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，
50 40
30
也可采用高分子聚合物材料作为衬里， 20
10
并以各种陶瓷球作为研磨球。湿球磨
0
所采用的介质对原料表面的裂缝有劈
裂作用，间歇式湿球磨的粉碎效率比
干球磨高，湿球磨所得到的粉料粒度
可达几个微米。
4小时 6小时 10小时 16小时
固相法制备陶瓷粉末
• 化合反应 钛酸钡：BaCO3+TiO2=BaTiO3+CO2 尖晶石：Al2O3+MgO=MgAl2O4 莫来石：3Al2O3+2SiO2=3Al2O3-2SiO2 • 氧化物还原反应 碳化硅：SiO2+3C=SiC+2CO 硅：SiO2+2C=Si+2CO 氮化硅：3SiO2+6C +4N2=2Si3N4+6CO
溶胶凝胶法(Sol-Gel)
将金属氧化物或氢氧化物的溶胶加以适当调整，在 90~100℃加热形成凝胶物质，经过滤、脱水、干燥， 再在适当的温度燃烧Biblioteka Baidu就可制得高纯度超细氧化物 粉末。用这种方法可制得性能良好、纯度极高的陶 瓷粉体。溶胶-凝胶法也经常直接用于许多表面膜和 复合材料的制备。
但该法也存在一些缺陷，如金属有机物制备困难、 成本高，合成周期长，有机溶剂有毒等。 按反应机 理Sol-Gel法可分为三类：传统胶体型、无机聚合物 型(金属醇盐型)和络合物型,近期人们研究集中于后 两类。
固相法制备陶瓷粉末
• 热分解反应 许多高纯氧化物粉末可以采用加热相应金
属的硫酸盐、硝酸盐的方法，通过热分解 制得性能优异的粉末，例如铝的硫酸铵盐 在空气中加热，可以得到性能优异的氧化 铝粉末。 • 元素反应
碳化硅：Si+C=SiC 碳化硼：4B+C=B4C
固相法制备纳米陶瓷粉体
P. G. McCormick等： FeCl3 + MnO2-----------MnFe2O4
8.1.3陶瓷粉末的液相制备方法
方法的特点：
(1) 反应在溶液中进行,均匀度高,对多组分的均匀度可达分 子或原子级；
(2) 烧结温度有较大降低； (3) 化学计量比准确,易于改性、掺杂； (4) 粒径小、分布均匀、纯度高； (5) 工艺操作简单,易于工业化。
液相法的分类：
溶胶凝胶法、共沉淀法、水热法、喷雾法和微乳液法等
得到了9.5nm到40nm尺寸变化的锰铁氧体纳米颗粒 McCormick的课题组在高能球磨制备纳米材料领域做出了许多 开创性工作，制备得到了ZnO、ZrO2、SnO2、Cr2O3、CuO。
ZrOCl2+NaOH-----ZrO2
BaO2+TiO2-----BaTiO3
• 利用磨球之间、磨球与罐壁之间的碰撞和剪切等作用促 使物质扩散或发生复分解反应。一般采用较大的球料比。
<2
2~5
5~10
>10 μm
球磨时间与粉碎效果关系图
球磨机转速对粉碎效率的影响
气流磨
• 气流磨或气流粉碎机可
得到0.1~0.5m的微粉，
工作原理是：压缩空气
通过喷嘴在空间形成高
速气流，使粉体在高速
空气
气流中相互碰撞达到粉 碎的目的。气流粉碎机 高压空气
破碎的粉料粒度分布均
匀，粉碎效率高，能保
证纯度，可在保护气体
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
不同热处理条件SnO2透射电镜图 (直接沉淀样品；(b) 235℃；(c) 325℃；(c) 400℃；(c) 500℃
共沉淀法
醇盐水解法
增韧氧化锆(四方氧化锆)中稳定剂(Y2O3， CeO2等)的加入具有决定性的作用，为得到均匀弥 散的分布，一般采用醇盐加水分解法制备粉料。 把锆或锆盐与乙醇—起反应合成锆的醇盐Zr(OR)4， 同样的方法合成钇的醇盐Y(OR)3，把两者混合于 有机溶剂中，加水使其分解，将水解生成的溶胶 洗净，干燥，并在850℃燃烧得到粉料。根据不同 水解条件可得到从几纳米到几十纳米均匀化学组 成的复合氧化锆粉料，由于金属醇盐水解不需添 加其它离子，所以能获得高纯度成分。
举例：将Ba(OC3H7)和Ti(OC5H11)4溶解在异丙醇或苯中，加水水解，得 到颗粒直径5~10nm的结晶良好的化学计量BaTiO3微粉，通过水解过程 消除杂质，可显著提高粉料的化学纯度(纯度＞99.98％)，采用这种 粉比用一般原料制得制品的介电常数要高得多。
钛酸钡微粉也可以采用共沉淀法合成，得到混合均匀的高纯粉料。 将氯化钡BaCl2和四氯化钛TiCl4均匀混合，得到原子尺度上的混合， 一边搅拌，一边逐滴加入草酸溶液，得到BaTiO(C2H2)2·4H2O，经低 温加热分解，得到具有化学计量组成且烧结性能良好的超微粒子。
• 以机械力使原材料变细的方法在陶瓷工业 中应用极为广泛。陶瓷原料进行破碎有利 于提高成型坯体质量，提高致密程度并有 利于烧结过程中各种物理化学反应的顺利 进行，降低烧成温度。
工艺方法
分类： • 颚式破碎机 • 轧辊破碎机 • 轮碾机 • 球磨机 • 气流磨 • 振动磨
球磨及高能球磨
％
球磨机是工业生产普遍使用的细碎