陶瓷粉末的制备

第五章高纯超细粉末的制备新工艺

一、概述

高技术陶瓷的制造成本

粉体的重要性质：

组成、粒子形状、结晶性、集合状态

理想的陶瓷粉末：

颗粒尺寸小、结晶形态、颗粒形态、颗粒尺寸分布、纯度、无团聚、流动性---

二、超细粉末制备方法的分类

机械方法（物理制备）：球磨、砂磨、振动磨、星形磨、

气流粉碎

化学制备法：

（1）固相法：氧化还原法、热分解法、元素直接反应法（2）液相法：共沉淀法、盐溶液水解法、醇盐水解法、溶

胶-凝胶法、水热合成法、溶剂热法、微乳法、

加热煤油（石油）法、喷雾干燥法、火焰喷雾

法、冷冻干燥法---

（3）气相法：气相合成法、等离子体法、激光制粉

以ZrO2为例:

1. ZrSiO4−

H2Na2SiO3﹒nH2O

−O

−→

−NaOH Na2ZrO3-Na2SiO3−−→

过滤→Na2ZrO3−−→

−HCl过滤掉SiO2gel→ZrOCl2﹒8H2O

−煅烧ZrO2

→结晶纯ZrOCl2﹒8H2O−−→

2.ZrSiO4+4C+4Cl2→ZrCl4+SiCl4+4CO, 再氧化→ZrO2

3.ZrOCl2﹒8H2O, Zr(SO4)2﹒15H2O, ZrCl4 , Zr醇盐等

三、超细粉的测试与表征

1、粒径

沉降法（重力沉降法、离心沉降法）

激光光散射法

显微镜法（光学、电子）

XRD法

比表面积法

2、表面电性Zeta电位

3、表面成分

光电子能谱（XPS、UPS）

俄歇电子能谱

红外光谱

4、成分

化学组成：化学分析、能谱分析、光谱分析、XRF ---

相结构：XRD 、高分辨电镜晶格条纹相---

四、机械粉碎法

超细粉碎粉体特性变化：

粒子由大变小、粒度分布变化、比表面增加、容积变化、形状变化、流动性变化、分散性变化、均匀性（均匀粒子排列）、纯度变化

1、球磨法

2、砂磨（搅拌磨）

3、振动磨

4、星形磨（行星磨）

5、气流粉碎

导向式

单轨道式

机械力化学、机械合金化---

五、化学制备法

1、固相合成法及氧化还原法：

立方ZrO2、MgAl2O4、3Al2O3·2SiO2 - - - Si + C →SiC

SiO2 + 3C →SiC + 2CO

3SiO2 + 6C +2N2→Si3N4 + 6CO

2、热分解法

Al2(NH4)2(SO4)4•24H2O

各种锆盐加热时的存在相和结晶尺寸

3、酒精干燥

4、喷雾干燥法

5、喷雾热分解法

（1）火焰喷雾法（2）等离子体法6、冷冻干燥法

7、加热煤油法、加热石油法

加热石油干燥法制备的ZrO2的平均粒径

组成煅烧温度比表面积s2/g 平均粒径um

硫酸盐6MgO 800℃1h 15.9 0.064 6MgO 1200℃4h 0．89 1.18 12MgO 800℃1h 13.1 0.08 6CaO 1200℃3h 1.46 0.71 6CaO 1200℃4h 0.94 1.12 12CaO 1200℃4h 0.67 1.57

醋酸盐6CaO 1200℃4h 1.71 0.58 12CaO 1200℃4h 1.58 0.65

8、共沉淀法 [Zr 4(OH)8(H 2O)16]8+

[Zr 4(OH)8(H 2O)16]8+−−→−O H 2[Zr 4(OH)16-n (H 2O)n+8]n++(8-n)H +

a.浓度

b. pH 值

c.表面活性剂

d.洗涤

e.脱水

f.硬团聚

g.煅烧温度 9、盐水溶液水解法

ZrOCl 2 + (3+n)H 2O → Zr(OH)4•nH 2O ↓+2HCl ↑ 或 ZrOCl 2 + 3H 2O → ZrO 2•H 2O ↓+ 4HCl ↑ 10、溶胶-凝胶法（Sol – Gel ）

金属醇盐：M(OR)n

（1） 金属与醇直接反应 M +nROH = M(OR)n +

2

n H 2 （2） 金属氯化物在氨的存在下与醇反应 MCl n + nROH+nHN 3 = M(OR)n + nNH 4Cl

a. 水解与聚合

水解反应：M(OR)n +xH 2O →M(OH)x (OR)n-x +xROH 失水聚缩反应：-M-OH+HO-M-→-M-O-M-+H 2O 失醇聚缩反应：-M-OH+RO-M-→-M-O-M-+ROH

形成化合物的总反应：

M(OR)n +xH 2O →M(OH)x (OR)n-x +xROH

M(OH)x (OR)n-x →MO n/2+2

x H 2O+(n-x)ROH

b. 凝胶的形成：初始粒子成核、长大、连接成键形成网络

c. 凝胶的干燥

d.煅烧

11、醇盐水解法 12、水热法 （1）水热结晶法 （2）水热分解法

ZrSiO 4 18.43 Ca(OH)2 14.9 NaOH 4.67(浓度7wt%) 液/固比 2 Ca(OH)2/ ZrSiO 4 mol 比 2

温度 350℃ 蒸汽压 170×105Pa 反应时间 8h ZrSiO 4+xCa(OH)2 → ZrO 2+xCaO •SiO 2•H 2O+(x-1)H 2O （3）水热氧化法 Zr+H 2O → ZrO 2+H2 ↘ZrH x +O 2↗ 13、气相反应法

足够的过饱和度 高的平衡常数 反应温度 成核剂

3

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