水热法制备粉体PPT课件

1、水热法特殊纳米粉体的制备、组成员：吕阳阳雷少凡李剑云孙慧丽、2、目录、1、2、3、4、5、6、粉体的概念和制备方法、水热合成粉体的原理和特征、水热法制备粉体的反应分类、水热法的装置和特征、水热法的粉体制备过程， 水热法制备ZrO2纳米粉体，3、粉体：粉体是由大量粒子和粒子之间的空隙组成的集合体，粉体的构成应满足以下3条件宏观上是大量粒子的集合体粒子之间存在相互作用。 4、粉体的制备方法、粉体的合成制备经过多年的发展，制备合成方法多从理论上分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法， 物理方法分为物理方法和化学方法1 .物理方法真空冷凝法物理粉碎法机械球磨法2 .化学方法气相沉积法沉淀法水热合成法溶胶凝胶法微乳液法，5根据反应物的相，采用气相合成法、固相合成法和液相合成法1， 气相合成法电阻加热法电子束加热法化学火焰法等离子体法激光法2 .固相合成法热分解法复合氧化物固相反应烧结法还原化法自扩散高温合成法电气爆炸发生机械力化学法3 溶胶-凝胶法有机树脂法喷雾热分解法乳液合成法、6、1 .在水热法(热液法)密闭容器中，将水作为溶剂(也是固相成分之一)，在一定温度( 100)、压力(9.8MPa )下，在超临界流体的状态下研究、制造、加工、评价材料的方法。 1 .水热法合成粉体的原理和特征、7、水热法研究的温度范围：水的沸点和临界点(374)之间，通常在130250之间，相应的水蒸气压为0.34Mpa。 水热法原理：将常温常压下难以氧化合成的物质，在高温高压水溶液条件下加速氧化合成反应的进行。8、2 .水热法的特征：离子在水溶液状态下混合均匀性好的水，随着温度的上升和压力的增大而成为气体矿化剂，具有非常大的解聚能力和氧化能力，制成超微细理想结晶，在纯度高的粉末水热条件下离子容易发生化学计量反应，晶粒以结晶习性生长，成为完全理想的自形结晶。 9、在高温高压水热条件下，提供常温条件下无法得到的特殊物理化学环境，使前体在反应体系中充分溶解，达到一定的过饱和度，形成原子或分子生长基团，进行成核结晶生成粉体或纳米结晶。 水热法制备陶瓷粉体，实质上是前驱物溶解于水热介质中，成核生长，最终形成粒度和结晶形态的晶粒的过程。10、1 .均匀溶液饱和析出机构2 .溶解-结晶机构3 .原位结晶机构、水热法制造粉体的反应原理和特征、11、1 .“均匀溶液饱和析出”机构。 水热反应温度和体系压力的上升溶质在溶液中的溶解度降低，在达到饱和的化合物的结晶状态下从溶液中析出。 以金属盐溶液为前体，随着水热反应温度和系压的增大。 溶质(金属阳离子的水合物)通过水解和缩聚反应生成相应的配位聚集体，其浓度过饱和时晶核开始析出，最终生长成晶粒。12、2 .“溶解-结晶”机制。所选择的前体为常温常压下无法溶解的固体粉末、凝胶或沉淀时，在水热条件下：“溶解”是指在水热反应的初期，前体微粒之间的凝聚和结合被破坏，微粒自身溶解于水热介质中，作为离子或离子团进入溶液中，形成成核的晶粒的“结晶”， 水热介质中溶质的浓度高于晶粒成核所需的过饱和度时，系统内会发生晶粒成核和生长。 随着结晶过程的推进，介质中用于结晶的材料浓度变得低于前体的溶解度，前体继续溶解。13，3 .“原位晶体”的机理是选择常温常压下不溶解的固体粉末时，凝胶或沉淀物在前体与结晶相的溶解度差不大时，或者“溶解-结晶”的动力学速度过慢时，前体经脱水酸基(或脱水)、原子原位错变化为结晶状态。14、水热合成粉体的特征：水热条件下反应物的性能发生变化，活性提高，水热合成可以取代某种固相反应，促进低温化学的发展水热条件下容易生成特殊的中间状态和特殊的相，可以合成具有特殊结构或特殊凝聚状态的新化合物. 15、在水热低温条件下可以高温分解结晶化或生成低熔点化合物、高蒸汽压且熔体无法生成的物质； 水热的低温、等压、溶液条件下，有利于平衡缺陷浓度、规则取向、晶体完美结晶材料的生长，合成物高，易于控制产物晶粒度易于调节水热条件下的环境气象，有利于低价、中价和特殊价格化合物的生成，可以均匀掺杂。 16、氢热氧化利用高温高压水溶液或有机溶剂与金属或合金直接反应，得到新的氧化物、络合物或金属有机化合物。 m与铬、钛、铁等合金水热结晶化热结晶化法以非晶态氢氧化物和凝胶为前驱物，在水热条件下结晶化为具有一定结晶型的结晶粉体。 避免其他液相法在焙烧工艺中发生硬聚集问题。 二、水热法制备粉体的反应分类，17、水热沉淀水热沉淀是指通过高压釜中的可溶性盐或化合物与添加的各种沉淀剂的反应，形成不溶性氧化物或含氧盐的沉淀。 水热合成水热合成是一元金属氧化物或盐在水热条件下反应合成二元或多元化合物。 以H2TiO3和Ba(OH)28H2O为原料，水热合成钛酸钡粉体. 合成了CaZrO3、SrTiO3、ZrSiO3、BaZrO3、CaSnO3等电子陶瓷粉体. 18、水热还原水热分解，19、1 .装置：高压反应容器-高压釜。 压热器按压压力源内压式和外式。 本实验采用内加压式，釜内一定填充度的溶剂在高压时膨胀产生压力。 主要结构和工作原理1 )反应釜装置由1Cr18Ni9Ti不锈钢制釜体、釜盖构成，釜体和法兰为二体，通过螺钉连接，釜体和釜盖两者均匀分布的合金钢主螺栓紧密接触。 三、水热法的装置和特征，二十、水热反应釜的示意图，二十、水热反应釜的示意图，二十、水热反应釜的示意图，三十、水热反应釜的示意图，二十、水热反应釜的示意图，二十五、装置的特征：一.高压釜的正常操作和安全运转是可以保证的。 2 .爆破片装置是由爆破片和支架等组装而成的压力释放安全装置，当爆破片两侧的压力差达到规定温度下的规定值时，爆破片动作(破裂或脱落)，释放压力介质。 3 .电加热炉为圆筒形，炉内装入筒形硅炉芯，加热电阻线串联连接，其前端从下部与源插座串联连接，使用时用橡胶电缆与控制器连接。 4 .电子控制部具有温度指示器调节计、加热电压计、电源和加热信号、加热部件的调节按钮、以及控制电源和电加热的开关。26、1 .加热炉组2 .釜体组3 .吸气阀组4 .釜盖组5 .搅拌传动组6 .马达支架组7 .压力计8 .热电偶9 .爆破安全阀10 .内冷却管高压釜结构图，27、4 .水热法粉体的制造过程，28、1 .前体的制备(1)可溶性金属盐溶液。 (2)由固体粉末制造多元氧化物粉体时，可以直接选择其金属氧化物和氢氧化物固体粉末作为前体. (3)胶体制备金属氧化物粉体时，在相应的金属可溶性盐溶液中加入过量的碱，得到氢氧化物胶体，反复洗涤除去阴离子后，作为前驱物。 (4)胶体和固体粉末混合。 2 .将水热反应的前驱物放入带聚四氟乙烯衬垫的反应釜中，将填充比控制在50%80%，密封高压釜，机械分散水热反应得到的物质，用超声波分散机进行分散处理，分离水热反应过程中形成的软凝集体，提高粉体的分散性。 4 .粉体的清洗、过滤用离子水反复清洗几次，直到清洗液中的阴离子含量降低到一定值。 用有机溶剂浸渍一定时间。 粉体细，可采用离心分离处理。 5 .粉体的干燥和保存(80120)的干燥烘箱中干燥一定时间(也可以采用真空烘箱和红外干燥技术)，将粉体保存在干燥器中，或分散在乙醇和其他有机溶剂中准备检查。30、例如水热法制造ZrO2纳米粉体1 )将锆盐水溶液作为前体进行水热反应. 锆盐是氧氯化锆(ZrOCl2)硫酸锆Zr(SO4)2。 2 )在锆盐水溶液中加入一定量的碱(NaOH )，以调整pH值的悬浊液为前体进行水热实验。 5 .水热法制备ZrO2纳米粉体，31，3 )向锆盐水溶液中加入一定量的碱(NaOH、氨水等)，将得到的沉淀物(胶体)与液体分离，反复洗涤后，添加碱(NaOH )或醋酸(HAc )调整pH，前体进行水热实验4 )反应腔的尺寸为2770mm，在内装有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜内进行，填充度一般为75%。 反应结束后，进行固液分离，反复洗涤反应物后，用1100C干燥，得到松散的ZrO2粉体。 将32、0.5mol/L的ZrOCl2水溶液直接作为前体进行水热反应(静置反应200)，得到单斜相纳米ZrO2粉体。 向ZrOCl2水溶液中加入适量的碱，调整pH值，在溶液中排出悬浮物。 悬浮物作为前体进行相同的水热反应。 溶液pH=3，产物单斜相ZrO2晶粒。 pH=5时，生成物中出现立方相ZrO2，前体的pH值上升，水热反应生成物中立方相的含量也逐渐增加。 33、用ZrOCl2水溶液直接调节其酸碱度后的前体水热反应生成物的XRD光谱(a)2000C0.5mol/L； (b)2000C，pH=3； (c)2000C，pH=5； (d)2000C，pH=7； (e)2000C，pH=10； (f)2000C、pH=12、34、水热生成物中立方相的含量与作为前体的氧化氯化锆水溶液的酸度的关系、35、(a)2000C0.5mol/L12h10nm、(b)2000C、pH=3； 24h12nm、(c)2000C、pH=5； (d)2000C，pH=7； 36，(e)2000C，pH=10； (f )在2000 c，pH=12，37，0.5 mol/l的ZrOCl2水溶液中加入NaOH，用吸滤技术分离得到的胶体和液体，用去离子水多次清洗胶体部分，用1200C干燥，将干燥的胶体作为水热反应的前体。 胶体和液体的分离和胶体的多次清洗几乎可以去除前体中的氯离子，调节反应介质的酸碱度，进行水热反应。 pH值为3和11时，2000C水热反应12h后，生成物为单斜相和立方相ZrO2晶粒的混合物，后者的含量极少采用该分离、清洗、干燥的胶体作为水热反应前体的优点是生成物中晶粒间的凝聚明显减少。、38、(a)2000C、pH=3； (b)2000C、pH=1l、将混合了ZrOCl2和NaOH胶体分离、清洗、干燥后的前体水热反应生成物即XRD光谱、39、(a)2000C、pH=3(b)2000C、将混合了