高温固相合成PPT课件
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专题二：高温固相合成
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高温固相的合成
• 第一节 高温的获得和测量 • 第二节 高温合成反应类型 • 第三节 高温下的固相反应 • 第四节 化学反应转移 • 第五节 稀土复合氧化物固体材料的高温合成
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第一节 高温的获得和测量
• 高温是无机合成的一个重要手段，为了进行高温无机合成 ，就需要一些符合不同要求的产生高温的设备和手段。这 些手段和它们所能达到的温度，如表所示。
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第一节 高温的获得和测量
感应炉实例图
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第一节 高温的获得和测量
3电弧炉
电弧炉常用于熔炼金属，如钛、锆等，也可用于 制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物等。电流由直流发电机或整流器供应。 起弧熔炼之前，先将系统抽至真空，然后通入惰 性气体，以免空气渗入炉内，正压也不宜过高， 以减少损失。
在熔化过程中，只要注意调节电极的下降速 度和电流、电压等，就可使待熔的金属全部熔化 而得均匀无孔的金属锭。尽可能使电极底部和金 属锭的上部保持较短的距离，以减少热量的损失 ，但电弧需要维持一定的长度，以免电极与金属 锭之间发生短路。
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第一节 高温的获得和测量
电弧炉实例图
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第一节 高温的获得和测量
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第一节 高温的获得和测量
接触体的用法是:把60％Pt和40％Rh组成的 导线镶入还未完全烧结的接触体中。在继 续加热的过程中，接触体收缩，从而和导 线形成良好的接触。接触体的电导率比电 阻体高，而且截面积也大，因而接触体中 每单位质量的发热量就比电阻体低。适当 的选择接触体的长度和导线镶人的深度， 可以在电阻体和导线间得到一个合适的温 度梯度。这个梯度可以使电阻体的温度大 大超过导线的熔点而不导致导线的烧断。
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第一节 高温的获得和测量
2 感应炉
感应炉的主要部件就是一个载有交流电的螺旋形线圈，它就像一个变压 器的初级线圈，放在线圈内的被加热的导体就像变压器的次级线圈，它 们之间没有电路连接。 当线圈上通有交流电时，在被加热体内会产生闭合的感应电流，称为涡 流。由于导体电阻小，所以涡流很大；又由于交流的线圈产生的磁力线 不断改变方向。因此，感应涡流也不断改变方向，新感应的涡流受到反 向涡流的阻滞，就导致电能转换为热能，使被加热物很快发热并达到高 温。这个加热效应主要发生在被加热物体的表面层内，交流电的频率越 高，则磁场的穿透深度越低，而被加热体受热部分的深度也越低。 实验室使用的感应炉，可以将坩埚封闭在一根冷却的石英管中，通过感 应使之加热，石英管中可以保持高真空或惰性气氛。 感应加热主要用于粉末热压烧结和真空熔炼等。
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第一节 高温的获得和测量
1、Fra Baidu bibliotek阻炉
• 电阻炉 电阻炉是实验室和工业中最常用的 加热炉
• 优点：设备简单，使用方便，温度可精确 地控制在很窄的范围内。 应用在不同的电阻发热材料可达到不同的 温度限度。 注意：一般使用温度应低于电阻材料最高 工作温度，可延长电阻材料的使用寿命。
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不同电阻材料的最高工作温度表
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第一节 高温的获得和测量
(3)氧化物发热体 在氧化气氛中，氧化物电阻发 热体是最为理想的加热材料。高温发热体通常存 在一个不易解决的困难，就是发热体和通电导线 如何连接的问题。在连接点上常由于接触不良产 生电弧而致使导线被烧断，或是由于发热体的温 度超过导线的熔点而使之熔断。接触体解决了这 一问题，并可得到均匀的电导率。常用的接触体 的组成往往为氧化物型．如高纯度的95％ThO2和 5％La2O3(或Y2O3)，其工作温度可达1950℃，此 外接触体的组成也可以是85％ZrO2和15％La2O3( 或Y2O3)。
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第一节 高温的获得和测量
3）碳化硅电炉 用碳化硅发热元件 的加热炉其结构示 意图 发热体是硅碳棒和 硅碳管，可加热到 1350℃，也可以短 时间加入到1500℃ 。
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第一节 高温的获得和测量
碳化硅电炉实例图
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第一节 高温的获得和测量
4）碳管炉
用碳制的管作为发热元件。
高温时，碳管的使用寿命不很长，构造方 便的炉壳迅速地换装碳管，可很容易地达 到2000℃.
• 实验室常用 硅碳棒：1400 ℃ 硅钼棒 1700℃
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第一节 高温的获得和测量
1）几类重要的电阻发热材料 (1)石墨发热体 用石墨作为电阻发热材料，在真空下可 以达到相当高的温度，但须注意使用的条件，如在氧化或 还原的气氛下，则很难去除石墨上吸附的气体，而使真空 度不易提高，并且石墨常能与周围的气体结合形成挥发性 的物质，使需要加热的物质污染，而石墨本身也在使用中 逐渐损耗。 (2)金属发热体 在高真空和还原气氛下，金属发热材料 如钽、钨、钼等，已被证明是适用于产生高温的。通常都 采用在高真空和还原气氛的条件下进行加热。如果采用惰 性气氛，则必须使情性气氛预先经过高度纯化。有些惰性 气氛在高温下也能与物料反应，如氮气在高温能与很多物 质反应而形成氮化物。在合成纯化合物时，这些影响纯度 的因素都应注意。
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第一节 高温的获得和测量
2）高温箱形电阻炉 这种电阻炉的外壳由钢板 焊接而成，炉膛由高铝砖 砌成长方形，在炉膛与炉 体外壳之间砌筑轻质粘土 砖和充填保温材料。硅碳 棒发热元件安装于炉膛顶 部。如图所示 为了方便控制温度，电炉 配有控制器，来调节和控 制电炉温度。
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第一节 高温的获得和测量
高温箱形电阻炉实例图
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
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第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
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第一节 高温的获得和测量
4温度仪表的主要类型
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高温的获得和测量
5热电偶高温计
• 热电偶的工作原理：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测 量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪 表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份 的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流 通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝 克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作 端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。 根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端 温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热 电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时 ，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现 象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
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第一节 高温的获得和测量
5）钨管炉 钨管炉可以达到3000℃的最 高温度。 由于钨易被氧化，为了保温 度良好起见，钨管炉都是在 真空中使用，也可在惰性气 氛或氢气氛中使用。 在1.3×10-3-1.3×10-4 Pa的 真空下操作，如电压为10V， 电流约为1000A，则温度可达 到3000℃
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高温固相的合成
• 第一节 高温的获得和测量 • 第二节 高温合成反应类型 • 第三节 高温下的固相反应 • 第四节 化学反应转移 • 第五节 稀土复合氧化物固体材料的高温合成
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第一节 高温的获得和测量
• 高温是无机合成的一个重要手段，为了进行高温无机合成 ，就需要一些符合不同要求的产生高温的设备和手段。这 些手段和它们所能达到的温度，如表所示。
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第一节 高温的获得和测量
感应炉实例图
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第一节 高温的获得和测量
3电弧炉
电弧炉常用于熔炼金属，如钛、锆等，也可用于 制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物等。电流由直流发电机或整流器供应。 起弧熔炼之前，先将系统抽至真空，然后通入惰 性气体，以免空气渗入炉内，正压也不宜过高， 以减少损失。
在熔化过程中，只要注意调节电极的下降速 度和电流、电压等，就可使待熔的金属全部熔化 而得均匀无孔的金属锭。尽可能使电极底部和金 属锭的上部保持较短的距离，以减少热量的损失 ，但电弧需要维持一定的长度，以免电极与金属 锭之间发生短路。
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第一节 高温的获得和测量
电弧炉实例图
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第一节 高温的获得和测量
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第一节 高温的获得和测量
接触体的用法是:把60％Pt和40％Rh组成的 导线镶入还未完全烧结的接触体中。在继 续加热的过程中，接触体收缩，从而和导 线形成良好的接触。接触体的电导率比电 阻体高，而且截面积也大，因而接触体中 每单位质量的发热量就比电阻体低。适当 的选择接触体的长度和导线镶人的深度， 可以在电阻体和导线间得到一个合适的温 度梯度。这个梯度可以使电阻体的温度大 大超过导线的熔点而不导致导线的烧断。
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第一节 高温的获得和测量
2 感应炉
感应炉的主要部件就是一个载有交流电的螺旋形线圈，它就像一个变压 器的初级线圈，放在线圈内的被加热的导体就像变压器的次级线圈，它 们之间没有电路连接。 当线圈上通有交流电时，在被加热体内会产生闭合的感应电流，称为涡 流。由于导体电阻小，所以涡流很大；又由于交流的线圈产生的磁力线 不断改变方向。因此，感应涡流也不断改变方向，新感应的涡流受到反 向涡流的阻滞，就导致电能转换为热能，使被加热物很快发热并达到高 温。这个加热效应主要发生在被加热物体的表面层内，交流电的频率越 高，则磁场的穿透深度越低，而被加热体受热部分的深度也越低。 实验室使用的感应炉，可以将坩埚封闭在一根冷却的石英管中，通过感 应使之加热，石英管中可以保持高真空或惰性气氛。 感应加热主要用于粉末热压烧结和真空熔炼等。
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第一节 高温的获得和测量
1、Fra Baidu bibliotek阻炉
• 电阻炉 电阻炉是实验室和工业中最常用的 加热炉
• 优点：设备简单，使用方便，温度可精确 地控制在很窄的范围内。 应用在不同的电阻发热材料可达到不同的 温度限度。 注意：一般使用温度应低于电阻材料最高 工作温度，可延长电阻材料的使用寿命。
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不同电阻材料的最高工作温度表
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第一节 高温的获得和测量
(3)氧化物发热体 在氧化气氛中，氧化物电阻发 热体是最为理想的加热材料。高温发热体通常存 在一个不易解决的困难，就是发热体和通电导线 如何连接的问题。在连接点上常由于接触不良产 生电弧而致使导线被烧断，或是由于发热体的温 度超过导线的熔点而使之熔断。接触体解决了这 一问题，并可得到均匀的电导率。常用的接触体 的组成往往为氧化物型．如高纯度的95％ThO2和 5％La2O3(或Y2O3)，其工作温度可达1950℃，此 外接触体的组成也可以是85％ZrO2和15％La2O3( 或Y2O3)。
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第一节 高温的获得和测量
3）碳化硅电炉 用碳化硅发热元件 的加热炉其结构示 意图 发热体是硅碳棒和 硅碳管，可加热到 1350℃，也可以短 时间加入到1500℃ 。
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第一节 高温的获得和测量
碳化硅电炉实例图
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第一节 高温的获得和测量
4）碳管炉
用碳制的管作为发热元件。
高温时，碳管的使用寿命不很长，构造方 便的炉壳迅速地换装碳管，可很容易地达 到2000℃.
• 实验室常用 硅碳棒：1400 ℃ 硅钼棒 1700℃
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第一节 高温的获得和测量
1）几类重要的电阻发热材料 (1)石墨发热体 用石墨作为电阻发热材料，在真空下可 以达到相当高的温度，但须注意使用的条件，如在氧化或 还原的气氛下，则很难去除石墨上吸附的气体，而使真空 度不易提高，并且石墨常能与周围的气体结合形成挥发性 的物质，使需要加热的物质污染，而石墨本身也在使用中 逐渐损耗。 (2)金属发热体 在高真空和还原气氛下，金属发热材料 如钽、钨、钼等，已被证明是适用于产生高温的。通常都 采用在高真空和还原气氛的条件下进行加热。如果采用惰 性气氛，则必须使情性气氛预先经过高度纯化。有些惰性 气氛在高温下也能与物料反应，如氮气在高温能与很多物 质反应而形成氮化物。在合成纯化合物时，这些影响纯度 的因素都应注意。
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第一节 高温的获得和测量
2）高温箱形电阻炉 这种电阻炉的外壳由钢板 焊接而成，炉膛由高铝砖 砌成长方形，在炉膛与炉 体外壳之间砌筑轻质粘土 砖和充填保温材料。硅碳 棒发热元件安装于炉膛顶 部。如图所示 为了方便控制温度，电炉 配有控制器，来调节和控 制电炉温度。
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第一节 高温的获得和测量
高温箱形电阻炉实例图
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
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第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
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第一节 高温的获得和测量
4温度仪表的主要类型
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高温的获得和测量
5热电偶高温计
• 热电偶的工作原理：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测 量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪 表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份 的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流 通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝 克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作 端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。 根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端 温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热 电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时 ，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现 象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
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第一节 高温的获得和测量
5）钨管炉 钨管炉可以达到3000℃的最 高温度。 由于钨易被氧化，为了保温 度良好起见，钨管炉都是在 真空中使用，也可在惰性气 氛或氢气氛中使用。 在1.3×10-3-1.3×10-4 Pa的 真空下操作，如电压为10V， 电流约为1000A，则温度可达 到3000℃