高温合成反应的类型高温固相合成反应

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高温炉的种类: 电阻炉，感应炉，电弧炉
箱式电阻炉:又称马氟炉 (muffle) 最常用，台车式电炉
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电阻炉的发热体
1.金属发热体：马弗炉中的镍铬丝发热体。
高真空或还原气氛中的金属发热材料包括：钽，钨， 钼等。 2.碳素材料发热体 ：用于真空或惰性气氛中。 3.碳化硅发热体：硅碳棒，可达到1350 oC
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• 电弧炉:
用于熔炼金属如钛、锆等， 也可以制备高熔点的化合物 如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物。起弧熔炼前，将 系统抽真空，然后通入惰性 气体，以免空气进入炉内， 正压不宜过高，以减少损失。
1吨真空电弧炉
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• 管式炉
(碳管,刚玉管,钨管炉):
碳管真空炉:
可在真空、非真空及各种气氛 条件下使用，适用于冶金、物 理化学、高温冶金工艺、高纯 金属精炼、熔渣侵蚀以及无机 非金属材料的烧成实验. 最高使用温度2000℃，常用温 度1600℃~1800℃，程序升温， 可控硅调压，极限真空为 5×l0-1Pa，加热功率52KW， 加热元件为石墨，加热器尺寸 Φ156/140×370mm，采用热电 偶和红外线测温.
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光学高温计
• 利用受热物体的单波辐射强度即物质的单色亮度
随温度升高而增长的原理来测量高温 不需要同被测物质接触 测量温度较高，范围较大，可测700-6000℃精 确度较高，使用简便、迅速
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高温合成反应的类型
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高温固相合成反应(制陶反应) 高温固气合成反应 高温化学输运反应 高温熔炼和合金制备 高温相变合成 高温熔盐电解 等离子体中的超高温合成 高温单晶生长和区域熔融提纯
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• 热电偶的芯线以及绝缘管插入保护管使用。
保护管在防止芯线氧化、腐蚀的同时，还 可以保持热电偶的机械强度。保护管有多 种类型，如下图所示。
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热电偶工作原理
• 将两种不同的导体与半导体连接成闭合回路，再将
其两个接点分别置于温度各为Ｔ及Ｔ ０ 的热源中， 则在该回路内即可产生热电动势，这种现象叫做热 电效应。
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热电偶高温计使用注意事项:
使用中需要避免受到侵蚀、污染和电磁干扰，同时 要求有一个不影响其热稳定性的环境。某些热电偶 多环境的氧化还原性有特殊的要求，在不合适的气 氛中，应以耐热材料套管密封并用惰性气体保护， 这种情况下，温度变动较快时，隔着套管的热电偶 存在滞后现象。 带有冷端自动补偿装置的，只要冷端在 0-50℃范围 内变动，即可测量，不需要保持在0℃恒温，也不需 要校正。
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热电偶
• 热电偶是接触式温度传感器，
与温度显示仪表配合使用， 可测量生产过程中室温-2000℃的高温，其多样的 结构形式能够适应工业过程 各种复杂环境的安装及包括 防爆的各种场所的使用。
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• 热电偶前端接合的形状有3种类型，如图所
示。可根据热电偶的类型、线径、使用温度， 通过气焊、对焊、电阻焊、电弧焊、银焊等 方法进行接合。
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固相合成反应基本概念
• 固相反应的定义 : 凡是有固相参与的化学
反应都可称为固相反应。 固相反应常指固体与固体间发生化学反 应生成新的固体产物的过程。
• 固相反应四个阶段：扩散、反应、成核、
生长.
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固相反应的特点
(1) 与大多数气、液相反应不同，固相反应为非均 相反应。参与反应的固相相互接触是反应物间发 生化学作用和物质输送的先决条件。 (2) 固相反应一般要在较高的温度下完成。但开始 温度常常远低于反应物的熔点或系统低共熔温度。 通常相当于一种反应物开始呈现显著扩散作用的 温度，这个温度称为泰曼温度或烧结温度。
3.2 高温合成
所谓高温并无明确界定，只是相对而言，实验室 中一般指100oC以上的温度，而超高温则是数千度 以上的温度。 •高温的获得和测量
•高温合成反应的类型
高温固相反应
高温还原反应
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1.高温的获得与测量
较低温度：煤气灯，酒精喷灯
• 高温的获得:
获得高温的方法 各种高温电阻炉 聚焦炉 闪光放电炉 等离子体电弧 激光 原子核分离和聚变 高温粒子 可以达到的温度（K） 1273~3273K 4000~6000 >4273 20000 105~106 106~109 1010~1014
陶瓷工业中使用的热电偶包括: 铂铑—铂热电偶、 镍铬一镍硅热电偶、 镍铬—康铜（Cu/Ni）热电偶等种类。
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热电偶的优点:
• （1）体积小、重量轻、结构简单，便于装配维护，
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使用方便； （2）其主要作用点由两根线连成的很小的热接点， 线很细，所以热惰性小，热感度高； （3）可直接与被测物质接触，不受环境介质如烟 雾、尘埃、CO2、水蒸气等影响，准确度较高； （ 4 ）测量范围宽，一般在室温到 2000℃之间使 用，特殊情况可以测量到3000℃； （5）测量信号可以远距离传送、用仪表迅速记录 显示，便于集中管理。
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2.高温的测量
测量温度仪表的类型
膨胀式 温度计
压力表式 温度计
液体膨胀式温度计
固体膨胀式温度计 充液体型 充气体型 充蒸气型
接触 式 测 温 仪 表
热电阻温度计：铂热电阻，铜热电阻， 半导体热敏电阻。
热电偶：铂铑-铂，镍铬-镍硅，镍铬-康
铜，其他特殊热电偶。 非接触式:光学高温计(亮度高温计)， 辐射高温计，比色高温计。
4. 氧化物发热体: 用于氧化气氛中
例如：一种复合氧化物超高温陶瓷发热体，发热体 细粉的化学结构式为Ｌａ１－ｘＭｘＣrＯ３，其中 ０≤ｘ＜０．５，Ｍ为Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等二价金 属离子。
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名称 镍铬丝 硅碳棒 铂丝 铂铑合金 钼丝 硅化钼棒 钨丝 ThO285-CeO215 ThO295-La2O35 钽丝 ZrO2 石墨棒 钨管 碳管
最高工作温度(K)
备注
1330 1673~1773 1673 1813 1923 1973 1973 2123 2223 2273 2673 2773 3273 2773
真空 真空
真空
真空 真空
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• 感应炉: 结构类似于变压器
使用时将坩埚封闭在一根冷却的石 英管中，通过感应加热，石英管内 保持高真空或惰性气氛，可以在几 秒钟内加热到3000℃，主要用于粉 末热压烧结和真空熔炼。 感应炼钢炉 操作方便，清洁，升温速度快。但需要很多 专门的电学仪器设备，费用高