第四章-材料制备化学

无机合成原料固相反应技术化学气相沉积法液相沉淀法溶胶凝胶法高温熔融法,材料化学导论第四章-材料化学制备,无机合成原料,是刚玉的一种，主要成分是氧化铝(Al2O3)，红色来自铬(Cr)。自然没有铬的宝石是蓝色的蓝宝石。,红宝石,无机合成原料,无机合成原料,二氧化钛是世界上最白的东西，1克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。,纳米二氧化钛（TiO2）作为一种新型光催化剂、抗紫外线剂、光电效应剂等，以其神奇的功能，将在抗菌防霉、排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、汽车面漆领域显示广泛的应用前景。,氧化铍BeO白色末状，它的熔点为2803K，难溶，可用做耐高温材料。,碳化硅的晶体结构与金刚石正四面体结构相近，是以共价键为主，结合而成的化合物，其硬度高（莫氏9.3级），性能稳定，物理性能近似于金刚石，故又称为金刚砂。碳化硅硬度是仅次于金刚石的材料，主要用于制作磨料及砂轮，部分作为生产碳化硅陶瓷的原料。,热电偶保护套管,它也是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；除氢氟酸外，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。,材料制备方法简介一.固相反应技术,广义：凡是有固相参与的化学反应。例：固体的分解氧化固体与固体的化学反应固体与液体的化学反应狭义：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体产物的过程，亦称陶瓷法。,1、固相反应定义：,水泥熟料的煅烧陶瓷和耐火材料的高温烧结金属材料的粉末冶金人工晶体的固相生长固相缩聚自蔓延合成,举例：,扩散快反应快均相中反应一般室温下反应,扩散慢反应慢界面上反应高温下反应,2、特点：固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使反应只能在界面上进行，反应物浓度不很重要，均相动力学不适用。,3.固相反应的步骤,(1)反应物扩散到界面,(2)在界面上进行反应,(3)产物层增厚,(2)按反应性质分,4、固相反应的分类,(1)按物质状态分,*(3)按反应机理,A高温烧结法,烧结固体粉末状成型体在低于其熔点温度下加热，使物质自发地填充颗粒间隙而致密化的过程。热压法；液相烧结法；反应烧结法,5、固相反应技术,B自蔓延高温合成法,(1)定义：利用反应物之间的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术,古代中国：黑色火药（S+2KNO3+3C）1895年德国人：铝热法Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe+850kJmol-11967年前苏联马尔察诺夫(Merzhanov)等提出SHS概念：Ti+2BTiB2+280kJmol-1,按原料组成元素粉末型：利用粉末间的生成热Ti+2BTiB2+280kJmol-1铝热剂型：利用氧化还原反应Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe+850kJmol-1混合型：以上两种类型的组合3TiO2+3B2O3+Al3TiB2+5Al2O3,按反应形态固体气体反应3Si+2N2(gas)Si3N4固体液体反应3Si+4N(liguid)Si3N4固体固体反应3Si+4/3NaN3(solid)Si3N4+4/3Na,B自蔓延高温合成法,（2）ClassificationofSHS,盐类热分解成氧化物：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)还原碳化：TiO2+CTi2O3+COTi2O3+C2TiO+COTiO+2CTiC+CO,C热分解法,二.化学气相沉积法ChemicalVaporDeposition,1定义：利用含有所需沉积物质元素的气态反应物，在固体衬底表面进行化学反应，而生成的固体产物沉积在衬底上的一种制备方法。,2.特点,大于99.9%之高密度镀层，有良好的真空密封性;高纯度;高强，与晶体结构，大小，纯度，密度，内应力有关可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层;良好的抛镀力;可控制晶粒大小与微结构;可制作微粒子镀层;良好的附着性,AdvantageofCVD,反应需要挥发性化合物，不适用于一般可电镀的金属，因其缺少适合的反应物，如：锡、锌、金.需可形成稳定固体化合物的化学反应，如：硼化物、氮化物及硅化物等.因有剧毒物质的释放，腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制，需要封闭系统.需要高能量，可能造成基材变形(可通过PACVD法改善)某些反应物价格昂贵反应物的使用率低，反应常受到沉积反应平衡常数的限制,DisadvantageofCVD,2.特点,3.分类,三.液相沉淀法,在原料溶液中添加适当的沉淀剂，原料中的阳离子形成沉淀物。,（1）共沉淀法在含有多种可溶性阳离子的盐溶液中，经沉淀反应后得到各种成分均一的混合沉淀物,（2）均匀沉淀法,沉淀剂由化学反应缓慢地生成避免沉淀剂浓度不均匀可获得粒子均匀、夹带少、纯度高的超细粒子。,液相沉淀法,（3）水解法利用金属盐溶液在较高温度下发生水解反应生成氢氧化物或水合氧化物沉淀，再热分解成氧化物粉末。,液相沉淀法,四.溶胶凝胶法,溶胶凝胶法,溶胶凝胶法,五.高温熔融法,是指将矿物原料投入到各种高温熔炉内，使其在高温下发生各种化学反应并熔融。例如玻璃的熔制