶-凝胶法等。其中，球磨是一种常用的方法，通过将原料和磨料放入球磨罐中进行摩擦研磨，使原料颗粒变得更加细小。
3. 混合：
将经过研磨的陶瓷原料进行混合是下一步。混合的目的是确保原料中各种成分均匀分布。混合可以通过物理混合或化学反应实现。例如，将氧化铝和氧化硅的粉末进行物理混合，可以得到氧化铝陶瓷。
4. 成型：
成型是将混合好的陶瓷原料制成所需形状的过程。常见的成型方法
包括压制、注塑、挤出等。以压制为例，将混合好的陶瓷粉末放入模具中，施加一定的压力使其成型。
5. 烧结：
烧结是陶瓷制备的核心步骤之一。经过成型的陶瓷坯体需要进行高温处理，使其颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷材料。烧结的温度通常较高，可以达到原料的熔点以上。烧结过程中，陶瓷原料中的金属氧化物发生氧化还原反应，形成金属氧化物之间的化学键。
6. 冷却：
经过高温烧结后的陶瓷材料需要进行冷却，使其达到室温。冷却过程中，陶瓷材料逐渐固化，形成坚硬的陶瓷。
7. 补充工艺：
第八章 陶瓷材料
长期风化而成的土状矿物混合体。细 颗粒状的含水铝硅酸盐，层状结构， 遇水膨胀，好的塑性和粘结性。 主要矿物： 高岭土：即普通粘土，常见，矿多 蒙脱土：即膨润土，吸水多，可塑性 和粘性强。 增塑作用
3）长石：铝硅酸盐 钾长石：K2O· Al2O3· 6SiO2； 钠长石：Na2O· Al2O3· 6SiO2； 钙长石：CaO· Al2O3· 2SiO2 组成地壳的最主要矿物。长石在高温下呈 粘性的熔融液体，能润湿粉体，并溶解部 分粘土、石英，冷至室温，粉体各组分牢 固结合，成致密陶瓷制品。 降低烧结温度，起助熔剂作用，即为玻璃 相。
（一）原料制备与特性： 1.碳化硅：金刚砂。SiC。2种方法： 1）硅石与焦炭加热： SiO2 + 3C -------SiC + 2CO (1900--2000℃) 2)硅与碳直接反应： Si + C -------SiC (1000--1400℃) 特点：前者原料成本低，工艺复杂，工艺 成本高；后者原料成本高，工艺简单，工 艺成本低。
其他成型方法：
雕塑、拉坯、旋压、滚压、塑压、
注塑 2）注浆成型： 3）模压成型or压制成型;
3.烧成（烧结）： 目的：除去坯体中溶剂（水）、粘结剂、增塑 剂等；减少气孔；增强颗粒间结合强度。 普通陶瓷在窑炉内常压烧结。这是决定陶瓷性 能、品质的主要工艺环节之一。分4个阶段： 1）蒸发期：室温---300℃。排除残余水分。 2）氧化物分解和晶型转化期：复杂化学反应。 主要有：粘土结构水的脱水；碳酸盐杂质分解； 有机物、碳素、硫化物的氧化；石英的晶型转 变（同素异构）。 石英的同素异构转变：α -石英----β -石英
陶瓷粉体基础表征
针对不同应用领域，研究具有 特定性能需求的陶瓷粉体，拓 展其在能源、环境、生物医学 等领域的应用。
加强跨学科合作，将陶瓷粉体 科学与材料科学、物理学、化 学等学科进行有机结合，推动 陶瓷粉体科学的发展。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
粒度分析
总结词
粒度分析可以测定陶瓷粉体的粒径分布和平均粒径。
详细描述
粒度分析通过测量陶瓷粉体颗粒的尺寸，并统计各尺寸范围的颗粒数量，绘制粒径分布 曲线，计算平均粒径等参数，有助于了解粉体的粒度分布和制备工艺对粉体性能的影响。
05 陶瓷粉体的应用领域
高温陶瓷材料
高温陶瓷材料是指能够在高温环境下 保持良好性能的陶瓷材料，广泛应用 于航空航天、能源、化工等领域。
域。
电子陶瓷材料的制备通常需要控 制其微观结构和成分，以确保其
具有优良的电性能和稳定性。
电子陶瓷材料在电子元器件中起 到绝缘、导电、滤波、谐振等作 用，对于电子设备的性能和可靠
性具有重要影响。
多孔陶瓷材料
多孔陶瓷材料是指具有多孔结构的陶瓷材料，广泛应用于过滤、分离、催化剂载体 等领域。
多孔陶瓷材料的制备通常采用特殊的工艺，如添加造孔剂、颗粒堆积等，以形成多 孔结构。
多孔陶瓷材料的孔径、孔隙率、比表面积等参数对其性能和应用具有重要影响，需 要根据具体应用需求进行优化设计。
陶瓷粉体
纳米陶瓷的性能：
1、高强度： 纳米陶瓷材料在压制、烧结后，其强度比 普通陶瓷材料高出4-5倍，如在 100度下，纳米 TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普通 TiO2陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。日本 的新原皓一制备了纳米陶瓷复合材料，并测定 了其相关的力学性能，研究表明纳米陶瓷复合 材料在韧性和强度上都比原来基体单相材料均 有较大程度的改善，对 Al2O3/SiC 系统来说， 纳米复合材料的强陶度比单相氧化铝的强度提 高了3-4倍。
2、液相法 ：液相法则是选择一种或多 种合适的可溶性金属盐类，按所制备的 材料组成计量配制成溶液，使各元素呈 郭或分子态，再选择一种合适的沉淀剂 或用蒸发、升华、水解等操作，使金属 离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀 或结晶脱水或者加热分解而得到纳米陶 瓷粉体 优点：设备较简单，粉体较纯，团聚少， 易工业化生产
纳米陶瓷
纳米陶瓷： 指显微结构中的物相(包括晶粒尺 寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺 寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶 瓷材料。
现有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微 米级的水平。当其晶粒尺寸变小到纳米级 的范围时，晶粒的表面积和晶界的体积会 以相应的倍数增加，晶粒的表面能亦随之 剧增。 由于颗粒的线度减少而引起表面效应 和体积效应，使得材料的物理、化学性质 发生一系列变化，而且甚至出现许多特殊 的物理与化学性质。
陶瓷粉体的制备及性能测定实验
陶瓷粉体的制备及性能测定实验
一、实验目的
1、掌握陶瓷粉体制备的原理和常用方法及设备；
2、了解影响陶瓷粉体制备的各种因素；
3、掌握粉料颗粒分成的表示方法和测定方法；
二、实验原理
粉体的制备方法分两种。一是粉碎法；二是合成法。粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法，通常采用机械粉碎。现在发展到采用气流粉碎技术。一方面，在粉碎的过程中难免混入杂质；另一方面，无论哪种粉碎方式都不易制得粒径在1μm以下的微细颗粒。合成法是由离子、原子、分子通过反应、成核和长大、收集、后处理来得到微细颗粒的方法。这种方法的特点是可获得纯度、粒度可控均匀性好且颗粒微细的粉体。并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。通常合成法包括固相法、液相法和气相法。
陶瓷干压成形所用的粉料要有一定的粒度、颗粒分布范围的要求，粒度过小，则不易排气、压实，易出现分层现象；同时还要求颗粒分布范围要窄，否则也不易压实，同时还会影响产品的强度。
粉料的颗粒分布的测定方法有很多，本实验选用筛析法，即：将一定量的陶瓷粉料用振动筛筛析，用各规格筛的筛余来表示其颗粒的分布。
三、实验仪器设备
1、陶瓷粉体制备设备：
颚式破碎机、双罐快速球磨机、振动球磨机、湿法球磨机、行星球磨机、气流粉碎机。
2、陶瓷粉体性能检测仪器：
振动筛、激光粒度分布测定仪。
四、粉碎设备的使用
陶瓷工业广泛使用的粉碎设备有：
(1) 颚式破碎机：用于大块原料的粗加工。粒度粗、进料和出料的粉碎比较小(约为4)而且细度调节范围也不大；
(2) 轮碾机：属中碎设备。物料在固定碾盘和滚动的碾轮之间相对滑动，在碾轮的重力作用下被研磨和压碎。粉碎比较大(约10以上)。不适合碾磨含水量大于15%的物料；
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—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，1卩m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:
(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
女口： 3SQ2+6C+2N2 — Si3N4+6CO
粉体制备原理与技术
粉体制备原理与技术
粉体制备是指将原始材料通过机械、化学和物理方法处理，制成粉末状物质的技术。粉体制备广泛应用于电子材料、陶瓷材料、金属材料、化工原料、医药、食品等领域。粉体制备的原理和技术主要包括物理方法、机械方法、化学方法三种。
一、物理方法
物理方法主要是利用气态、液态、固态外力（如磨削、撞击等）对物料进行处理，从而达到制备粉末的目的。物理方法包括：
1、凝结法
凝结法是将高温金属蒸气通过冷凝器冷却，然后在表面沉积下来，形成一定的粉末形态。凝结法适用于制备高纯度和特殊结构的金属和非金属材料。
2、气溶胶法
气溶胶法是将气态的化学物质喷入高温气氛中，形成微米或亚微米细小颗粒，再利用自由下落或超离心等手段进行收集。气溶胶法适用于制备特殊形态的粉末，如其形态为球状时，制备涂层材料的效果更佳。
3、溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是在液体介质中形成溶胶，利用物理或化学方法处理形成凝胶，再煅烧得到所需的粉末。溶胶-凝胶法的特点是制备出的产品纯度高、颗粒尺寸均匀，但生产工艺复杂，成本较高。
二、机械方法
机械方法主要是利用机械非均相作用力对原材料进行研磨、切割等处理，破碎成为粉末的方法。机械方法包括：
1、球磨法
球磨法是一种通过机械碾磨将原料粉碎成微米甚至纳米级的粉末的方法。通过球磨法制备出的粉末颗粒尺寸分布范围比较小，形态规则，可形成均匀的合金体系。
2、细化法
细化法是通过高频振动、喷射流等力学作用和化学反应过程，使材料粉末实现亚微米级、甚至纳米级的颗粒级细化加工。
三、化学方法
化学方法即通过化学反应形成晶体或沉淀，再将其煅烧后得到所需的粉末。化学方法
-特种陶瓷粉体的制备(1)
均匀沉淀法
• 应用：对于氧化物纳米粉体的制备，常用的 沉淀剂尿素，其水溶液在70℃左右可发生分 解反应而生成NH4OH，起到沉淀剂的作用， 得到金属氢氧化物或碱式盐沉淀，尿素的分 解反应如下： • (NH2)2CO + 3H2O = 2NH4OH + CO2 • 该法得到的产品纯度高、颗粒均匀、致密, 容 易进行过滤清洗, 是目前工业化看好的一种方 法。 • 通过强迫水解方法也可以进行均相沉淀。
均匀沉淀法
• 应该指出，用均匀沉淀法仍不能避 免后沉淀和混晶共沉淀现象。
均匀沉淀法
• 均匀沉淀法中的沉淀剂，如 （C2O4）2-、 （PO4）3- 、S2等，可用相应的有机酯类化合物或 其他化合物水解而获得。 • 也可以利用络合物分解反应和氧化 还原反应进行均匀沉淀。
均匀沉淀法
• 利用络合物分解的方法沉淀（SO4）2- ， 可先将EDTA -、 Ba2+ 络合物加入到含 （SO4）2-的试液中，然后加氧化剂破 坏EDTA，使络合物逐渐分解，Ba2+在 溶液中均匀地释出，使BaSO4均匀沉淀。 • 利用氧化还原反应的均匀沉淀法，如： 2（AsO3）3- + 3（ZrO）2+ + 2（NO3） - === （ZrO）3（AsO4）2 （沉淀）+2 （NO2）-
直接沉淀法
• 沉淀操作包括加入沉淀剂或水解。 • 不同的沉淀剂可以得到不同的沉淀 产物，常见的沉淀剂为： NH3•H2O、NaOH、(NH4)2CO3、 Na2CO3、(NH4)2C2O4等。
材料科学与工程基陶瓷粉体制备 ppt课件
沉淀法
(a)
(b)
(c)
(d)
沉淀过程自发进行变化图
沉淀法是 加入沉淀 剂，使形 成沉淀， 对得到的 沉淀进行 进一步处 理的方法。
沉淀法
原理：在金属盐溶液中施加或生成沉淀剂，并使溶液挥发，对所得到的盐 和氢氧化物通过加热分解得到所需的陶瓷粉末。这种方法能很好地控 制组成，合成多元复合氧化物粉末，很方便地添加微量成分，得到很 好的均匀混合 。
材料科学与工程基础II 第8章
本节课内容
第8章 陶瓷粉体原料制备及性能表征 8.1陶瓷粉体的制备工艺 8.1.1陶瓷粉体的传统制备工艺方法 8.1.2固相法制备陶瓷粉体 8.1.3液相法制备陶瓷粉体 8.1.4气相法制备陶瓷粉体
8.1.1陶瓷粉体的传统制备工艺方法
• 传统的粉体制备工艺就是机械破碎法，生 产量大，成本低，但杂质混入不可避免。
中粉碎。
碎料
高压空气
旋风分离器
8.1.2固相法制备陶瓷粉末
原理：固相法利用固态物质间所发生的各种
固态反应来制取粉末。在制备陶瓷粉体原 料中常用的固态反应包括化合反应、热分 解反应和氧化物还原反应，但这几种反应 在实际工艺过程中经常同时发生，使用固 态法制备的粉末有时不能直接作为原料使 用，需进一步加以粉碎。
90 80
设备，也可用于混料。为了保证原材
70 60
料的纯度，经常采用陶瓷作为衬里，
陶瓷粉体制备
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
特种陶瓷粉体的制备方法
一、材料学 二、什么是陶瓷、特种陶瓷？ 三、特种陶瓷和粉末冶金 四、特种陶瓷的特性和应用领域 五、特种陶瓷的发展前景 六、特种陶瓷的研究任务
二、什么是陶瓷、特种陶瓷？
“特种陶瓷”：通常认为是采用高度精选的原料，具有能精 确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于 进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷。
②碰撞速度 材料的粉碎与系统提供它的能量有直接关系，而在机械
粉碎过程中能量的形成与转换则与体系的运动速度密切相 关，其又可分为破碎粒子碰撞速度和粉碎介质碰撞速度。
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.1 机械法 4.具体粉碎方法
① 机械冲击式粉碎 （破碎） ② 球磨粉碎 ③ 行星球磨 ④ 振动粉碎 ⑤ 气流粉碎
马丁径、弗莱特径、投影面积径。
粉体颗粒的粒度(particle size)
马丁径 - 对开线长度
弗莱特径 – 两对边切线之间距离
粉体颗粒的粒度分布
频率分布曲线
累积分布曲线
1.1特种陶瓷粉体的物理性能
1.1.2 粉体颗粒的形态及其表征
① Wadell球形度ψw（球体）
与颗粒具有相同体积的球的表面积对于实际颗粒的表面积之比， 一般小于1，如等于1，则该颗粒位球形
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.1 机械法
一般机械制粉法包括捣磨法，切磨法，涡旋磨法， 球磨法，气体喷射粉碎法，高能球磨法等，可根据材 料的物理力学性能及所制粉末的粗细要求进行选择。
陶瓷材料及其制备工艺
钾长石(Or) K[AlSi3O8]或K2O·Al2O3·6SiO2
钙长石(An) Ca[Al2Si2O8]或Ca O·Al2O3·2SiO2
钡长石(Cn)
Ba[Al2Si2O8]或BaO·Al2O3·2SiO2
14
三、粉体的制备
(b)带式浅注工艺 流延法成型示意图
25
五、烧结原理与工艺
(一) 概念
烧结是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减 小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。
再次，陶瓷又是一个原料来源丰富，传统技艺悠久，具有坚硬、 耐用及一系列优良性质的材料，在建筑、电力、电子、化学、冶金 工业等，甚至农业和农产品加工中都大量应用。
最后，随着现代科学技术的飞速发展，使得具有优良性能的特 种陶瓷得到了广泛应用。
10
二、陶瓷原料
➢粘土类原料 ➢石英类原料 ➢长石类原料 ➢其他矿物原料 （瓷石，叶腊石，高铝质矿物原料，
传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。 广义上， “陶瓷”是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料 和制品的通称。
日用陶瓷－餐具
建筑陶瓷－地砖
电瓷
4
传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、 长石、石英等)，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。
陶瓷 粉体制备燃烧法
因此，理想情况下，燃烧反应所能够达到的最高火焰温度可以由 下式来计算：
Q r H
m
T
298
(
B
B
C p ,m ) products dT
(5)
式中Q是产物在绝热条件下所能吸收的最大热量，Cp,m 是产物在标准压力下等压摩尔热容。利用各种物质的 热力学数据（表1），我们可以计算出以上三个反应 的反应焓和最高火焰温度（所得结果列于表2）。
二、燃烧法的影响因素
燃烧过程中，燃料的本性、燃料与氧化剂的配比等因素会对 诸如产生气体的数量、燃烧反应速率、火焰温度产生很大的 影响，最终影响到产物的性质。 目前为止，用于燃烧法制备粉体的燃料有乙二醇、甘氨酸、 柠檬酸、尿素、乙二酰二腙、碳酰肼等。最近，Chavan等人 尝试使用了一种无碳材料(硝酸铵)作为燃料，制备出了纳米 CeO2粉体
Fig. 2 X-ray diffraction patterns of the samples prepared using (a) citric acid, (b) glycol, (c) citric acid and glycol as fuels
Table 3 Lattice constant and calculated primary particle sizes of CeO2 powders fuel Powder synthesized by combustion Lattice constant (nm) 0.5395 0.5426 Crystallite size (nm) 11.16 3.48 Powder calcined at 600
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。
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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。
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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。
陶瓷材料及其制备工艺
塑化 就是指利用塑化剂，使原料坯料具有可塑性，
而可塑性是指坯料在外力的作用下发生无裂 纹的变形。塑化剂一般有两类：一类是无机 塑化剂、另一类是有机塑化剂。 造粒
就是在较细的原料中加入塑化剂，制成粒度 较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性较好 的粒子。造粒方法可以分为一般造粒法、加 压造粒法、喷雾造粒法、冷冻干燥法等。
再次，陶瓷又是一个原料来源丰富，传统技艺悠久，具有坚硬、 耐用及一系列优良性质的材料，在建筑、电力、电子、化学、冶金 工业等，甚至农业和农产品加工中都大量应用。
最后，随着现代科学技术的飞速发展，使得具有优良性能的特 种陶瓷得到了广泛应用。
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二、陶瓷原料
➢粘土类原料 ➢石英类原料 ➢长石类原料 ➢其他矿物原料 （瓷石，叶腊石，高铝质矿物原料，
传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。 广义上， “陶瓷”是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料 和制品的通称。
日用陶瓷－餐具
建筑陶瓷－地砖
电瓷
4
传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、 长石、石英等)，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。
因此，陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业 同属“硅酸盐工业”的范畴。
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(一) 概念
陶瓷的烧结类型可以分 固相烧结、液相烧结。
Tm A
T3 T2 T1
粉体合成与制备
金属氧化物粉体制备及其在电池材料中的应用
金属氧化物粉体是一种重要的功能材料，在电 池材料领域具有广泛的应用前景。
金属氧化物粉体的制备方法包括化学法、物理 法等，其中化学法具有操作简便、产物纯度高、 可控制备等优点。
金属氧化物粉体在电池材料中的应用包括锂离 子电池、钠离子电池、燃料电池等领域，可以 提高电池的能量密度和循环寿命。
传统制备技术包括机械研磨法、化学沉淀法、气相沉积法等，这些技术
具有操作简单、成本低等优点，但制备的粉体纯度低、粒度分布不均匀。
02 03
现代制备技术
现代制备技术包括化学气相沉积法、物理气相沉积法、溶胶-凝胶法等， 这些技术具有制备的粉体纯度高、粒度分布窄等优点，但设备成本高、 操作复杂。
新型制备技术
THANK YOU
反应温度与压力
反应温度
反应温度是影响粉体制备的重要因素 ，温度的高低直接影响反应速度和产 物形貌。
压力
反应压力影响粉体制备过程中的气体 组分、反应速度和产物结构，进而影 响粉体的性能和应用。
气氛与环境
气氛
反应气氛如氧气、氮气、氢气等对粉体制备过程中的化学反应具有重要影响， 进而影响粉体的结构和性能。
03
粉体制备过程中的影响因素
原料性质
1 2
原料纯度
原料的纯度对粉体的合成与制备具有重要影响， 高纯度的原料能够提高粉体的质量和性能。
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频度分布
累积分布
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
JL-1155激光粒度测试仪 激光粒度测试仪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
JL-1155激光粒度测试仪 激光粒度测试仪
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
JL-1188激光粒度测试仪 激光粒度测试仪
一、概述
特种陶瓷类型：
氧化物系 Al2O3 ZrO2 TiO2 等 碳化物系 WC SiC TiC等 氮化物系 TiN 等 硅化物系 MoSi2 等 硫化物系 ZnS 等 结构陶瓷：TiC SiC 及其复合材料 WC 材料＋Ni为连接剂（硬质合金） Al2O3 飞机叶片材料、超高温材料（火箭伟喷管等）、坩锅材料等 功能陶瓷：热：热障涂层（ ZrO2 ）、耐磨涂层（ TiN ）； 电：压电陶瓷（PZT）; 光： ZnS 雷达罩（红外材料） 磁：Fe4O3 永磁材料、巨磁阻氧化物等
喷雾干燥法
热煤油干燥法
喷雾热分解法
蒸发凝聚发（ 蒸发凝聚发（PVD） ） 主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
气相法 气相化学反应法（ 气相化学反应法（CVD） ）
从气相中析出的固体的各种形态
2)粉体的粒度分布
粉体颗粒是构成粉体的基本单位，由于粉体是具有粒度分布的大量固体 颗粒的分散相，因而不能用单一的大小来描述。凡构成某种粉体的颗粒群， 其颗粒的平均大小被定义为该粉体的粒度。
某一粉体系统
单分散体系 多分散体系
颗粒粒度一样或近似一样 颗粒粒度有一个分布范围
频度分布：单位尺寸的粒度级别占粉体总量的百分数，物理意义 累积分布：累积量的百分数
物理方法 化学方法
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
球磨机
球磨机工作原理
陶瓷（釉子） 陶瓷（釉子）球磨机
工作原理：
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
超音速粉碎机压力气 体通过加料喷射器所形成 的高速射流，使粉碎原料 被喷射进入粉碎室。粉碎 室外围的粉碎喷嘴。有方 向性地向粉碎室喷射高速 气流。使粉料间产生激烈 的碰撞、磨擦、剪切，从 而被粉碎。 超音速粉碎机高速射 流在粉碎室内形成强烈的 旋流，所产生的离心力使 粉体粒子在粉碎室外围高 速运动，当粒径被粉碎到 分级粒径以下时，因离心 力减小而受向心气流作用 脱离分级旋流，由中心出 口进入捕集系统。
2. 粉体物理性能的表征 1）粉体的粒度 一次粒子，分散或细化得到的固态基本粒子； 二次粒子，团聚状态的粒子 测量方法： 过筛法、金相法、扫描电镜 等沉降速度相当径法（斯托克斯径法）（又称激光粒度测 量仪） 原理：当粉体颗粒在介质中的沉降速度达到极限时，粉体 颗粒受到的阻力完全由介质的粘滞力所致。 见公式
3. 粉体的制备方法
物理方法 球磨 气流粉碎 化学方法 固相法 化合反应 热分解 氧化物还原 液相法 沉淀法 直接沉淀 均匀沉淀 共沉淀 醇盐水解 特殊沉淀 溶剂蒸发法 冰冻干燥法 喷雾干燥法 喷雾热分解法 气相法 粒度分布宽，有污染 粒度分布窄，无污染，设备复杂，批量较大
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
共沉淀法：制备含有两种以上金属元素的复合氧 共沉淀法：
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法 物理方法 化学方法
化物。 化物。在混合的金属盐溶液中添加沉 淀剂， 淀剂，即得到各种成份混合均匀的沉 淀，然后进行热分解。 然后进行热分解。
ZrOCl2 + 4NH4OH → Zr(OH)4↓ + 2NH4CL + 2NH3 + H2O YCl3 + 3NH4OH → Y(OH)3↓ + 3NH4CL
第八章 陶瓷粉体的制备
一、概述
1. 陶瓷材料的定义
陶瓷材料由离子键或共价键结合的含有金属元素和非金 属元素的复杂化合物或固溶体，其①熔点高、②低导电和 低导热性、③低膨胀和低密度、④硬而脆、⑤化学稳定性 和热稳定性好。
2. 分类
普通陶瓷和特种陶瓷
普通陶瓷可分为日用瓷、建筑瓷、美术瓷等 特种陶瓷包括：结构陶瓷和功能陶瓷
加水水解
50~100A BaTiO3微粉
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
均匀沉淀：不外加沉淀剂， 均匀沉淀：不外加沉淀剂，而是使溶液中生成 沉淀剂。 沉淀剂。 例如： 例如：（NH2)CO+3H2O---2NH4OH+CO2 沉淀剂 ZrOCl2+4NH4OH---Zr(OH)4 YCl3+3NH4OH---Y（OH）3 （ ）
流化床粉碎机 特点： LQ型流化床粉碎机粉碎、分级、混合、均 化机理于一体，实现连机作业独特的优点。
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
1. 流化床粉碎机冲击速度高，颗粒受到气 流喷嘴加速后对冲撞击，撞击速度是两相对速 度的迭加，粉碎效率高。 2. 流化床粉碎机能耗低，于其他类型的气 流磨相比，可节能三分之一。 3. 流化床粉碎机磨损极小，由于主要的粉 碎作用是颗粒在流化床粉碎机中的相互冲击和 碰撞，高速粒子很少碰撞磨壁以及物料不通过 喷嘴，可用于高硬度物料的粉碎。 4. 国际新型流化床粉碎机，集气流粉碎超 细分级为一体 5. 引进国外先进技术，集群式多孔喷嘴 6. 优化分级机的机械传动，无故障运行 7. 更适用于高、中硬度的各种粉料、物料 无污染 8. 流化床粉碎机用于制备粒径小、分布狭 窄的粉体材料
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
直接沉淀： 直接沉淀：通常的沉淀法是将溶液中的沉淀进行 热分解，然后合成所需的氧化物微粉， 热分解，然后合成所需的氧化物微粉， 然而只进行沉淀操作也能得到所需的氧 化物。 化物。 例如： 例如：Ba(OC3H7)2 Ti(OC5H11)4
异丙醇 或苯
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法
氮化铝陶瓷
二、陶瓷原料（粉体）物理性能的表征与 陶瓷粉体的制备方法
100m 以上为颗粒； 100m 以下为粉体； < 1 m 为超细粉体； < 0.1 m (100nm)为纳米粉体 特种陶瓷用粉末为 0.05 - 40 μm范围 1. 粉体的粒子学特性 包括粒径、粒径分布、粒子形状等 见公式 (1)材料的熔点降低 (2)蒸气压上升 见公式 ZrO2烧结温度 5m, 1800oC; 0.05m, 1200oC (3)表面特性改变，化学吸附性强、表面活性大、易燃烧等 (4)特殊物理性能，单畴颗粒、晶界磁电子发散等
Zr(OH)4 → ZrO2 + H2O↑ Y(OH)3 → Y2O3 + H2O↑
金属盐溶液 主要因素 粉体粒度 粒度分布 制备方法
物理方法 化学方法 热分解 热分解 热分解 至低温液体中 至热风中 至高温液体中 至高温气体中
溶剂升华
溶剂蒸发
溶剂蒸发
溶剂蒸发 ＋
金属盐颗粒
热分解
氧化物颗粒
冷冻干燥法