第二章粉体制备

球磨机

球磨机临界转速(最大转速)：（1）D>1.25m（2）D<1.25m

磨球直径：D（磨筒直径）／24＞d（磨球最大直径）＞90do（原料粒度）

水与电解质加入量：料／水＝1／（1.16～1.2），加入AlCl3等电解质装载量：总装料占磨筒空间4／5。原料：磨球：水=1:（1.2~1.5）:(1.0~1.2)重量比高效率球磨的条件：球磨机功能：破碎及混料陶瓷粉料的制备

常规的制备方法转速过高球被甩在罐子内壁，不能起到撞击作用转速过低则粉碎效率太低一、固相法制备粉料固相原料配料混合合成粉碎粉体陶瓷粉料的制备

先进陶瓷的粉料制备方法混合物需在一定温度下，经过固相反应到尽可能完全后，才能获得所需物相，为了使合成进行得足够充分，经常采用压块合成和粉末合成。压块合成：将混合物的粉料加压压制成块状，再进行合成。由于原料之间接触比较紧密，再加上压力的作用，可以使合成进行得比较充分，且可以在较低温度下进行。粉末合成法：将混合物粉末直接进行合成反应。二次粉末合成：一次合成后过筛，再进行温度稍高一些的二次合成反应。先进陶瓷粉料的制备

固相法制备粉料

（1）BaTiO3粉末合成BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2

在1100℃～1150℃之间保温2～4h，BaTiO3含量最大。加热温度高于1150℃，则会出现对钦酸钡性能有害的Ba2TiO4相。继续升高温度至1250℃时，BaTiO3含量又将继续增加。至1350℃可获得100％的BaTiO3

，但这时已经发生BaTiO3陶瓷的烧结。严格控制温度在1100℃～1150℃之间，得到性能优异的钛酸钡陶瓷粉料。

（2）尖晶石粉末与莫来石粉末的合成尖晶石：Al2O3+MgO→MgAl2O4

莫来石：3Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2

先进陶瓷粉料的制备A(S)+B(S)→C(S)+D(g)

固相法制备粉料

两种或者两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合粉末。化合反应法Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O

Al2(SO4)3·

(NH4)2SO4·H2O+23H2O（约200℃）Al2(SO4)3·

(NH4)2SO4·H2O

Al2(SO4)3+2NH3+SO3+2H2O（500～600℃）Al2(SO4)3

Al2O3+3SO3（800～900℃）

Al2O3

Al2O3（1300℃）

900℃5h1300℃2h先进陶瓷粉料的制备

固相法制备粉料

热分解反应法可以获得高纯的

Al2O3，粒度小于1μm用于碳化硅生产的阿奇逊电炉(a)炉役开始前；(b)炉役结束后分步反应：SiO2＋C→SiO（气）＋COSiO＋2C→SiC＋COSiO＋C→Si（气）＋COSi＋C→SiCSiC制备基本反应：SiO2＋3C→SiC＋2CO

先进陶瓷粉料的制备

固相法制备粉料

随着SiC生成电阻越来越大，炉芯区域温度达2700～2800℃，

SiC分解，SiC＝Si+CSiC＋2SiO2=3SiO+COSiC＋SiO＝2Si＋CO分解生成的Si及SiO蒸气向低温区扩散与C反应生成

SiC将SiC结晶块挑选出来，经过复杂的粉碎过程获得各种粒度的SiC粉料

氧化物还原法

该方法可制备C/SiC、C/C-SiC复合材料，用于先进的航空航天耐热构件或飞机、高速列车、高级跑车等刹车系统。优点在于：第一，这种采用硅碳复合材料的刹车盘比铸铁材料的刹车盘重量轻50％左右。第二，陶瓷刹车盘的摩擦系数比铸铁刹车盘高25％左右，大大提高了制动效率。第三，在高温下陶瓷刹车盘的摩擦系数和刚度几乎不受影响。

许多碳化物陶瓷材料的原料可以直接用固态反应法制备。使用硅粉与碳粉直接反应可以在1000—1400℃制备SiC，反应式：Si+C=SiC直接固态反应法先进陶瓷粉料的制备

固相法制备粉料

放出大量热/3000KFe2O3+AlFe+Al2O3基材过渡层

Al2O3自蔓延法(概念含义的解释)先进陶瓷粉料的制备

固相法制备粉料

自蔓延燃烧技术是利用反应物之间高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。点火电极已反应区燃烧区预热区未反应区13Al+6B2O3=6Al2O3+AlB12AlB12具有高熔点、低比重、高硬度和耐磨性等特点，有希望用作装甲材料。装甲材料要求高的弹性模量、压溃强度及断裂前能承受大的拉应力的能力，单相材料很难同时符合这些要求。因此，开发Al2O3/AlB12复相陶瓷比AlB12更有意义。

铝粉和B2O3粉料在刚玉罐中球磨混合1h，经真空干燥后，压坯，置入充满氩气的反应器中，进行燃烧合成。反应器内压力可在500Pa～0.1Mpa之间调节，用钨丝通电点火。热电偶插入试样心部测温。球磨后得到粉料。Al2O3AlB12自蔓延法有以下优点：1、工艺简单2、消耗外部能量少3、可在真空或者控制气氛下进行，得到高纯产品4、材料烧成与合成可同时完成例如合成TiC，将钛粉及炭粉等原料按比例混合均匀，然后置于装置中，通电点火，整个过程只要几秒或者几分。先进陶瓷粉料的制备

固相法制备粉料

沉淀法（包括共沉淀法）

AlCl3水溶液

Al(OH)3Al2O3+H2O（滴入氨水）YCl3+ZrCl4水溶液

YZr(OH)7YSZ＋H2O（滴入氨水）溶胶－凝胶法Al+HCOOH+CH3COOH+H2O

(HO)Al(HCOO)(CH3COO)+H2Si(OC2H5)4+H2O

Si(OC2H5)4-m(OH)m+C2H5OH(HO)Al(HCOO)(CH3COO)+Si(OC2H5)3OH

(Al-O-Si)n

水热法金属盐在高温高压水中水解获得超细氧化物溶剂蒸发法（喷雾冷冻／喷雾干燥／喷雾热分解）利用有机溶剂的易燃特点先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

金属盐溶液盐或氢氧化物氧化物粉末沉淀生成基础：1、形成过饱和态2、成核3、生长4、生成相的稳定化沉淀法先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

直接沉淀容易造成溶液内局部过饱和而使得沉淀不均匀影响粉料粒度。直接沉淀法：先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

在溶液中加入沉淀剂，反应后得到沉淀物经洗涤、干燥、热分解而获得所需氧化物微粉。例如合成氧化铝、氧化锆时采用氨水与相应的盐溶液反应AlCl3水溶液

Al(OH)3Al2O3+H2O（滴入氨水）YCl3+ZrCl4水溶液YZr(OH)7YSZ＋H2O（滴入氨水）为了克服直接沉淀的缺点，改变沉淀剂的加入方式，使得溶液本身缓慢反应产生沉淀剂，常用的有尿素：（NH2）2CO+3H2O→2NH4OH+CO2

(70℃)

NH4OH在溶液中形成后立即被消耗，尿素继续分解平衡，可用来制备铁、铝、锡、镓、锆等的氧化物。

均匀沉淀法先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

制备复合粉体使两者或者两者以上的金属元素同时沉淀下来，可以制备高纯度、超细、组成均匀烧结性好的原料粉体。基本过程：共沉淀法：先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

混合金属盐溶液加入沉淀剂组成均匀的混合沉淀洗涤、干燥煅烧复合氧化物溶胶凝胶法（解释？）

条件：易水解的金属化合物，最常用的化合物包括金属醇盐、醋酸盐、硝酸盐、氯化物等等。其中应用最广泛的是金属醇盐。正硅酸乙酯等。先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

金属醇盐

氧化物正硅酸乙酯SiO2胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之间。

前驱体

液相混合

水解、缩合

溶胶

陈化聚合

凝胶网络溶胶无固定形状固相粒子自由运动凝胶固定形状固相粒子按一定网架结构固定不能自由移动。溶胶与凝胶的结构比较这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面。溶胶－凝胶法的基本原理水解反应：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n缩聚反应失水缩聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O失醇缩聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH1、制备均相溶液2、溶胶制备溶质（醇盐）、溶剂（醇）、水、催化剂调节溶液中各离子的浓度，使之溶胶化主要有颗粒法和聚合法3、凝胶化醇盐水解发生缩聚反应，形成聚合物颗粒溶胶在敞开的容器或者特定的密闭容器中放置一段时间后逐渐凝胶化4、干燥使得凝胶脱水、破碎成为粉末先进陶瓷粉料的制备

液相法制备粉料

溶剂蒸发法沉淀法存在以下问题：

生成的沉淀