第二章 功能陶瓷的制备与工艺学

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
范德华力:就是分子间力。包括三个方面即取向 作用、诱导作用和色散作用。 静电引力:干燥颗粒表面容易带电。当两个颗粒 带相反电荷时,容易发生附着。 液膜附着力:由颗粒间液膜产生的附着力和静电 附着力一样,都是粉体系统中最一般的相互作 用力。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
4、粉体的填充特性 粉体的填充特性及其填充体的集合组织是功能陶瓷 粉末成型的基础。 粉体填充方式有: 1)等大球的致密填充:包括立方密堆和六方密堆两种排 列方式;其致密度为74.05%。 2)等大球的不规则填充:致密度为63.7%。功能陶瓷粉 体的颗粒填充更接近于不规则填充。 3)异直径球的填充:在等大球填充所生成的空隙中,如 果进一步再填充小球,可以获得更加紧密的填充。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
`
陶瓷材料特点
1、种类多: 原料品种多 、种类多 2、性能广:力学、热学、电学、 、性能广:力学、热学、电学、 磁学、 磁学、光学 3、制备工艺相同: 、制备工艺相同: 原料→成型→ 原料→成型→烧成
陶瓷工艺学研究的内容 原料→ 原料→ 加工、 加工、处理 → 成型→ 成型→ 烧成→ 烧成→ 加工
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
在填充中,若颗粒的形状逐渐偏离球状, 直到不规则形状,则填充结构越来越疏松,空 隙率变得越来越大。 由于吸附水分,导致颗粒间凝聚力的强烈作 用。由于这种凝聚力妨碍填充过程中颗粒的运 动,所以得不到致密的填充。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
1、固相法: 就是以固态物质为出发原料来制备粉末的方法。 如采用化合反应、分解反应、固溶反应、氧化还原反 应等。 1)化合反应:BaCO3+TiO2 BaTiO3+CO2
Al2O3+MgO MgAl2O4 Al2O3+ 3SO3↑ SiO+CO SiC+CO
2)热分解反应法:
Al2(SO4)3
3)氧化还原反应:
SiO2+C SiO+2C
二、功能陶瓷粉体的制备方法
3SiO2+6C+4N2 2Si3N4+6CO
2、液相法
(1)沉淀法: a 直接沉淀法:FeCl3+3NaOH 2 Fe(OH)3 b c 均匀沉淀法:MgCl2+(NH2)2CO 共沉淀法:BaCl2+TiCl4+H2C2O4 BaTiO(C2O4)2.4H2O Fe(OH)3+3NaCl Fe2O3+3H2O Mg(OH)2+2NH4Cl BaTiO(C2O4)2.4H2O BaTiO3
工艺流程图(片式生产工艺):
原料检验 压合 切割 包装 配料 叠印 排胶 检测 球磨 预烧 制浆 整形 电镀 细磨 烘干 封端 烧银
流延 烧结 老化
三、功能陶瓷制造工艺
1、配料计算:
1)按化学式计算各组分的用量
如:原料为Pb3O4 、SrCO3 、ZrO2 、TiO2
配制Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3 2)根据坯料预定化学组成进行配料计算 例:已知坯料的化学组成为Al2O3 93%、MgO 1.3%、CaO 1.0%、 SiO24.7%,采用原料氧化铝(纯度100%)、碳酸钙(纯度 100%) 、滑石(3MgO.4SiO2.H2O,MgO 31.7%、SiO2 63.5%、 H2O 4.8%)、苏州高岭土( Al2O3.2SiO2.2H2O,Al2O3 39.5%、 SiO2 46.5%、H2O 14%)。求出其质量百分组成。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性 1、粉体的粒度与粒度分布 1.1粉体颗粒:是指在物质的本质结构不发生改变的情况 下,分散或细化而得到的固态基本颗粒。即指没有团 聚的一次颗粒。 二次颗粒:在实际应用中,由于粉体较细,表面活性也 较大,容易发生团聚,形成在一定程度上团聚的粉末, 即二次颗粒。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
颗粒状态
颗粒间无夹杂物 颗粒间无夹杂物
机制
范德华力 静电力
定义
分子间力
干燥颗粒表面带有正、 负电时,若发生附着, 产生静电力
颗粒间无夹杂物 颗粒间有夹杂物 颗粒间有夹杂物 颗粒间有夹杂物
磁力 液膜架桥 粘结物质 固结(固化剂;烧结; 晶析)
磁场影响所产生的力
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
二、功能陶瓷粉体的制备方法
4、其他方法:机械粉碎法 球磨机、砂磨机、气流粉碎机等
二、功能陶瓷粉体的制备方法
5、粉体的分析检测 1)纯度(化学分析) 2)杂质(原子吸收、等离子发射光谱) 3)粒度(激光粒度分析仪) 4)相结构(X-射线衍射仪) 5)形貌(扫描电镜、透射电镜)
三、功能陶瓷制造工艺
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
常见有: ( 1)等体积球相当径:某颗粒所具有的体积用同样体积 的球来与之相当,这种球的直径,就代表该颗粒的大 小即等体积球相当径。 (2)等面积球相当径:用与实际颗粒有相同表面积的球 的直径来表示粒度的一种方法。 (3)等沉降速度相当径:也称为斯托克斯径 (4)显微镜下测得的颗粒径:是唯一对颗粒既可观察, 又可测量的手段。常用光学显微镜、扫描电镜、透射 电镜以及大型图象分析仪等。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
3、粉体的表面特性 1)粉体颗粒的表面能 在新的晶体表面上,内部原子在周围原子的均等 作用下处于能量平衡的状态;而表面原子则只是一侧 受到内部原子的引力,另一侧则处于一种具有“过剩 能量”的状态。该“过剩能量”就称为表面能。同样, 粉体表面的“过剩能量”就称为粉体颗粒的表面能。 2)粉体颗粒的吸附与凝聚 附着力:把存在于异种固体表面间的引力; 凝聚力:把存在于同种固体表面间的引力。
决定预烧反应是否完全,主要在于预烧温度。预 烧温度对材料的烧结致密度起决定性的作用。如果预 烧温度恰当,烧结温度可以在很宽的范围内波动,对 致密度无显著影响。
三、功能陶瓷制造工艺
二、功能陶瓷粉体的制备方法
气体中蒸发法是在惰性气体(或活泼性 气体)中将金属、合金或陶瓷蒸发气化, 然后与惰性气体冲突,冷却、凝结(或 与活泼性气体反应后再冷却凝结)而形 成纳米微粒。 用气体蒸发法制备的纳米微粒主要具有 如下特点:表面清洁;粒度齐整,粒径 分布窄;粒度容易控制。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
Байду номын сангаас
例一:掺钇氧化锆纳米粉体的制备
目的是为了制备四方相的氧化锆纳米粉 体 原料:ZrOCl2+YCl3 沉淀剂:NH3·H2O 共沉淀条件:加钇量、锆液浓度、PH条 件、煅烧温度等 产物分析:粉体的组成、相结构、形貌 和团聚
例二:FeMnZn铁氧体纳米粉体的制备
原料:FeSO4、MnSO4、ZnSO4 沉淀剂:NaOH、NH4HCO3-NH4OH 共沉淀条件:反应温度、反应时间、反 应物浓度、PH条件、煅烧温度和时间等 产物分析:粉体的组成、相结构、形貌 和团聚、性能
化学气相反应法制备纳米微粒是利用挥发性的 金属化合物的蒸汽,通过化学反应生成所需要 的化合物,在保护气体环境下快速冷凝,从而 制备各类物质的纳米微粒。该法也叫化学沉积 法(简称CVD法)。用气相反应法制备纳米微 粒具有很多优点,如颗粒均匀、纯度高、粒度 小、分散性好、化学反应活性高、工艺可控和 过程连续等。此法适合于制备各类金属、金属 化合物以及非金属化合物纳米微粒,如:各种 金属、氮化物、碳化物、硼化物等。
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
产生团聚的原因: (1)分子间的范德华引力 (2)颗粒间的静电引力 (3)吸附水分的毛细管力 (4)颗粒间的磁引力 (5)颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
第二章 功能陶瓷的制备与工艺学
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
1.3粉体颗粒的粒度分布 单分散体系:如果组成颗粒的粒度都一样或近似一样,称 为单分散体系。 多分散体系:实际粉体所含颗粒的粒度大都有一个分布 范围,常称为多分散体系。 粒度分布曲线的表示方法有: 1)频度分布 2)累积分布 3)分布函数
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
1.2粉体颗粒的粒度 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,因而不可能用 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。 实际的粉体颗粒,其形状和不均匀程度千差万别 的。有类球形、条状、片状、针状、多边状等。因此, 导致粉体颗粒表示的复杂性。
二、功能陶瓷粉体的制备方法
d
e
醇盐水解法:
Ba(OC3H7)2+Ti(OC5H11)4+H2O BaTiO3 溶胶-凝胶法(Sol-gel):以金属纯盐为原料,使其与有机溶剂混合 发生水解—聚合反应,生成透明凝胶。 Ba(OC3H7)2+Ti(OC5H11)4+H2O +C2H5OH BaTiO3
二、功能陶瓷粉体的制备方法
(2)气相合成法:通常是利用两种以上物质之间 的气相化学反应,在高温下合成出相应的化合物, 再经过快速冷凝,从而制备各类物质的微粒。其反 应形式可以为: A(g)+B(g)→C(s)+D(g)↑ 如:SiH4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12H2(g) ↑ SiH4(g)+C2H4(g)→2SiC(s)+6H2(g)↑
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
2、粉体颗粒的形态及其表征
颗粒形态对粉体系统的性质如流动性、堆积密度、比表面、 形体密度、烧结体性质等有直接的影响。 应用中常使用形状因子的概念: Wadell球形度=(DV/DS)2 =DSV/DV DV为等体积球径,DS为等表面积球径,DSV与颗粒具有相同 体积比表面SV的球径。当球形度为1时,则颗粒为球形。 一个粒子可以取短径b,长径l以及厚度t三个尺寸。因此 长短度=l/b 扁平度=b/t 这两个参数可直观地表征柱状或片状颗粒的形态。
三、功能陶瓷制造工艺
2、原料混合: 1)设备:球磨机:行星磨或滚桶球磨机 2)配料次序:原则是两头多,中间少。 3)加料方法:由于功能陶瓷的配方往往不是一 种简单的化合物,而是几种化合物,因此,可 先将量少的化合物预先合成,以减少误差。 4)球磨的方法:湿磨和干磨
三、功能陶瓷制造工艺
3、预烧 预烧的主要目的:是为了使化学反应充分进 行,合成目标结构的主晶相。 例如:Pb3O4+ZrO2+TiO2 Pb(ZrxTi1-x)03
二、功能陶瓷粉体的制备方法
(1)气相分解法:又称单一化合物热分 解法。一般是对待的化合物或经前期预 处理的中间化合物进行加热、蒸发、分 解,得到目标物质的纳米微粒。热分解 一般的通式为: A(g)→B(s)+C(g)↑ 如:Fe(CO)5→Fe(s)+5CO(g)↑ (CH3)4Si→SiC(s)+6H2(g)↑
f 水热法: g 溶剂蒸发法:分为喷雾干燥法、喷雾热分解法、冷冻干燥法 h 微乳液法:
二、功能陶瓷粉体的制备方法
3、气相法:物理气相沉积法和化学气相沉 积法
气相法是直接利用气体或者通过各种手段 将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理 变化或化学变化,最后在冷却过程中凝聚长大 形成纳米微粒的方法。气相法又大致可分为: 气体中蒸发法(物理)、化学气相反应法、化学 气相凝聚法和溅射法。
一、功能陶瓷粉体的基本物理特性
4)加压压密填充: 压力的加入可以减少颗粒间存在的相互作用力、粘 附力等,使粉体的填充密度增大。 影响粉体的密实因素有多种,但颗粒的特性对 填充率的影响,有以下两点: 1)颗粒大小的影响:Roller的实验结果表明,当颗粒的 粒径不大时,粒径越小,填充越疏松;如果粒径变大, 大到超过临界粒径时(约20um),则粒径对于填充率 的影响并不大。 2)颗粒形状和凝聚的影响
共沉淀法
含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后,所有离子完全 沉淀的方法称为共沉淀法。 研究的思路: 确定制备的化合物的形式如:含钇的氧化锆,和 FeMnZn铁氧体 选择合适的溶液 选择合适的沉淀剂 共沉淀条件如:反应温度、反应时间、沉淀剂用量、 反应物的浓度等 产物的分析:a.沉淀物的成分分析(原子吸收、等离 子发射光谱ICP等);b.沉淀物的热解(TGA);c.产物分 析(成分、相结构XRD、形貌SEM等)
相关文档
最新文档