材料的化學合成與制備

材料的化學合成與制備1第一頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1無機材料的選用與合成3.2材料制備方法簡介主要內容：3.1無機材料的選用與合成3.1.2無機合成原料3.2材料制備方法簡介

第二頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料是剛玉的一種，主要成分是氧化鋁(Al2O3)，紅色來自鉻(Cr)。自然沒有鉻的寶石是藍色的藍寶石。

紅寶石第三頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料第四頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料氧化鋯在大自然中存在于鋯英砂中，澳大利亞和我國海南島均有高質量的鋯英砂。在不同的溫度范圍內，氧化鋯呈現出不同的晶體結構：從室溫到1170℃為單斜結構，1170—2370℃為四方結構，2370—2706℃為立方結構。這三種結構的氧化鋯，比重分別為5.68、6.10和6.27?？梢姕囟仍礁?，比重越大。因此，在同樣重量下，溫度越低，體積越大.氧化鋯是一種高溫耐火材料，熔點高達2680oC，但發(fā)生相變時伴隨很大的體積收縮，這對高溫結構材料是致命的。加入CaO，則和ZrO2形成固溶體，無晶型轉變，體積效應減少，使ZrO2成為一種很好的高溫結構材料。第五頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料氧化釔固溶穩(wěn)定的氧化鋯是固體氧化物燃料電池的主要氧離子傳導膜H2S固體氧化物燃料電池結構簡圖第六頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料第七頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料二氧化鈦是世界上最白的東西，1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調制白油漆的最好顏料。納米二氧化鈦（TiO2）作為一種新型光催化劑、抗紫外線劑、光電效應劑等，以其神奇的功能，將在抗菌防霉、排氣凈化、脫臭、水處理、防污、耐候抗老化、汽車面漆領域顯示廣泛的應用前景。第八頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料氧化鈹BeO白色末狀，它的熔點為2803K，難溶，可用做耐高溫材料。第九頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料第十頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料

碳化硅的晶體結構與金剛石正四面體結構相近，是以共價鍵為主，結合而成的化合物，其硬度高（莫氏9.3級），性能穩(wěn)定，物理性能近似于金剛石，故又稱為金剛砂。碳化硅硬度是僅次于金剛石的材料，主要用于制作磨料及砂輪，部分作為生產碳化硅陶瓷的原料。第十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.1.2無機合成原料熱電偶保護套管它也是一種超硬物質，本身具有潤滑性，并且耐磨損；除氫氟酸外，抗腐蝕能力強，高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。第十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日正是由于氮化硅陶瓷具有如此優(yōu)異的特性，人們常常利用它來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構件。如果用耐高溫而且不易傳熱的氮化硅陶瓷來制造發(fā)動機部件的受熱面，不僅可以提高柴油機質量，節(jié)省燃料，而且能夠提高熱效率。我國及美國、日本等國家都已研制出了這種柴油機。第十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2材料制備方法簡介3.2.1固相反應廣義：凡是有固相參與的化學反應。例：固體的分解氧化固體與固體的化學反應固體與液體的化學反應狹義：常指固體與固體間發(fā)生化學反應生成新固體產物的過程，亦稱陶瓷法。1、固相反應定義：水泥熟料的煅燒陶瓷和耐火材料的高溫燒結金屬材料的粉末冶金人工晶體的固相生長固相縮聚自蔓延合成舉例：第十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日L1＋L2S1＋S2擴散快反應快均相中反應一般室溫下反應擴散慢反應慢界面上反應高溫下反應2、特點：

固體質點間作用力很大，擴散受到限制，而且反應組分局限在固體中，使反應只能在界面上進行，反應物濃度不很重要，均相動力學不適用。第十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日(1)固體間可以直接反應，g或L沒有或不起重要作用；(2)固相反應開始溫度常遠低于反應物的熔點或系統(tǒng)低共熔點溫度；此溫度與反應物內部開始呈現明顯擴散作用的溫度一致，稱為泰曼溫度或燒結開始溫度不同物質泰曼溫度與其熔點的關系：金屬0.3～0.4Tm泰曼溫度鹽類0.57Tm硅酸鹽類0.8～0.9Tm

當反應物之一有晶型轉變時，則轉變溫度通常是反應開始明顯的溫度3、泰曼對于固相反應的特點：第十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日4、固相反應的步驟ABABAB(1)反應物擴散到界面(2)在界面上進行反應(3)產物層增厚第十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日(2)按反應性質分加成反應置換反應熱分解反應還原反應

5、固相反應的分類(1)按物質狀態(tài)分

純固相反應有液相參加的反應有氣體參加的反應

*(3)按反應機理化學反應速率控制過程晶體長大控制過程擴散控制過程第十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日A高溫燒結法燒結固體粉末狀成型體在低于其熔點溫度下加熱，使物質自發(fā)地填充顆粒間隙而致密化的過程。–熱壓法；–液相燒結法；–反應燒結法6、固相反應技術第十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日B自蔓延高溫合成法(1)定義：利用反應物之間的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成材料的一種技術古代中國：黑色火藥（S+2KNO3+3C）1895年德國人：鋁熱法Fe2O3+2Al→Al2O3+2Fe+850kJ·mol-11967年前蘇聯馬爾察諾夫(Merzhanov)等提出SHS概念：Ti+2B→TiB2+280kJ·mol-1第二十頁，共八十八頁，2022年，8月28日按原料組成①元素粉末型：利用粉末間的生成熱Ti+2B→TiB2+280kJ·mol-1②鋁熱劑型：利用氧化—還原反應Fe2O3+2Al→Al2O3+2Fe+850kJ·mol-1③混合型：以上兩種類型的組合3TiO2+3B2O3+Al→3TiB2+5Al2O3按反應形態(tài)①固體—氣體反應3Si+2N2(gas)→Si3N4②固體—液體反應3Si+4N(liguid)→Si3N4③固體—固體反應3Si+4/3NaN3(solid)→Si3N4+4/3Na↑B自蔓延高溫合成法（2）ClassificationofSHS第二十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日（3）舉例自蔓延合成NiTi金屬間化合物的新工藝B自蔓延高溫合成法第二十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日鹽類熱分解成氧化物：CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)還原碳化：TiO2+C?Ti2O3+COTi2O3+C?2TiO+COTiO+2C?TiC+CO

C熱分解法第二十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.2化學氣相沉積法ChemicalVaporDeposition1

定義：通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應器內使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質在氣相或氣固界面上經化學反應形成固態(tài)沉積物的技術。從氣相中析出的固體的形態(tài)主要有下列幾種：在固體表面上生成薄膜、晶須和晶粒在氣體中生成粒子第二十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第二十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日2.特點①大于99.9%之高密度鍍層，有良好的真空密封性;②高純度;③高強，與晶體結構，大小，純度，密度，內應力有關④可在相當低的溫度下鍍上高熔點材料鍍層;⑤良好的拋鍍力;⑥可控制晶粒大小與微結構;⑦可制作微粒子鍍層;⑧良好的附著性AdvantageofCVD3.2.2化學氣相沉積法ChemicalVaporDeposition第二十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日①反應需要揮發(fā)性化合物，不適用于一般可電鍍的金屬，因其缺少適合的反應物，如：錫、鋅、金.②需可形成穩(wěn)定固體化合物的化學反應，如：硼化物、氮化物及硅化物等.③因有劇毒物質的釋放，腐蝕性的廢氣及沉積反應需適當控制，需要封閉系統(tǒng).④需要高能量，可能造成基材變形⑤某些反應物價格昂貴⑥反應物的使用率低，反應常受到沉積反應平衡常數的限制DisadvantageofCVD2.特點3.2.2化學氣相沉積法ChemicalVaporDeposition第二十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日d)羰基金屬化合物以及氨配合物3.2.2化學氣相沉積法ChemicalVaporDeposition3.分類第二十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.2化學氣相沉積法3.分類第二十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.2化學氣相沉積法3.分類第三十頁，共八十八頁，2022年，8月28日4.工藝參數反應混合物沉積溫度

襯底材料

系統(tǒng)內總壓和氣體總流速

反應系統(tǒng)裝置的因素

源材料的純度

第三十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日5.化學氣相沉積法制備納米粒子的特點：利用揮發(fā)性的金屬化合物為原料容易精制，而且生成物不需要粉碎、純化，得到的超細粉純度高；生成的微粒子的分散性好；控制反應條件以獲得粒徑分布狹窄的納米粒子；有利于合成高熔點的無機化合物超微粉末；除制備氧化物粉體外，只要改變介質氣體，還可以適用于直接合成有困難的金屬，氮化物，碳化物和硼化物等非氧化物。第三十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.3.液相沉淀法在原料溶液中添加適當的沉淀劑，原料中的陽離子形成沉淀物。（1）共沉淀法

在含有多種可溶性陽離子的鹽溶液中，經沉淀反應后得到各種成分均一的混合沉淀物第三十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）均勻沉淀法沉淀劑由化學反應緩慢地生成,避免沉淀劑濃度不均勻.可獲得粒子均勻、夾帶少、純度高的超細粒子。3.2.3.液相沉淀法第三十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日（3）水解法利用金屬鹽溶液在較高溫度下發(fā)生水解反應生成氫氧化物或水合氧化物沉淀，再熱分解成氧化物粉末。3.2.3.液相沉淀法第三十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.4溶膠－凝膠法

溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之間。(納米級的固體顆粒，液體介質）凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質形成連續(xù)的網狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1％～3％之間。（溶膠失去部分介質液體）溶膠無固定形狀固相粒子自由運動凝膠固定形狀固相粒子按一定網架結構固定不能自由移動*特殊的網架結構賦予凝膠很高的比表面積*第三十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶膠－凝膠法：就是用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經過干燥、燒結固化制備出分子乃至納米亞結構的材料。溶解前驅體溶液溶膠凝膠凝膠水解縮聚老化第三十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶膠－凝膠合成方法的適用范圍第三十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日塊體材料多孔材料纖維材料復合材料粉體材料薄膜及涂層材料溶膠凝膠第三十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶膠－凝膠合成法制備的塊體材料是指具有三維結構，且每一維尺度均大于1mm的各種形狀且無裂紋的產物。

1.塊體材料根據所需獲得材料的性能需求，將前驅體進行水解、溶膠、凝膠、老化和干燥，最終通過熱處理工藝獲得材料

。

該方法制備塊體材料具有純度高、材料成分易控制、成分多元化、均勻性好、材料形狀多樣化、且可在較低的溫度下進行合成并致密化等優(yōu)點。

可以用于制備各種光學透鏡、功能陶瓷塊、梯度折射率玻璃等

。

成本較高，生產周期長，故不適宜材料大規(guī)模的生產

。

第四十頁，共八十八頁，2022年，8月28日膠質晶態(tài)模板結構性多孔復制品氣凝膠塊體氣凝膠隔熱2.多孔材料多孔材料是由形成材料本身基本構架的連續(xù)固相和形成孔隙的流體所組成。

將金屬醇鹽溶解于低級醇中，水解得到相應金屬氧化物溶膠；調節(jié)pH值，納米尺度的金屬氧化物微粒發(fā)生聚集，形成無定形網絡結構的凝膠。將凝膠老化、干燥并作熱處理，有機物分解后，得到多孔金屬氧化物材料（一般為陶瓷）

溶膠－凝膠＋模板工藝多孔材料第四十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶膠－凝膠制備的Al2O3-YAG纖維

3.纖維材料前驅體經反應形成類線性無機聚合物或絡合物，當粘度達10~100Pa·s時，通過挑絲或漏絲法可制成凝膠纖維，熱處理后可轉變成相應玻璃或陶瓷纖維克服了傳統(tǒng)直接熔融紡絲法因特種陶瓷難熔融而無法制成纖的困難，工藝可以在低溫下進行，纖維陶瓷均勻性好、純度高

初始原料混合攪拌前驅體溶膠濃縮粘性溶膠紡絲凝膠纖維干燥熱處理陶瓷纖維第四十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日4.復合材料復合材料不同組分之間的復合材料

組成和結構不同的納米復合材料組成和結構均不同的組分所制備的納米復合材料

凝膠與其中沉積相組成的復合材料

干凝膠與金屬相之間的復合材料有機－無機雜化復合材料解決了材料的制備時在退火處理過程中，有機材料易分解的問題

第四十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日材料可摻雜范圍寬，化學計量準，易于改性溶膠凝膠制備陶瓷粉體具有制備工藝簡單、無需昂貴的設備大大增加多元組分體系化學均勻性反應過程易控制，可以調控凝膠的微觀結構產物純度高等5.粉體材料采用溶膠－凝膠合成法，將所需成分的前驅物配制成混合溶液，經凝膠化、熱處理后，一般都能獲得性能指標較好的粉末。凝膠中含有大量液相或氣孔，在熱處理過程中不易使粉末顆粒產生嚴重團聚同時此法易在制備過程中控制粉末顆粒度。

鈦酸四丁脂體系納米TiO2粉末

第四十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日6.薄膜及涂層材料工藝流程：將溶液或溶膠通過浸漬法或旋轉涂膜法在基板上形成液膜，經凝膠化后通過熱處理可轉變成無定形態(tài)（或多晶態(tài)）膜或涂層

成膜機理：采用適當方法使經過處理的陶瓷基底和溶膠相接觸，在基底毛細孔產生的附加壓力下，溶膠傾向于進入基底孔隙，當其中介質水被吸入孔道內同時膠體粒子的流動受阻在表面截留，增濃，縮合，聚結而成為一層凝膠膜。對浸漬法來說，凝膠膜的厚度與浸漬時間的平方根成正比，膜的沉積速度隨溶膠濃度增加而增加，隨基底孔徑增加而減小

優(yōu)點：膜層與基體的適當結合可獲得基體材料原來沒有的電學、光學、化學和力學等方面的特殊性能

第四十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日比較項PVDCVD溶膠－凝膠物質源生成膜物質的蒸汽含有膜元素的化合物蒸汽、反應氣體含膜元素的無機鹽、醇鹽或羧酸鹽等激活方式消耗蒸發(fā)熱、電離等提供激活能、高溫、化學自由能加熱處理制備溫度250~2000℃（蒸發(fā)源）25~適合溫度(基片)150~2000℃（基片）300~800℃（基片）膜結構單晶、多晶、非晶單晶、多晶、非晶膜致密性致密致密較致密膜附著性較好好好化學組成相組成均勻性一般較高高成本高高低溶膠凝膠法上涂層的PZT薄膜的微觀照片第四十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶膠-凝膠法的特點第四十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶膠-凝膠法實例第四十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.5.高溫熔融法是指將礦物原料投入到各種高溫熔爐內，使其在高溫下發(fā)生各種化學反應并熔融。例如玻璃的熔制、高爐的煉鐵、轉爐的煉鋼等。（1）玻璃熔制玻璃瓶建筑夾層玻璃玻璃工藝燭臺 第四十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）玻璃熔制3.2.5.高溫熔融法第五十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第五十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第五十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第五十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態(tài)——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質CO、H2、C；適宜溫度等）通過物化反應獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。3.2.5.高溫熔融法高爐煉鐵過程簡介第六十頁，共八十八頁，2022年，8月28日鐵在自然界中蘊藏量極為豐富，占地殼元素含量的5％，居地球物質中的第四位。鐵元素很活潑，容易與其它物質結合。習慣上常說的鋼鐵是對鋼和鐵的總稱。鋼和鐵是有區(qū)別的，所謂鋼鐵，主要由兩個元素構成，即鐵和碳，一般碳和元素鐵形成化合物，叫鐵碳合金。含碳量多少對鋼鐵的性質影響極大，含碳量增加到一定程度后就會引起質的變化。由鐵原子構成的物質叫純鐵，純鐵雜質很少。含碳量多少是區(qū)別鋼鐵的主要標準。生鐵含碳量大于2.0％；鋼含碳量小于2.0％。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。鋼不僅有良好塑性，而且鋼制品具有強度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物化應用性能，因此被廣泛利用。第六十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程

高爐生產是連續(xù)進行的。生產時，從爐頂不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓，用導出的部分煤氣發(fā)電。3.2.5.高溫熔融法高爐煉鐵的冶煉原理第六十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日

高爐內的還原氣體產生于風口前的燃料燃燒，這一過程產生了兩大運動流：一個是上升的熱煤氣流，一個是下降的爐料流（鐵礦石、焦炭、熔劑等）。高爐內的一切反應均發(fā)生于煤氣和爐料的相向運動和相互作用之中。它包括爐料的加熱、蒸發(fā)、揮發(fā)和分解；鐵及其它元素的還原；爐料中非鐵氧化物的熔化、造渣和生鐵的脫硫；鐵的滲碳及生鐵的形成；爐料和煤氣之間的熱交換等等，是一系列物理化學反應過程的總和。第六十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第六十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料和熔劑三部分組成。（一）鐵礦石

高爐冶煉用的鐵礦石要求成分穩(wěn)定、含鐵品位高、脈石（礦石中有用部分與沒有工業(yè)價值的巖石或其它礦物伴生在一起，這些沒有用的部分叫脈石）少、有害雜質少、礦石粒度均勻、強度好、還原性好。鐵礦石含鐵量的多少（即品位高低），直接影響到煉鐵生產的各項指標。一般含鐵量在30％以上的鐵礦石才有開采價值。當前作為煉鐵原料的鐵礦石主要有：3.2.5.高溫熔融法高爐冶煉用的原料第六十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日（1）磁鐵礦。主要成分Fe3O4，純礦石最高含鐵量為72.4％。（2）赤鐵礦。主要成分Fe2O3，純礦石最高含鐵量為70.0％。（3）褐鐵礦。主要成分FeO(OH)，純礦石含鐵量在48％～63％之間。（4）菱鐵礦。主要成分FeCO3，經過焙燒，二氧化碳從礦石中分解出來。（5）釩鈦磁鐵礦。除含鐵外，還有金屬釩和輕金屬鈦，理論上釩鈦磁鐵礦的含鐵量為36.8％，含鈦31.6％，其余是釩和氧。我國西南地區(qū)重要鋼鐵基地攀枝花鋼鐵公司所用的礦石就是釩鈦磁鐵礦。第六十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日

高爐用燃料包括焦炭和噴吹燃料兩大類。焦炭在煉鐵過程中有三種作用：一是燃燒供給熱量（熱源）；二是作為料柱骨架（氣窗）；三是作還原劑。因此，焦炭中的含碳量越高越好。除了強度好和骨架作用外，高爐對噴吹燃料的要求及其作用與焦炭相同。

高爐煉鐵主要用焦炭作燃料。焦炭含碳量較高，氣孔率高，最大的特點是機械強度（以轉鼓指數表示）高，能滿足大型高爐的要求。因此，目前在高爐煉鐵中一般都采用焦炭作主要燃料。20世紀60年代開始盛行噴吹技術（噴煤、油、天然氣等），目的在于部分取代寶貴的焦炭資源，但只能取代焦炭的還原劑和熱源兩個作用，而料柱骨架作用取代不了。焦炭是高爐煉鐵必不可少的燃料。（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法（二）燃料第六十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日在鐵礦石中，除鐵以外，還有脈石及硫等有害雜質，在焦炭及煤粉中含有灰分，所以煉鐵時要加入熔劑，與脈石和焦炭及煤粉中的灰分及其它雜質化合，形成爐渣，以達到降低脈石熔點并使雜質、灰分與鐵水分離的目的。

高爐冶煉采用的熔劑主要有石灰石、白云石、蛇紋石等。對熔劑的要求是：堿性氧化物（主要是氧化鈣）的含量要高，而酸性氧化物（主要是二氧化硅和三氧化二鋁）的含量盡可能低，有害雜質硫、磷含量也要低，強度高，塊度適宜。（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法（三）熔劑第六十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日（2）金屬的冶煉過程轉爐煉鋼3.2.5.高溫熔融法第六十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日氧化：轉爐煉鋼是在轉爐里進行。開始時，向內注入1300攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入氧氣。這時液態(tài)生鐵表面劇烈的反應，使鐵、硅、錳氧化(FeO,SiO2,MnO,)生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應遍及整個爐內。幾分鐘后，當鋼液中只剩下少量的硅與錳時，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰，爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現巨大的火焰。最后，磷也發(fā)生氧化并進一步生成磷酸亞鐵、硫酸亞鐵。隨著溫度升高，石灰逐漸溶解，爐渣轉變?yōu)楣杷徕}渣或磷酸鈣渣。1952年氧氣頂吹轉爐問世，逐漸取代空氣吹煉的轉爐和平爐，現在已經成為世界上主要煉鋼方法。原理：靠吹入熔池的空氣或氧氣與生鐵水中各種元素的放熱氧化反應完成脫碳和脫除雜質的任務，并將鋼液加熱到出鋼（1600℃或更高）溫度。（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第七十頁，共八十八頁，2022年，8月28日脫氧：

轉爐吹煉終了時，鋼液中存在著少量過剩的溶解氧，一般為0.01～0.08％。其含量主要取決于終點鋼水的碳含量(圖1)。但在固體鋼中氧的溶解度很低,僅為0.002～0.003％,因此在澆鑄后的鋼水凝固過程中，氧便以FeO形式析出,影響鋼的質量。（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第七十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日要煉成合格的鋼,就必須脫氧。脫氧是將與氧親和力較大的元素及其合金作為脫氧劑加入鋼液中，利用脫氧產物不溶于鋼液而析出上浮脫離鋼液的原理,使鋼中的含氧量降到規(guī)定限度之下。各元素在1600℃時的脫氧能力比較見圖2。在生產中常用的脫氧元素錳、硅、鋁,它們的脫氧能力依次遞增。為提高脫氧效率,使脫氧產物易于形成大顆粒排出，脫氧劑的加入一般應采用由弱到強的順序，即先加錳鐵，再加硅鐵，最后加鋁（或鋁鐵）。（2）金屬的冶煉過程3.2.5.高溫熔融法第七十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日3.2.6水熱與溶劑熱法水熱與溶劑熱合成方法的概念第七十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日水熱法(HydrothermalSynthesis)，是指在特制的密閉反應器（高壓釜）中，采用水溶液作為反應體系，通過對反應體系加熱、加壓(或自生蒸氣壓），創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反應環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質溶解，并且重結晶而進行無機合成與材料處理的一種有效方法。第七十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日溶劑熱法（SolvothermalSynthesis），將水熱法中的水換成有機溶劑或非水溶媒（例如：有機胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用類似于水熱法的原理，以制備在水溶液中無法長成，易氧化、易水解或對水敏感的材料，如III-V族半導體化合物、氮化物、硫族化合物、新型磷（砷）酸鹽分子篩三維骨架結構等。

第七十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日水熱生長體系中的晶粒形成可分為三種類型：“均勻溶液飽和析出”機制“溶解-結晶”機制“原位結晶”機制第七十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日“均勻溶液飽和析出”機制由于水熱反應溫度和體系壓力的升高，溶質在溶液中溶解度降低并達到飽和，以某種化合物結晶態(tài)形式從溶液中析出。當采用金屬鹽溶液為前驅物，隨著水熱反應溫度和體系壓力的增大，溶質（金屬陽離子的水合物）通過水解和縮聚反應，生成相應的配位聚集體（可以是單聚體，也可以是多聚體）當其濃度達到過飽和時就開始析出晶核，最終長大成晶粒。第七十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日“溶解-結晶”機制所謂“溶解”是指水熱反應初期，前驅物微粒之間的團聚和聯接遭到破壞，從而使微粒自身在水熱介質中溶解，以離子或離子團的形式進入溶液，進而成核、結晶而形成晶粒；第七十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日“結晶”是指當水熱介質中溶質的濃度高于晶粒的成核所需要