《无机材料原》PPT课件

第二章无机非金属材料原料及其合成制备,无机非金属材料使用的原料，根据其来源可分为天然矿物原料与人工合成原料。天然矿物原料：组成由矿物生成的天然条件决定。人工合成原料：通过各种物理与化学方法制备的陶瓷原料。,各种化学试剂，例如：NaCl，TiO2,天然矿物原料,氧、硅、铝占三种元素占地壳中元素总量的80%多,硅酸盐和铝硅酸盐,地壳中普通元素的蕴藏量,长石K2OAl2O36SiO2云母K2O2Al2O36SiO22H2O高岭土Al2O32SiO22H2O,化学特征参数：包括粉料化学计量和杂质含量晶体学特征参数：粉料中存在的非反应相与第二项的情况形态学特征参数：原料颗粒团聚程度、颗粒尺寸和分布、颗粒形态以及粉料比表面积堆积特征参数：原料的堆积性、流动性、以及热效应的表征,2.1无机粉体的基本参数与表述,2.1.1无机粉体的基本参数,原料化学组成将直接影响材料的性能，杂质对陶瓷材料工艺制备过程中有利有弊。例如，某些杂质在烧结过程中可以与原料中的主成分或其他杂质生成新的晶体相或玻璃相这类杂质在磁坯形成过程中起到了矿化剂或熔剂的作用，对材料制备工艺有利。,n型半导体,p型半导体,本征半导体,形态学特征与堆积特性对材料的影响,粉料颗粒的团聚程度、颗粒尺寸和分布、颗粒形状、比表面积以及原料堆积特性主要通过影响陶瓷材料的各种不同成形性和烧结特性而影像材料的显微组织。细小尺寸的原料颗粒具有较大的表面自由能，有利于提高陶瓷材料的烧结推动力提高陶瓷材料的强度。粉料的形态学和堆积学特性，有利于改善材料工艺制造过程的难度，提高效率和降低成本。,粒径（粒度）：用来表示粉体颗粒尺寸大小的几何参数表示方法：单个颗粒的单一粒径：,（1）粒径,2.1.2无机粉体的基本参数的表述,单颗粒平均直径：大多数情况中的非球形单颗粒，可由该颗粒不同方向上的不同尺寸按照一定的计算方法加以平均，得到单颗粒的平均直径等效粒径（当量直径）：以在同一物理现象中与之有相同效果的球形颗粒直径来表示，即等效粒径，或叫当量径。,附表1：单一粒径的计算公式,费雷特（Feret）径：与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离。马丁（Martin）径：指沿一定方向把颗粒投影面积二等分线的长度。最大定向径：沿一定方向测定颗粒的最大宽度所得的线度。投影圆当量径：与颗粒投影圆面积相等的圆的直径。,颗粒群的平均粒度,在实际中，所涉及的不是单个的颗粒，而是包含各种不同粒径的颗粒的集合，即粒子群。对于不同粒径颗粒组成的粒子群，为简化其粒度大小的描述，常采用平均粒度的概念。平均粒度是用数学统计方法来表征的一个综合概括的数值。,以个数为基准：相当于将ni个大小不同的颗粒排列起来，其长度为(nidi)，在此长度上排列ni个等直径的颗粒，则每个颗粒的等效果直径为：,以质量为基准的公式推导：,颗粒群中颗粒总长为：,质量基准直径为：,ni,di含义：颗粒粒径为di的颗粒的总个数为ni。mi,di的含义：颗粒粒径为di的颗粒，在整个颗粒群中占有的质量为mi。,若颗粒较粗（120mm)，平均粒径可由下式获得,m为颗粒群总质量n为颗粒数，一般n200为颗粒密度,上述单一粒径和平均粒径的计算是为着不同的实际单元操作过程或某粉体研究需要服务的，譬如一些平均粒径所适用的有关物理化学过程见下表,粉体颗粒的粒度分布,横坐标表示各粒级的起讫粒度；纵坐标表示该粒级的颗粒所占百分数/D。实际应用中，用哪种取法因具体粉体物系而异。,粒度间隔不相等的矩形图,粒度间隔相等的矩形图和频率分布曲线,看该图我们可以清晰的了解到：该产品粒径分布范围很小，从1.08到2.5微米之间，最粗的粒径不超过2.5微米，比表面积3.29m2/c.c.，适用于高档涂料填充等用途。,附图是超细高岭土的激光粒度分布图,频度分布曲线,其意义是：任何粒度间隔内颗粒的百分数等于曲线下方该间隔内的面积占曲线下方总面积的百分数。,频度分布曲线图Dm最多数（量）径；D1/2中位径；平均径,=,式中：n粒度间隔的数目；Di每一间隔内的平均粒径fdi颗粒在该粒度间隔的个数或质量分数,2.1.3粒度的测定方法,筛分法：最简单也是用得最早和应用最广泛的粒度测定方法沉降法：显微镜法（包括光学显微镜和电子显微镜）库尔特计数器激光粒度分析仪,粒度测试的方法很多，具统计有上百种。目前常用的有沉降法、激光法、筛分法、图像法、电阻法，显微图象法、刮板法、透气法、超声波法和动态光散射法等。,筛分设备,筛网采用电化学加工而成，用于微细颗粒精确筛分检测,75电成型试验筛,筛分法：使颗粒通过不同尺寸的筛孔来测试粒度的。分类：筛分法分干筛和湿筛两种形式操作方式：可以用单个筛子来控制单一粒径颗粒的通过率，也可以用多个筛子叠加起来同时测量多个粒径颗粒的通过率，并计算出百分数。筛分法分类：手工筛、振动筛、负压筛、全自动筛等多种方式,筛分法,负压筛,全自动筛,整个系统保持负压状态，筛网里的待测精粉末物料在旋转的喷气嘴喷出的气流作用下呈流状物，并随气流一起运动，其中粒径小于筛网孔径的细颗粒由气流带动通过筛网被抽走，而颗径大于筛网孔径的粗颗粒则留在筛网内，从而达到筛分的目的,国际标准筛(ISO)：单位：筛子尺寸（mm）Tyler(泰勒)标准单位：目目数为筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数,(a，d单位mm),得到比200目粗的筛孔尺寸,得到比200目细的筛孔尺寸,主模系列:,标准规则:以200目的筛孔尺寸0.074mm为基准，乘或除模（或），则得到,副模系列：,标准筛系列：324248606580100115150170200270325400其中最细的是400目，孔径是38m。,筛分的优缺点,优点统计量大,代表性强便宜重量分布,缺点下限38微米人为因素影响大重复性差非规则形状粒子误差速度慢,2.显微镜采用定向径方法测量,光学显微镜0.25250m电子显微镜0.0015m,显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数：粒度范围宽的粉末10000以上粒度范围窄的粉末1000左右,显微镜方法的优缺点,优点可直接观察粒子形状可直接观察粒子团聚光学显微镜便宜,缺点代表性差重复性差测量投影面积直径速度慢,原理图,3.光衍射法粒度测试,从He-Ne(氦气和氖气)激光器发出的激光束经扩束镜后会聚在针孔，针孔将滤掉所有的高阶散射光，只让空间低频的激光通过。然后，激光束成为发散的光束，该光束遇到傅立叶透镜后被聚焦。当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小（Mie散射理论），某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。,当样品池内没有颗粒时，光束将被聚焦在环形光电探测器的中心；当样品池内有颗粒样品时，会聚的光束会有一部分被颗粒散射到环形探测器的各探测单元以及大角探测器上，形成“靶芯”状的衍射光环，此光环的半径与颗粒的大小有关，衍射光环的强度与相关粒径颗粒的多少有关，通过环形光电接受器阵列就可以接受到这些光能信号，光能信号通过光电探测器转换成了相应的电流信号，送给数据采集卡，该卡将电信号放大，再进行A/D转换后送入计算机，计算机用Mie散射理论对这些信号进行处理，即得样品的粒度分布。,测量原理示意图,激光衍射0.05500mX光小角衍射0.0020.1m,测量方法,目前的激光法粒度仪基本上都同时应用了夫琅霍夫(Fraunhofer)衍射理论和米氏(Mie)衍射理论，前者适用于颗粒直径远大于入射波长的情况，即用于几个微米至几百微米的测量；后者用于几个微米以下的测量。,激光衍射,性能特点,测量的动态范围大，动态范围越大越方便，目前先进的激光粒度可以超过1：1000（动态范围是指仪器同时能测量的最小颗粒与最大颗粒之比）；测量速度快，从进样至输出测试报告，只需1min，是目前最快的仪器之一；重复性好，由于取样量多，对同一次取样进行超过100次的光电采样，故测量的重复精度很高，达1%以内；操作方便，不受环境温度影响（相对于沉降仪），不存在堵孔问题（相对库尔特计数器）分辨率较低，不宜测粒度分布过窄又需要定量测量其宽度的样品如磨料微粉。,4电阻法颗粒计数器,电阻法(库尔特)颗粒计数工作原理：采用小孔电阻原理，即库尔特法测量颗粒的大小。如图，小孔管浸泡在电解液中。小孔管内外各有一个电极，电流可以通过孔管壁上的小圆孔从阳极流到阴极。小孔管内部处于负压状态，因此管外的液体将流动到管内。测量时将颗粒分散到液体中，颗粒就跟着液体一起流动。当其经过小孔时，小孔的横截面积变小，两电极之间的电阻增大，电压升高，产生一个电压脉冲。当电源是恒流源时，可以证明在一定的范围内脉冲的峰值正比于颗粒体积。仪器只要准确测出每一个脉冲的峰值，即可得出各颗粒的大小，统计出粒度的分布。,库尔物颗粒计数器是基于小孔电阻原理，即电阻增量是正比于颗粒体积,性能特点,分辨率高，是现有各种粒度仪中最高的；测量速度快，一个样品只需15s左右；重复性好，一次测1万个左右颗粒，代表性好，测量重复性较高；操作简便，整个过程自动完成；动态范围较小，对同一小孔管约为20：1；易发生堵孔故障；测量下限不够小，愈小愈易堵孔，下限为1微米,5.沉降法粒度测试,测量原理,在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离(时间)后，就能将粉末按粒度差别分开。,重力沉降10300m离心沉降0.0110m,测量方法,自然重力状态下的dt的函数（Stokes）,离心力状态下的dt函数,颗粒在液体中的沉降状态示意图,优点测量重量分布代表性强经典理论,不同厂家仪器结果对比性好价格比激光衍射法便宜,缺点对于小粒子测试速度慢,重复性差非球型粒子误差大不适应于混合物料动态范围比激光衍射法窄,沉降法方法的优缺点,目前市售沉降粒度仪的特点,目前市场上的沉降仪都可在电脑控制下具有自动数据采集、数据处理、结果打印等功能；测试时间大多在十几分钟左右，重复性误差小于4%；沉降仪为目前粒度测试的主要手段之一。特别是在金属粉末、磨料、造纸涂料、河流泥沙以及科研教学领域中一直是主要粒度测试手段之一。,常见粒度分析方法,统计方法代表性强,动态范围宽分辨率低筛分方法38微米-沉降方法0.01-300微米光学方法0.001-3500微米,非统计方法分辨率高代表性差,动态范围窄重复性差显微镜方法光学1微米-电子0.001微米-电域敏感法0.5-1200微米,颗粒大小和形状表征,常见粒度分析方法,粒度测定方法的选定主要依据以下一些方面：1.颗粒物质的粒度范围；2.方法本身的精度；3.用于常规检验还是进行课题研究。用于常规检验应要求方法快速、可靠、设备经济、操作方便和对生产过程有一定的指导意义；4.取样问题。如样品数量、取样方法、样品分散的难易程度，样品是否有代表性等；5.要求测量粒度分布还是仅仅测量平均粒度；6.颗粒物质本身的性质以及颗粒物质的应用场合。,粒度测定方法的选定,2.2无机粉体的机械制备方法,陶瓷所用粉体一般用机械方法和化学方法制备。机械方法：以机械力使原料减小粒度的方法。原料粉碎的优点：改善原料成型性能，提高坯体密度，促进烧结过程中反应原料的均匀化，有利于降低烧成温度。,化学法：包括溶液反应法（沉淀法）、水解法、气相反应法及喷雾法等，其中，溶液反应法（沉淀法）、气相反应法及喷雾法目前在工业上已大规模用来制备微米、亚微米及纳米材料。,机械力化学：在物料的破碎过程中会发生机械运动能量与化学能量的相互转换，这种转换称为机械力化学。,目前，工业中用得最多的是通过粉碎法，应用最多的粉体是通过粉碎法、化学法产生的微米级和亚微米级粉体，纳米粉体的生产及使用量相对较少。,机械力化学的作用,形变缺陷解离,固体颗粒在机械力作用下,粉体表面活性增强结构物理化学性质化学反应,粉体表面活性增强的机理,（1）粒度减小，比表面积增大，粉体表面自由能增大，活性增强。（2）表面层发生晶格畸变，储存能量，从而使表面曾能量升高，活化能降低，活性增强。（3）晶体破碎至无定形化的过程中，内部储存能量增大，活性高。（4）破碎过程中粉体颗粒表面温度升高，提高颗粒表面活性。,粉碎法是超细粉体中最常用的方法之一，在金属、非金属、药材、食品、日化、农药、化工、电子、军工、航空及航天等行业广泛应用。常用的：辊压式、辊碾式、高速旋转式、球磨式、介质搅拌式、气流式粉碎机；新近开发的：液流式、射流粉碎机、超低温、超临界、超声粉碎机等。介绍：各种具体粉碎方式及设备的粉碎原理、功能、特性。,粉碎法制备无机材料超细粉体常用方法及设备分类,1、面积学说（Rittinger）：物料破碎时，外力做的功用于产生新表面积，即破碎的功耗，与新生表面积成正比，若比例系数为K，则。,2、体积学说（Kick）破碎的体积学说认为；破碎时，外力对物料做的功用于使物料发生变形，变形达到极限时物料即破碎。而物料蓄有的变形能与体积成正比，故认为破碎机的功耗与物体的体积变形成正比。,在实际的生产中，如何预测最终产品的粒径大小，一直是关心的问题。颗粒的破碎与能耗的三种学说在一定程度上能反映粉碎后的粒径的大小情况：,3、裂缝学说(Bond)榜德认为：破碎物料时，外力所做的功先是使物体变形，当变形超过限度后即生成裂缝，裂缝形成以后，储存在物体内的变形能促使裂缝扩展并生成断面。输入功的有用部分转化为新生表面上的表面能，其它部分成为热损失。因此，破碎所需的功，应考虑变形能和表面能两项，变形能和体积成正比，表面能与表面积成正比。,评述：面积学说只注意了新生表面积所需要能量，而忽视了物料破碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的。体积学说只考虑了破碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加。裂缝学说是介于面积学说与体积学说之间，但没有充足的理论根据。根据试验研究证实：(1)粗碎时新生表面积不多，以体积学说为准确，裂缝学说结果不可靠；（2）而细碎时（10微米以下），新生表面积增多，表面能是主要的，以面积学说较为准确；（3）在粗碎与细碎之间的广泛范围内，裂缝学说又比较适用。,根据粉碎处理后粉体的粒度大小可分为：（1）粗碎：直径小于或等于40-50（2）中碎：直径小于或等于0.5（3）细碎：直径小于或等于0.06（4）超细：0.02以下,一、颚式破碎机,电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动鄂前后上下摆动，当动鄂推动动鄂板向定鄂板运动时，物料被压碎或劈碎。当动鄂和动鄂板在偏心轴、弹簧的作用下后退时，先前已被压碎或劈碎的物料从鄂板的下部排料口排出。随着电动机连续转动而破碎机动鄂作周期性地压碎和排泄物料，实现批量生产。,颚式破碎机是陶瓷工业化生产经常用的粗碎设备，主要用于块状料的前级处理。优点：结构简单，操作简单，产量高。缺点：粉碎比小(T1FeCl3,H2O向T1移动T1处发生逆反应，析出固体HCl气体向T2扩散继续反应。气体之所以能够扩散的原因在于温度的梯度，温度梯度造成反应平衡常数的区别，产生气体分压差。,二化学传输过程1化学传输反应的基本过程（1）原始物质与气体的反应（2）气体扩散（3）逆反应的固体生成,2化学传输反应的控制因素根据条件不同，控制因素不同A总压力小：气体扩散速度快，（1）（3）慢，假如管中气体总压力小于10-2atm时，气体扩散速度快，原始物质与气体的反应和逆反应固体的生成化学反应速度慢，这时化学反应速度成为传输反应速度的支配因素；B总压力高：如果管中气体总压力大于10-2atm时，气体扩散速度比化学反应速度慢，这时气体扩散速度成为传输反应速度的支配因素。,三化学传输反应的物理化学1化学传输物理化学的基本点（1）化学平衡（2）化学反应理论上：固体和气体反应快，常处于平衡（3）气体扩散T1,T2P进行扩散,2扩散传输速度在反应式A(s)+bB(g)=cC(g)中，由T1区域向T2区域传输的物质A的摩尔数nA为nA=nB/b=nC/cnB、nC为气体B、C移动的摩尔数。在和T2区域气体C的分压差为pC=pC(T2)pC(T1)根据扩散方程，相应C气体的传输量为nC=(Dqt/sRT)pC(mol)D是扩散系数，q为扩散截面积（石英管截面），s为扩散距离，t为反应时间，R为气体常数。,将结果代入，得到A物质的传输量为nA=(Dqt/csRT)pC(mol)其中扩散系数D可以用标准状态(273K，1atm)下的扩散系数D0计算得到D=(D0/p)(T/273)1.8则A物质的传输量为nA=(pC/cp)(D0T0.8qt/2731.8sR)(mol)A物质的传输量与pC/p、q成正比，反比于s。,3化学平衡和分压为了评价pC/p，从化学平衡加以考虑A(s)+bB(g)=ABb(g)(3-9)平衡常数K可以表示为相应气相的分压比K=pABb/(pB)b(3-10)K与自由能G0有以下关系G0=-RTlnK(3-11)而G0=H0TS0(3-12)可以得到lnK=S0/RH0/RT(3-13)如果能够知道化学反应的H0和S0，就可以算出T1和T2所对应的K值，并可计算得到相应的pABb，pABb(T1)pABb(T2)=pABb(3-14)并求出扩散传输速度。,当H0=0时，K不随温度发生变化，这时pABb=0，表明不会发生化学传输反应。当H00时，H0的正负决定了化学传输反应进行的方向。即当H00时，对应放热反应，K值在高温一侧变小，物质由低温向高温区域输送；Zr+2I2=ZrI4SiO2+4HF=SiF+2H2ONbO+3/2I2=NbOI3W+2H2O+6I=WO2I2+4HI当H00时，对应吸热反应，高温一侧K值变大，物质由高温区域向低温区域输送。Ni+2HCl=NiCl2+H2CrCl3+1/2Cl2=CrCl4CdS+I2=CdI2+1/2S2IrO2+1/2O2=IrO2NiFe2O4+8HCl=NiCl2+2FeCl3+4H2O,4最优传输反应条件以反应式A(s)+B2(g)=AB2(g)讨论最佳传输反应条件。下表为总压力(pB2+pAB2=1atm)对应K值和pAB2值，可以看出，K在1附近的变化可使pAB2为最大，这时传输速度最大。由pAB2与G0的关系也可以得出同样的结论，即在G0=0附近，pAB2值最大，对应最高的传输速率；而当G0的绝对值大时，则对应pAB2值小，传输反应困难。,根据以上讨论，可以看出，最佳传输反应条件与反应温度、温度差、总压力、传输剂种类有关，特别是传输剂能使H0或S0值变大，因此选择传输剂具有更加重要的作用。,碘钨灯(或溴钨灯)管工作时不断发生的化学输运过程就是由低温向高温方向进行的。为了使碘钨灯(或溴钨灯)灯光的光色接近于日光的光色就必须提高钨丝的工作温度。,提高钨丝的工作温度(2000一3000OC)就大大加快了钨丝的挥发，挥发出来的钨冷凝在相对低温(1400)的石英管内壁上，使灯管发黑，也相应地缩短钨丝和灯的寿命。如在灯管中封存着少量碘(或溴)，灯管工作时气态的碘(或溴)就会与挥发到石英灯管内壁的钨反应生成四碘化钨(或四溴化钨)。,四碘化钨(或四溴化钨)此时是气体，就会在灯管内输运或迁移，遇到高温的钨丝就热分解把钨沉积在因为挥发而变细的部分，使钨丝恢复原来的粗细。四碘化钨在钨丝上热分解沉淀钨的同时也释放出碘，使碘又可以不断地循环工作。由于非常巧妙地利用了化学输运反应沉积原理，碘钨灯(或溴钨灯)的钨丝温度得以显著提高，而且寿命也大幅度地延长。,卤钨灯的主要部件是玻壳、灯丝和充填卤化物。根据卤钨循环原理,卤钨灯灯壳的温度在200800时才能形成充分的卤钨再生循环。为此，玻壳须选用耐高温的石英玻璃、高硅氧玻璃或低碱硬质玻璃，石英玻壳表面负载取2040(W/cm2);灯的体积须缩小到同功率白炽灯的0.53。也有几种规格的卤钨灯使用硬质玻璃代替石英玻璃，其色温比石英玻璃的低100K。具有体积小、发光效率高、色温稳定、几乎无光衰、寿命长等优点照明卤钨灯，汽车卤钨灯,1.化学传输反应的装置与技术（1）闭管扩散法基本原理如前所述。适用于可逆反应的化学传输。,ZnSe单晶制备硒化锌对红外波长具有低吸收性，并可透射可见光，是制作透镜、窗口、输出耦合镜和扩束镜的首选材料。在大功率应用中，必须严格控制材料的吸附力和内部结构的缺陷，,反应用石英管（25100mm）的一端为锥形，与一实心棒相连接，另一端放置高纯ZnSe原料，装有碘的安瓿放在液氮中冷却。首先在200左右烘烤石英管，并同时将其抽真空至10-5后以氢氧焰熔封反应用石英管，除去液氮冷阱，待碘升华进入反应管后，再将石英管熔断。,利用石英棒调节，将反应管置于梯度加热炉的适当位置，使放置ZnSe原料的一端处于高温区（850860），锥端（生长端）位于较低温度区（T=13.5），生长端温度梯度约2.5/cm，精确控制温度（0.5），进行ZnSe单晶生长。适用范围：闭管技术可以在大大低于物质熔点或升华温度下进行晶体生长，适用于高熔点物质或高温分解物质的单晶制备。,闭管法的优点：（1）可以降低来自空气或气氛的偶然污染；（2）不必连续抽气也可以保持真空，对于必须在真空下进行的反应十分方便；（3）可以将高蒸气压物质限制在管内充分反应而不外逸，原料转化率高。闭管法的缺点：（1）材料生长速率慢，不适宜于大批量生产；（2）反应管只能使用一次，成本高；（3）管内压力无法测量，一旦温度失灵，内部压力过大，有爆炸的危险。,（2）开管气流法：将固体A放在反应管的一端，流入气体B，A和B反应生成的气体C与B一起移动，在不同温度的部位发生逆反应而析出固体A适用于固体与气体反应快、大规模生产的要求。,砷化镓气相外延装置及传输反应过程氮化物歧化法气相外延生长是采用Ga/AsCl3H2体系，其生长装置如图所示。,高纯H2，首先流过AsCl3挥发器(鼓泡器)，把AsCl3蒸气带入反应室内。大约在300-500C的低温范围内就发生还原反应,砷化钾的气相外延生长装置是典型的开管气流系统，它主要包括双温区电阻炉、石英反应管、载气净化及AsCl3载带导入系统三大部分组成。当携带有AsCl3的载气（氢气）从高温区进入时，有AsCl3与氢气反应生成HCl和As42AsCl3+3H21/2As4+6HCl（850）(3-15)As4被850下的熔镓所吸收，直至饱和并形成GaAs层。,继续供应AsCl3，则AsCl3与氢反应形成的氯化氢与熔镓表面的GaAs层反应GaAs(层)+HClGaCl+1/4As4+1/2H2生成的As4又不断熔入镓内，以保持熔镓表面总留有GaAs的壳层。反应生成的GaCl和部分As4被氢气携带到下游低温区（750左右，插有GaAs衬底），由于逆向反应（或歧化反应）GaAs载衬底上沉积出来6GaCl+As44GaAs+2GaCl3,特点(1)连续供气与排气，物料输送靠外加不参与反应的中性气体来实现，(2)由于至少有一种反应产物可以连续从反应区排出，使反应总是处于非平衡状态有利于形成沉积物；(3)有利于废气排出。(4)试样容易放进与取出，(5)同一装置可使用多次，(6)工艺容易控制，结果重现性好。,2化学传输反应在材料科学中的应用（1）用于氧化物、硫化物多成分体系的较低温相图研究。氧化物和硫化物的多成分体系相图，一般由固-固反应所制成，但这种方法在低温反应慢，另外由于是粉末状态，相的证实也比较困难。采用化学传输反应时，即使在低温反应也很快，容易得到平衡相，两相以上的析出物质容易分离，也容易证实，此外得到的试样多为单晶，可用于各种物性的测试。因此化学传输反应被广泛用于低温相图的制作。,（2）特殊单晶的合成化学传输反应可以容易地合成大约数毫米的单晶。需要控制氧压的单晶Co3O4在高温可以分解出氧变为CoO，这种分解必须在高压氧气中进行。但通过化学传输反应则可以在较低的温度、低氧压下完成CoO的制备。Co3O4在化学传输状态时T1800的解离压为5.610-3atm，T21000时的解离压力为2.78atm,当Co3O4含量很低时，可以全部在T2端解离为CoO；,如果氧分压（pO2）大于5.610-3atm，在T1所平衡的氧化物为Co3O4，使用传输反应可以合成单晶Co3O4。,如果Co3O4含量很高时，则在高温端T2部分Co3O4分解，得到Co3O4与CoO两相共存；,CoOCo3O4T2=1000OCT1=800OC,PO2=2.75atm,CoOCo3O4T2=1000OCT1=800OC,PO22.75atm,如果氧分压为2.75atm，Co3O4的单晶被传输至T1。,（3）低温相的单晶合成采用化学传输反应可以合成低温单晶相。例如可在700750，合成稳定的3Ga2S32In2S3化合物单晶，以及Mn3O4、Mo4O11的低温相单晶。,（4）物质的分离与纯化物质的分离AA物质的传输反应为放热，B为吸热时，可以把A、B混合物放入石英管正中，A、B则被传输至不同的方向。例如Cu和Cu2O的混合物，Cu被传输到低温端，而Cu2O则被传输至高温端。B只有A被传输，例如Nb和NbC的混合物中，NbC不被传输而留在原来地方。C如果A、B被一起传输，但析出地点不同时，可以以单晶形式对两种物质进行分离。,物质的纯化传输方向不同的物质和不被传输的物质等杂质可以利用化学传输反应加以去除。例如以I2化学传输Zr后，可以去除Ni、Cr等杂质。,（5）无机微粉合成主要优点在于：原料的金属化合物需经气化，易于得到高纯度产物；生成的颗粒很少凝聚，分散性好，易于得到粒度小的超微颗粒；气氛容易控制，适用于其它方法难以合成的氮化物、碳化物，以及固溶体、合金、难熔金属等的制备。,气相法微粉的合成例子从氧化物到氮化物、碳化物、固溶体、合金等。使用气相反应合成微粉的反应过程分为在气相中的均匀成核和晶核生长两步。均匀成核比在基底上的不均匀成核在能量上困难的多，因此在气相反应合成微粉时为了得到生成均匀的晶核所必需的过饱和度必须保证大的热力学推动力。,3.3、气相法制备技术,气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质（固相或液相）变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法又大致可分为气体中蒸发法、化学气相反应法和溅射法。,（1）二氧化钛微粉的气相反应合成二氧化钛微粉在涂料、化妆品、日用品行业有非常大的需求。目前所采用的主要制备方法有硫酸法和氯化法，氯化法生产的氧化钛的白度、分散度、遮盖力都比硫酸法优越。作为一种新的光催化剂，以其神奇的功能，在日本备受垂青。超亲水性。二氧化钛在受到太阳光或荧光灯的紫外线的照射后，内部的电子就会发生激励。其结果，就产生了带负电的电子和带正电的空穴。电子使空气或水中的氧还原，生成双氧水，而空穴则向氧化表面水分子的方向起作用，产生氢氧（羟）基原子团。这些都是活性氧，有着强大的氧化分解能力，从而能够分解、清除附着在氧化钛表面的各种有机物。,氯化法是将金红石结构的TiO2在与碳共存的情况下首先进行氯化，再把生成的TiCl4进行氧化分解氯化法的主要操作：将粉碎后的金红石（为TiO2，常含Fe、Nb、Ta、Cr、Sn等。）或高钛渣与焦炭混合，在流化床氯化炉中与氯气反应生成四氯化钛，经净化，于1000左右通氧气使TiCl4转化为TiO2：,2TiO2+3C+4Cl22TiCl4+2CO+CO2TiCl4+O2TiO2+2Cl2氧化分解有两种方法：（1）将TiCl4和氧气分别预热送入反应器，称之为外热法；（2）使TiCl4和氧的混合气体与CO、碳氢化合物等燃料一起燃