结构陶瓷材料及其应用（杨金龙）07第七讲2013陶瓷制备工艺.pdfVIP

第七讲 陶瓷制备工艺的进步 杨金龙 教授 清华大学材料学院 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室 2013-4-10 Ceramics—Tsinghua University Ceramics—Tsinghua University Ceramics—Tsinghua University Ceramics—Tsinghua University Ceramics—Tsinghua University 7.1 陶瓷粉体的制备技术 1. 概 述 2. 固相法 3. 液相法 4. 气相法 1. 概 述 粉体在陶瓷工业生产中可以是原料、半成品或 成品。粉末颗粒的大小、形状、表面性质、堆积特 性，各种物理性质、化学性质不仅关系到粉体的应 用，也直接取决于并影响生产粉体的单元操作过程。 因此，研究粉体的性能及表征、制备技术及表面处 理也变得尤为重要。 几种常用陶瓷粉体 2. 固相法 固相法是以固态物质为原料来制备陶瓷粉体的 方法，主要是指固体物料在高温下经热分解或高温 反应后而得到固体微细粒子的方法，主要包括高温 固相反应法、碳热还原反应法、盐类热分解法、自 蔓延燃烧合成法等。 2.1 高温固相反应法 1)首先根据所要制造粉料的成分设计参加反应的物质 的组成和用量，常用的反应物为氧化物、碳酸盐、氢氧化物； 2) 将反应物充分均匀混合，再压成坯体，于适当高温 下锻烧； 3) 将合成好的熟料块体用粉磨机械磨至所需粒度。 该法常用于制备成分复杂的电子陶瓷原料。优点：适 合大批量生产，成本不高。缺点：制得的粒度不可能太细, 机械粉磨易混入杂质。 早在 1964 年，固相反应法就被用于制备 BaTiO3 陶瓷粉末。采用固相反应合 成 BaTiO3 粉末，常常以固态 BaCO3 和 TiO2 为原料，首先将等摩尔比的 BaCO3 和 TiO2 粉末充分混合，在 1050℃左右温度下预烧一定时间，再继续加热至 1200-1300℃，并按一定的冷却速度降温，即可得到BaTiO3 粉体。其反应方程式 如下： BaCO3 + TiO2 → BaTiO3 + CO2 （2-1） 若以氧化铝和氧化镁细粉为原料可合成尖晶石陶瓷粉料，其反应式为： Al O + MgO → MgAl O （2-2 ） 2 3 2 4 若以氧化铝和二氧化硅为原料可合成莫来石陶瓷粉料，其反应式为： 3 Al O + 2SiO → 3 Al O ·2SiO （2-3 ） 2 3 2 2 3 2 2.2 碳热还原反应法 此方法是制备非氧化物陶瓷粉末的一种常用方法，尤其 是碳化物、氮化物、硼化物系列的粉体。其基本原理是用一 种与氧亲和力更高的还原剂去还原某元素的氧化物，再将其 氮化、碳化或硼化等，从而获得该元素相应的非氧化物粉体， 常用碳做还原剂。碳化硅粉末的制备是将SiO 粉与炭粉均匀 2 混合，在1460-1600℃的加热条件下，逐步还原碳化： SiO + C → SiO + CO 2 SiO + 2C → SiC + CO SiO + C → Si + CO