無機(jī)非金屬材料工藝學(xué)-非陶瓷工藝

特種陶瓷

生產(chǎn)工藝

特種陶瓷粉體性能及其 技術(shù)特種陶瓷的成型方法特種陶瓷的燒結(jié)機(jī)制及方法特種陶瓷的表面處理技術(shù)5.8.3

特種陶瓷粉體的機(jī)械法：是由粗顆粒來獲得細(xì)粉的方法，通常采用機(jī)械

，現(xiàn)在發(fā)展到采用氣流

。缺點(diǎn)：在 過程中難免混入雜質(zhì)；都不易制得粒徑在1μm以下的微細(xì)顆粒（效率）。法：是由離子、原子、分子通過反應(yīng)、成核和

成長、收集、后處理來獲得微細(xì)顆粒的方法。特點(diǎn)：純度、粒度可控，均勻性好，顆粒微細(xì)。且可以實現(xiàn)顆粒在分子級水平上的復(fù)合、均化。特種陶瓷粉體的

方法※1.機(jī)械法球磨機(jī)高壓空氣空氣

碎料高壓空氣旋風(fēng)分離破碎物氣滾

機(jī)破碎物盤式

機(jī)破碎物

碎料輪碾機(jī)軋輥破碎機(jī)回旋破碎機(jī)顎式破碎機(jī)碎料沖擊板錘破碎物金屬絲網(wǎng)錘式破碎機(jī)※

2.法化合反應(yīng)法分解反應(yīng)法氧化還原反應(yīng)法自蔓延法沉淀法溶膠-凝膠法水熱法溶劑蒸發(fā)法物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積固相法液相法氣相法1)固相法固相原料配料粉體混合物需在一定溫度下，經(jīng)過固相全后，才能獲得所需物相。為了使 進(jìn)行得足夠充分，經(jīng)常

①

化合

法A②分解反應(yīng)法~200℃：Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O

Al2

(SO4)3·

(NH4)2SO4H·

2O+23H2O62 4

3

3

3

2Al (SO

)

·

(NH

)

SO

H· O

Al (SO

) +

2NH

+SO

+2H

O2 4

3 4

2

4

203900℃5h1300℃2h2

3500～

可以獲得高純的Al

O

，粒度小于1μmAl2O381A(s)→

B(s)+C(g)+D(g)Al2O3分步反應(yīng)：SiO2＋C

→SiO（氣）＋COSiO＋2C

→

SiC＋COSiO＋C

→Si（氣）＋COSi＋C

→SiC

(α-SiC)③氧化還原法SiC

基本反應(yīng)：1500℃SiO2＋3C

→

SiC＋2CO1500℃以上時，SiO2表面開始蒸發(fā)，蒸汽吸附在C顆粒表面，并與C生成SiC：SiO2＋3C＝α-SiC＋2COα-SiC的生成導(dǎo)致配料熱導(dǎo)率的升高，爐芯附近的溫度達(dá)到2700－2800℃α-SiC分解：α-SiC＋2SiO2

=3SiO（氣）+COα-SiC＋SiO＝2Si（氣）＋COSi＋C

→

SiC

(SiC)Fe2O3

+

Al

Fe

+

Al2O3自蔓延燃燒技術(shù)是利用反應(yīng)物之間高化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和自傳導(dǎo)作 材料的一種技術(shù)。點(diǎn)火電極④自蔓延法特點(diǎn):消耗能量少，反應(yīng)速度快。eg.TiC，將鈦粉及炭粉等原料按比例混合均勻，然后置于裝置中，通電點(diǎn)火，整個過程只要幾秒或者幾分鐘。括沉淀法（包共沉淀法）在溶液狀態(tài)

前驅(qū)體沉淀物，再將沉淀物進(jìn)行干燥或鍛燒。

溶膠－凝膠法在液相將可溶性原料均勻混合，形成透明溶膠，溶膠經(jīng)

形成凝膠，再經(jīng)過干燥、燒結(jié)

粉體。

水熱法金屬鹽在高溫高壓水中水解獲得超細(xì)氧化物。

溶劑蒸發(fā)法（噴霧冷凍/噴霧干燥/噴霧熱分解）利用

的易燃特點(diǎn)。金屬鹽溶液鹽或氫氧化物氧化物粉末2)液相法干入而、平液①沉淀法a)直接沉淀法:在溶液中加燥、熱分解eg.

氧化鋁直接沉淀法制備的平均粒徑約為150nm的-Al2O3納米粉體b)均勻沉淀法:為了克服直接沉淀的缺點(diǎn)，改變沉淀劑的加入方式，使得溶液本身緩慢反應(yīng)產(chǎn)生沉淀劑，常用的沉淀劑有尿素。尿素水溶液在~70℃可發(fā)生分解反應(yīng)而生成NH4OH，起到沉淀劑作用，得到金屬氫氧化物或堿式鹽沉淀。(NH2)2CO+3H2O→2NH4OH+CO2

(70℃)NH4OH在溶液中形成后立即被消耗，尿素繼續(xù)分解平衡，可用來

鐵、鋁、錫、鋯等的氧化物。c)

共沉淀法:使兩者或者兩者以上的金屬元素同時沉淀下來，可以高純度、超細(xì)、組成均勻燒結(jié)性好的原料粉體。1000℃煅燒得到平均粒徑為40nm且分散性較好的YAG納米粉體。②溶膠-凝膠法溶膠(Sol)：是具有液體特征的膠體體系，分散介質(zhì)為液體，分散相是固體粒子，分散的粒子大小在1-定義：是指金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液、溶膠、

凝膠而

、再經(jīng)過熱處理而成氧化物或其它化合物固體的方法。形成過程：溶解前驅(qū)體溶液溶膠凝膠凝膠水解縮聚老化基本原理：水解反應(yīng)機(jī)理OHHMROROOROR+OHHOMROOROR+ROHHOM+ROHOHHO部分水解MORORM

+OR

RO縮HO聚反O應(yīng)R

機(jī)理HOHOORHOHOMOROR+HOMORORHOHOHOM+HOMHOHOHOOHOHOHOHMMHOOOHOHMMHOHOOOORORMMHOHOHOHOOHOOHOH鏈狀結(jié)構(gòu)團(tuán)聚3D結(jié)構(gòu)團(tuán)聚顆粒結(jié)構(gòu)交聯(lián)

縮合產(chǎn)物不斷發(fā)生水解、縮聚反應(yīng)，溶液的粘度不斷增加。最終形成凝膠(金屬—氧—金屬鍵)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無機(jī)聚合物。正是由于金屬-氧-金屬鍵的形成，使Sol-Gel法能在低溫下 材料。eg.

BaTiO3,sol-gel-750oC/2h即可純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的粉末。溶膠凝膠溶膠－凝膠前驅(qū)體選擇反應(yīng)配比反應(yīng)時間溶液pH值金屬離子半徑絡(luò)合劑催化劑凝膠處理老化方式老化加入老化液老化時間干燥及熱處理干燥方法熱處理工藝界燥常

冷

超壓

凍

臨干

干燥

燥

干溶膠-凝膠工藝參數(shù)舉例說明：溶膠凝膠法鈦酸鋇的工藝流程圖③

水熱

法水熱法：是指在特制的密閉反應(yīng)體系，通過對反應(yīng)體系

創(chuàng)造一個相對高溫、高

溶或不溶的物質(zhì)溶解并料處理的一種有效方法普通水熱分類：特殊水熱水熱反應(yīng)的影響因素壓強(qiáng)的影響PH值的影響前驅(qū)物濃度的影響反應(yīng)時間的影響雜質(zhì)的影響水熱反應(yīng)的影響因素溫度的影響舉例：水熱法 陶瓷粉體技術(shù)水熱法實現(xiàn)鈦酸鋇粉體的高純，納米化是提高鈦酸鋇電子元件性能的有效措施之一。羥基磷灰石，具有與硬組織相似的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，可以作為理想的硬組織替代和修50nm4m幾種溶劑蒸發(fā)法的過程比較④溶劑蒸發(fā)法低溫(向液體中)凍結(jié)液滴溶劑升華金屬鹽粒子熱分解熱分解氧化物粒子冰凍干燥法噴霧干燥法熱煤油法噴霧熱分解法金屬鹽溶液噴霧熱分解向熱風(fēng)中高溫(向液體中)高溫(向氣體中)溶劑蒸發(fā)溶劑蒸發(fā)溶劑蒸發(fā)＋熱分解①物理氣相沉積3)氣相法PVD原理原料塊狀材料

(靶材)粉體或薄膜能量高溫或等襯底以氣態(tài)方式進(jìn)行物質(zhì)輸運(yùn)能量輸運(yùn)氣態(tài)PVD在薄膜上的應(yīng)用SubstrateSubstrate