溶胶凝胶法制备陶瓷粉体王俊鹏

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1、溶胶-凝胶法制备陶瓷粉体------Sol-gelmethodforceramicpowder作者：王俊鹏化学法液相法气相法固相法1、液相法共同点是以均相溶液为出发点，通过各种方法使溶质与溶剂分离，溶质形成一定大小和形状的颗粒，得到所需粉末的前躯体，热解后得到粉体蒸发溶剂热解法沉淀法乳液法水解法水热法喷雾法2、气相法直接利用气体或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化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米颗粒气体中蒸发法化学气象凝聚法化学气相反应法溅射法3、固相法通过从固相到固相的变化，来制造粉体热分解法固相反应法火花放电法溶出法1、

2、溶胶凝胶法用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。2、溶胶凝胶法基本原理溶胶－凝胶法的主要步骤为将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产品2.1水解反应金属盐在水中的性质受金属离子半径，电负性，配位数等因素影响，如Si、Al盐，它们溶解于纯水中常电离出Mn+，并溶剂化[3]。水解反应平衡关

3、系随溶液的酸度，相应的电荷转移量等条件的不同而不同。有时电离析出的Mn+又可以形成氢氧桥键合。水解反应：M(OR)n＋H2O→M(OH)x(OR)n-x＋xROH2.2聚合反应－M－OH＋HO－M－→－M－O－M－+H2O；－M－OR+HO－M－→－M－O－M－+ROH。3溶胶－凝胶法工艺过程在Sol-Gel的全过程中，金属醇盐、溶剂、水及催化剂组成均相溶液，由水解缩聚而形成均相溶胶；进一步陈化成为湿凝胶；经过蒸发除去溶剂或蒸发分别得到气凝胶或干凝胶，后者经烧结得到致密的陶瓷体。同时，均相溶胶可以在不同衬底上涂膜，经过焙烧等热处理得到均匀致密的薄膜；也

4、可以拉丝，得到玻璃纤维；以及均相溶胶经不同方式处理得到粉体。3.1均相溶液的制备这一步是制取包含醇盐和水的均相溶液，以确保醇盐的水解反应在分子级水平上进行。由于金属醇盐在水中的溶解度不大，一般用醇做溶剂，因为醇与醇盐溶液互溶，也跟水互溶，所以醇的加入量应适当，否则可能落入三元不混溶区。因为醇是醇盐水解产物，对水解反应有抑制作用，为保证起始溶液均匀性，对配置的混合液必须施以搅拌。为防止反应过程中易挥发组分散失，造成组成变化，一般需加回流冷凝装置3.2溶胶的制备一般将制备溶胶的方法分为聚合法和颗粒法。对醇盐来说，这两种方法的区别在于加水量的多少。在溶胶－凝

5、胶法中，最终产品的结构在溶液中以初步形成，后续工艺与溶胶的性质直接相关，因此溶胶的质量是十分重要的。醇盐的水解和缩聚反应使均相溶液转变为溶胶，显然控制醇盐水解缩聚的条件是制备高质量溶胶的前提。影响溶胶质量的因素主要有加水量、催化剂种类、溶液pH值、水解温度，醇盐品种以及在溶液中的浓度和溶剂效应等。3.3凝胶化过程溶胶向凝胶的转变过程，即聚合反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为小粒子簇，逐渐相互连接成三维网络结构，最后凝胶硬化。因此可以把凝胶化过程视为两个大的粒子簇组成的一个横跨整体的簇，形成连续的固体网络。在不同介质中陈化时，凝胶的干缩结构也不同。在陈化

6、过程中，胶体粒子逐渐聚集形成网络结构。但这种聚集和粒子团聚成沉淀完全不同。形成凝胶时，由于液相被包裹于固相骨架中，整个体系失去流动性，同时胶体粒子逐渐形成网络结构，并带有明显的触变性3.4凝胶的干燥湿凝胶干燥时，表观上表现为收缩、硬固，产生应力，最后可能导致凝胶开裂。这是因为湿凝胶中包裹着大量水分，有机基团和有机溶剂。同时在干凝胶中留下大量开口和闭口气孔，这些孔将影响以后的烧结。使凝胶开裂的应力主要来自于凝胶骨架空隙中液体的表面张力所引起的毛细管力，它使凝胶颗粒重排，体积收缩。3.5干凝胶的热处理热处理的目的是消除干凝胶中的气孔，使制品的相组成和显微结

7、构满足产品性能的要求。在加热过程中，干凝胶先在低温下脱去吸附在表面的水和醇，260－300℃发生－OR基氧化，300℃以上则脱去结构中的－OH基。由于热处理伴随有较大的体积收缩，各种气体（CO2、H2O、ROH）的释放，加上－OR基在非充分氧化时还可能碳化成碳质颗粒，所以升温速率不宜过快。   凝胶经干燥，烧结转变成固体材料的过程是溶胶－凝胶法的重要步骤，由多孔疏松凝胶转变成致密玻璃至少有4个历程：毛孔收缩，缩合－聚合，结构弛豫和粘滞烧结。近年来，人们通过各种表征手段也研究了凝胶向材料转变过程中热力学和动力学行为以及结构变化4应 用由于溶胶－凝胶技术

8、在控制产品的成分及均匀性方面具有独特的优越性，近年来已用该技术制成LiTaO2、LiNbO2、