第三讲 颜料制备.ppt

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1、3.3水热法合成陶瓷颜料陶瓷颜料的合成工艺（2）第3章3.3.1水热法的定义3.3.2水热法的分类及应用3.3.3水在高温高压下的有关性质3.3.4水热体系中的反应特征3.3.5水热反应原理3.3.6水热反应高压实验装置的分类及使用要点3.3.7水热反应化学类型3.3.8水热合成程序3.3.9影响水热过程的因素3.3.10水热法合成陶瓷颜料实例主要内容3.3.1水热法的定义水热法(HydrothermalProcess)又名热液法，是指在密闭体系中，以水作为溶媒，在一定温度(>100℃)、压力(>9.

2、8Mpa)下，制备、研究材料的一种方法水热法是19世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。1900年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究。最早获得成功的是合成水晶。二十世纪上叶，由于军工产品的需要，水热法合成水晶投入了大批量的生产。水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz首先获得成功，Ervin和Osborn进一步完善了这一技术。1946年奥地利的N.Lechleitn

3、er用水热法成功地在实验室合成出了祖母绿，澳大利亚的JohannLechleitner在1960年研究成功的，1965年美国的Linde公司实现了水热法合成祖母绿的商业生产。到九十年代，原苏联新西伯利亚合成出了海蓝宝石。随后，红色绿柱石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。合成刚玉的颜色与致色元素3.3.2水热法的分类及应用（1）水热合成法(Hydrothermalsynthesis)（2）水热条件下的单晶生长(HydrothermalSingleCrystalGrowth)（3）水热处理法(Hydr

4、othermalTreatment)（4）水热提取法(HydrothermalExtraction)（5）水热分解法(HydrothermalDeposition)（6）水热氧化法(HydrothermalOxidation)（7）水热热压法(HydrothermalHotPressing)3.3.3水在高温高压下的性质水在高温、高压下的有关性质（1）压力－温度关系（P-T关系，很重要）在工作条件下，压强取决于反应容器中原始溶剂的填充度(degreeoffill)。不同的填充度对应不同的P-T关系。主

5、要参数：填充度，温度，压力温度区间：100℃～370℃压力范围是在：1MPa～15MPa填充度：50％-80％为宜填充度影响水溶液的些性质？（2）密度和离子积在平衡状态下，水的密度随温度升高而变低，而高温溶剂的运输能力强烈地依赖于溶剂的密度。在所研究的范围内，水的离子积随P和T的增大而迅速增加。（3）粘度水的粘度随温度升高而下降。在500℃，lkbar的条件下，水的粘度仅为常温常压条件下的10％，因此，在超临界区域内分子和离子的活动性大为增加。（4）介电常数水介点常数随温度升高而下降，却随压力升高而升

6、高，前者的影响是主要的。水的较高的介电常数局限在低温及高密度(即高压)的小区域内，电解质在水溶液中完全离解，然而随温度的上升，电解质趋于重新结合。对于大多数物质，这种转变常在200℃～500℃之间发生。水热条件下水的性质变化为：气压升高；密度变小；离子积升高；粘度降低；介电常数降低总结3.3.4水热体系中的反应特征水热体系中反应的最大特点在于反应发生在高温高压的流体中，有如下特点：（1）复杂离子间的反应加快（2）水解反应加剧水是离子反应的主要介质，以水为介质，在密闭加压条件下加热到沸点以上时，离子反应

7、的速度自然会增大，即按Arrhenius程式：dlnk/dt=Ea/RT2R－摩尔气体常数；T－温度；K？k称为速率常数。与反应物浓度无关，与反应物本质及温度有关。k在数值上等于各反应物浓度均为1mol·L-1时的反应速率，故又称为比速率。相同条件下，k愈大，表示反应的速率愈大K随温度的增加呈指数函数活化能Ea示意图因此，在高温高压的水热反应条件下，即使在常温下不溶于水的矿物或其它有机物也可以发生反应。同时，水的粘度随温度的升高而下降，反应物质分子或原子的活性大为增加，传质阻力小，反应易于进行。（2）

8、水解反应加剧水解反应加剧的主要原因是水的电离常数随水热反应温度的上升而增加。通常情况下，水是微弱电离，电离常数为14。密度一定，温度升高时，离子积也随之增大。3.3.5水热反应原理水热法常用氧化物或氢氧化物作为前驱物，在加热过程中的溶解度随温度升高而增大，最终导致溶液过饱和，并逐步形成更稳定的新相。反应过程的驱动力：F=前驱物溶解度-最终产物的溶解度基本的反应机理：溶解一沉淀机理。严格说来，水热技术中几种重要的反应过程的机理并不完全相同，即并非都可以用溶