第7章先进陶瓷材料的制备化学ppt课件.ppt

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1、第6章陶瓷物语（典型无机材料的合成）------先进陶瓷材料的制备化学先进陶瓷材料(或称无机非金属材料)作为材料科学的组成部分之一，是一个年轻的学科，加之研究对象的复杂性，因此有许多问题、许多新内容有待人们去解决、去研究、去探索。1234520世纪60年代，美国材料顾问委员会在美国国防部支持下先后组织了两个委员会对材料制备领域进行调研，获得重要结论：“为了实现具有均匀性和重复性的无缺陷显微结构以便提高可靠性，陶瓷制备科学是必需的”。先进陶瓷材料是凝聚态物理、固体化学、结晶化学、胶体化学以及各有关工程科学等

2、多学科的边缘学科，其主要内涵包括材料的合成和制备、组成与结构、材料的性能与使用效能四方面，它们之间存在着强烈的相互依赖关系67（图16-1）其中合成与制备主要研究促使原子、分子结合而构成有用材料的一系列化学、物理连续过程。对合成与制备过程中每个阶段所发生的化学、物理过程认真加以研究，可以揭示其过程的本质，为改进制备方法，建立新的制备技术提供科学基础，在更为宏观的尺度上或以更大的规模控制材料的结构，使之具备所需的性能和使用效能，从而使材料的性能具有重复性、可靠性，并在成本与价格上有竞争力。8众所周知，化学是

3、研究并通过制备工艺控制物质的组成、结构和性质的科学。从事先进陶瓷材料的研究人员和技术人员已经开始将化学原理创造性地用于陶瓷材料的制备过程并已发展成运用多学科进行材料研究，无机化学、固态化学、化学工程、材料科学与工程相互渗透、相互结合而制造出在我们生活中愈来愈起重要作用的先进陶瓷材料。9先进陶瓷材料近一二十年的迅猛发展，敦促了化学的渗透。最为突出的是纳米化学的提出。人们早已认识，在物质颗粒尺寸小到一定尺度时，它的性质有可能发生突变。物质在纳米尺度的时候，在化学上将有哪些变异行为，过去虽有发现，但未能深究。基

4、于纳米陶瓷材料已经确定为21世纪先进陶瓷材料的三大发展方向之一，提出纳米尺度下研究化学问题，既是化学家自身开拓的新天地，也是先进陶瓷材料合成与制备的需要。10本章着重对先进陶瓷材料制备过程(通常包括粉末制备、成型和高温烧结三个过程)中每个过程所具有共性的和最新的制备过程化学问题加以阐明并结合实例说明之，以引起广大读者对先进陶瓷材料的制备化学的重视。11第1节超微粉体的制备化学先进陶瓷材料是由晶粒和晶界组成的多晶烧结体，超微粉体的合成与制备是制备高性能先进陶瓷材料乃至纳米陶瓷首先所面临的问题。表16-1列出

5、了有关涉及到的合成方法，其中绝大多数均涉及化学问题。现在看来，要合成到超微的粉料从表中是可以找到合适的方法的，但要做到少团聚或无团聚的粉料就不是易事了，规模化生产的难度更大。12表6-1超微粉体合成的有关方法固相法：固相化学反应法低温粉碎法，超声波粉碎法热分解法（有机盐类热分解）爆炸法（利用瞬间的高温高压）高能球磨法超声空穴法自蔓燃法固态置换法13液相法：沉积法：直接沉积法共沉淀法：非水溶剂洗涤，共沸蒸馏，冷冻干燥，乳浊液。均相沉积法络合沉积法化学还原法:溶液中还原法：BH4-还原：水和非水介质BE13H

6、-还原碱金属还原14水解法：纯盐水解法金属盐水解法卤化物气相水解法15溶剂蒸发法：喷雾热分解火焰干燥法冷冻干燥法热煤油法反胶团技术：溶剂萃取法液热法：水热沉积法水热析晶法水热反应法非水溶剂热反应法微波水热法溶胶-凝胶法（Sol-gel）羰基法（液态羰基化合物热分解）16电解法；汞合法；溶胶法熔盐热分解：快速热分解微乳液聚合电水锤法气相法：热化学气相反应法（VCD法）激光诱导气相沉积法（LICVD法）等离子气相合成法（PCVD法）高频等离子法气相热分解反应法油面蒸发法（VEROS法）171.热分解法它是加热

7、分解氢氧化物、草酸盐、硫酸盐而获得氧化物固体粉料的方法。通常按方程式(6-1)进行：A(s)==B(s)+C(g)热分解分两步进行，先在固相A中生成新相B的核，然后接着新相B核的成长。原料A非常细小时，每个颗粒中的B核生成的速度受控，分解速率为一次方。例如，Mg(OH)2的脱水反应，按反应方程式(16-2)生成MgO粉体，是吸热型的分解反应：Mg(OH)2→MgO+H2O6-218热分解的温度和时间，对粉体的晶粒生长和烧结性有很大影响，气氛和杂质的影响也是很大的。为获得超微粉体(比表面积大)，希望在低温和

8、短时间内进行热分解。方法之一是采用金属化合物的溶液或悬浮液喷雾热分解方法。为防止热分解过程中核生成和成长时颗粒的固结需使用各种方法予以克服(例如，在针状γ-Fe2O3超微粉体制备时，为防止针状粉体间的固结而添加SiO2).用硫酸铝铵制备高纯度Al2O3粉体，分解过程为：2(NH4)Al(SO4)2·18H2OAl2O3+4SO3+19H2O+2NH319其不足之处是分解过程中产生大量SO3有害气体，造成环境污染，而且硫酸