高温固相合成.ppt

1、高温固相合成,一般固相反应是将两种或多种原料混合并以固态形式直接反应；但是在室温或较低温度下它们并不相互反应，为了加快反应，必须将它们加热到高温。 高温固相合成是指在高温（6001500 ）下，固体界面间经过接触，反应，成核，晶体生长反应而生成一大批复合氧化物，含氧酸盐类、二元或多元陶瓷化合物等。 高温固相反应只限于制备那些热力学稳定的化合物，而对于低热条件下稳定的介稳态化合物或动力学上稳定的化合物不适于采用高温合成。,高温固相合成,高温获得：,普通高温装置,电阻炉：1000 -2000 C 石墨发热体：注意使用条件，不宜在氧化还原气氛下进行。真空下可以达到相当高的温度。 金属发热体：钽、钨、

2、钼等；高真空、还原气氛惰性气氛高度纯化。 氧化物发热体：氧化气氛下最理想。接触体：ZrO2(ThO2) + La2O3(Y2O3) 设备简单，使用方便,控温精确，应用不同的电阻发热材料可以达到不同的高温限度。 电弧炉 感应炉,电阻发热材料的最高工作温度,箱式电阻炉,管式电阻炉,电弧炉及其结构示意图,举例,前驱物选择：方便易得，热分解为非反应性气体产物硝酸盐、醋酸盐、草酸盐、碳酸盐等等尖晶石型ZnFeO4固相反应前驱物 Fe2(COO)22 + Zn(COO)2ZnFeO4尖晶石型MCr2O4 (M = Mg, Ni, Mn, Co, Cu, Zn, Fe)固相反应前驱物各种胺类铬酸盐(NH4)

3、2Ni(CrO4)26H2O,反应固体原料的的反应性 反应物原料固体结构与生成物结构相似结构重排较方便，成核较容易MgO + 尖晶石型MgAl2O4：氧离子排列结构相似，MgO界面上或界面邻近的晶格内生成晶核或进一步晶体生长反应物的来源和制备条件、存在状态 特别是表面的结构情况* 反应物通常为多晶粉末，晶体不完整晶体缺陷存在,固相化学反应,在反应前尽量研磨均匀反应物以改善反应物的接触状况及增加有利于反应的缺陷浓度；反应物原料：粒度细、比表面积大、表面活性高；充分破碎和研磨：加压成片、加压成型颗粒充分接触加入易挥发有机溶剂分散固体反应物，以混合均匀从而增大反应物接触面积； 用微波或各种波长的光等

4、预处理反应物以活化反应物等。各种降低固相反应温度的方法：前驱物法、置换法、化学共沉淀法、熔化法、水热法、微波法、软化学法、气相输运法、自蔓延法、力化学法、分子固体反应法(固相配位法)。,高温热化学加工过程,焙烧：将原料与空气、氢气、甲烷、CO和CO2气加热至炉料熔点以下进行化学处理的过程，其中的炉料大都可以自燃。煅烧：将原料在熔点下处理，使其分解出二氧化碳和水分。焙烧和煅烧大都在气固两相过程中实现的。烧结：将原料与烧结剂混合加热，在高温下原料与烧结剂发生化学反应的过程，有时温度较高，表面呈熔融态以加速反应，甚至物料可成为半熔融状态 。熔融：是在比烧结更高的温度下进行，此时温度远高于熔点，炉料全

5、部成为熔体，炉料之间的反应在熔体中进行。,粉末实体的收缩 意味着单个晶粒的形状变化,1740nm,950,1050,1150,1250,1350,ZrO2,unsintered,unsintered,200300nm,Bar: 3m,200300nm,200300nm,燃烧合成(自蔓延高温合成） 燃烧反应在固体中很快地蔓延，可以利用燃烧波自动传播的方式来合成难熔化合物。 燃烧合成分为三种类型： 固体火焰：燃烧产物、中间产物和燃烧组元均以固态形式存在，不存在液相和气相的中间过程。 准固体火焰：反应组元和最终产物均为固体，燃烧过程中组元和中间产物可为气体和液体。 渗透燃烧：指多孔金属或非金属压坯与

6、气体发生燃烧，气体通过孔隙渗入固体多孔压坯得到不断补充，产物为固体。,SHS燃烧模式,反应剂,合成剂：合成原料 燃烧组元：提供燃烧反应的原料 稀释剂：控制燃烧速率的添加物,爆炸固结反应爆炸固结的大致过程如下：A）起始压力脉冲在各颗粒中反射，颗粒发生粘-塑性变形，位错高速运动，缺陷形成，颗粒表面清洁，新鲜表面露出。B）由于塑性变形及可能的颗粒破碎，颗粒间固结达到全致密。C）由于热-机械作用造成固态扩散及局部熔化加快。D）局部化学反应产生放热，相应温度急剧升高。E）在适当的压力、温度及材料缺陷状态下，反应产物形成。F）最终产物结晶。爆炸固结的加载方式：平面加载和柱面加载两种方式。,固相过程的基本要

7、素和组装,固相反应分离过程的核心：固相间的良好接触（原料成型必不可少） 配料成型固相反应分离后续处理,固相流程组装思路：（有机物制碳素材料过程） (1) 确定原材料和目标产物的形式； (2) 确定主要反应过程（核心反应器）的反应特点和分离过程的特点， (3) 确定大体流程，绘出流程简图； (4) 热力学、动力学深入研究与设计，工艺流程的细化； (5) 设备类型和尺寸，操作参数的确定。 (6) 确定详细流程图。,高温反应类型,高温下的固相合成反应 高温下的固气合成反应 高温下的化学转移反应 高温下的熔炼和合金制备 高温下的相变合成 等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成 高温下的单晶生长和区域熔

8、融提纯,高温还原反应,氧化物高温还原反应的G-T图 及其应用,1、为什么研究的Gf -T 图? (1) 还原反应能否进行、进行的程度和反应的特点等与H、 G关系密切。 (2) 利用标准状况下的生成自由能与T关系求任意温度下的G比较麻烦。 2、氧化物的Gf -T图。 Gf -T值是随着温度变化的，并且在一定范围内基本上是温度的线性函数。 以氧化物为例:金属(s)+O2(g) 氧化物(s)它们的Gf -T关系是许多直线。,氧化物的Gf -T图 (Ellingham图),Ellingham(艾林罕姆)在1944年首先将氧化物的标准生成自由能(纵坐标)对温度(横坐标)作图(以后又对硫化物、氯化物、氟化

9、物等作类似的图形)，用以帮助人们： 判断哪种氧化物更稳定 比较还原剂的强弱 估计还原反应进行的温度条件 选择还原方法 在冶金学上具有特别重要的意义。,根据艾林罕姆图可以选择金属氧化物的还原方法，亦即金属提取的一般方法的依据。, 活泼金属还原法 位于艾林罕姆图中下方的金属氧化物具有很低的标准生成自由能，这些金属可从上方的氧化物中将金属还原出来，常用的金属还原剂有Mg、Al、Na、Ca等。, 电解还原法在艾林罕姆图下方的金属氧化物有很低的标准生成自由能值，这些金属氧化物的还原必须通过电解的方法才能实现。如Na、Mg、Al、Ca等都是通过电解来制取的。, 加入CaO 使用CaO与MgO的混合氧化物，

10、事实上制镁的原料就来自灼烧的白云石(MgCO3CaCO3)，其中本身就含有CaO，CaO在高温条件下可与SiO2作用。CaOSiO2CaSiO3 G1450K-92 kJmol-1亦即CaO与SiO2的作用生成CaSiO3给体系产生了92 kJmol-1的能量贡献，相当于增加了SiO2的稳定性，这在Ellingham图中等价于将SiO2的线往下移动。这样，将二式相加有2MgOCaOSiCaSiO32Mg(g) G1450K21892126 kJmol-1在这一措施中，CaO参与了与SiO2的反应，缩小了图中SiO2线与MgO线之间的距离，这种方法称为反应的耦合。, 真空还原 在操作温度下, 仅

11、Mg是气态。显然, 降低压力有利于Mg的逸出。反应在密封的容器中进行, 且处于一定的真空度。 例：加热到1450K，Mg的平衡蒸气压控制在50 Pa，根据G1450G1450 KRTlnJpGRTln(pMg/p)2122.3038.31410-31450lg(50/101325)2126184-58 (kJmol-1)显然反应变为能自发进行了。,4 氯化物的Ellingham图,5 硫化物的Ellingham图,确定金属氧化物还原为金属的难易程度。确定在给定的温度下，反应达到平衡时氧气的分压。生成CO的直线，升温时G 值逐渐变小，对火法冶金具有重大意义，意味着许多金属氧化物在高温下能够被碳还

12、原。,Ellingham 图的应用,火法冶金,氢还原法,1、基本原理少数非挥发性金属的制备，可用氢还原其氧化物的方法，反应如下:1/y MxOy (s) + H2 (g)=x/y M(s) + H2O (g)平衡时，该反应也可近似看为氧化物的解离平衡和水蒸气的解离平衡的结合。2MO（s）=2M(s) + O2(g)2H2O=2H2 + O2(g)当反应平衡时,氧化物解离出的氧压强应等于水蒸气所解离出的氧压强。 因此，还原反应的平衡常数为 K = PH2O/PH2 = (PO2/KH2O)1/2,2 特点 还原剂的利用率不能为百分之百，平衡常数越小，H2的利用率越低。 还原金属高价氧化物时会得到

13、一系列低价金属氧化物。例: Nb2O5+H2=2NbO2+H2O2NbO2+H2=Nb2O3+H2ONb2O3+H2=2NbO+H2O2NbO+H2=Nb2O+H2ONb2O+H2=2Nb+H2O 制得金属的物理性质与化学性质决定于还原温度。如在低温下制得的金属具有大的表面积和强的反应能力。 用氢还原氧化物所得的金属粉末金属在空气中放置以后,要加热到略高于熔点的温度才能熔化。,氢还原法,氢还原法制钨,此炉加热区长1.52 M, 通过设计加热线圈使管内温 度沿管均匀地上升至800900 C，管的一端装有冷凝器. 操作注意：氢气要纯、钨粉的粒度要合适、还原温度要合适,1 氢还原法制钨大致可分为三个

14、阶段：(1) 2WO3+H2=W2O5+H2O(2) W2O5+H2=2WO2+H2O(3) WO2+2H2=W+2H2O还原钨时常用管式炉，通常分两个阶段性反应: 第一阶段是使WO3在720 C时，还原成褐色的WO2。 第二阶段将获得的WO2与等量的WO3混合，并将此混合物在800 860 C的温度下还原为金属钨。保证钨粉有要求的颗粒组成; 提高还原炉的生产率。,氢还原法制钨,2、产品性质成分决定于温度,不同还原温度下所得到的产品性质及大致成分如下:,氢还原法制钨,3 平衡常数和温度的关系,4 氧化物在各种温度下的稳定性,氢还原法制钨,金属还原法,1 还原剂选择主要金属还原剂: Li, Rb

15、, Cs, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, In, Tl, RE, Ge, Ti, Zr, Hf, Th, V, Nb, Ta, Cr, U, Mn, Fe, Co, Ni等金属选择原则: (1) 还原力强；(2) 容易处理；(3) 不能和生成的金属生成合金； (4) 可以制得高纯度的金属； (5) 副产物容易和生成金属分离；(6) 成本尽可能低。例: 还原氯化物时多以钠来还原。还原氟化物时多以钠来还原。还原氧化物时多以铝来还原。,2 还原金属的提纯：（1）常用真空蒸馏法或真空升华法；（2）采用合适的保存方式。3 熔剂：目的：一是改变反应热，二是使熔渣易于分

16、离。助熔剂主要在还原氧化物、氟化物是使用；氯化物的熔点低，一般是不需要助熔剂的。4 生成物的处理：溶剂分离、淘洗法、重液法、倾析法,金属还原法,高温固相反应,应用：各类复合氧化物、含氧酸盐类、二元或多元金属陶瓷化合物（碳、硼、硅、磷、硫族等化合物）,1) Mg 2+ , Al 3+ 扩散通常是速控步骤 2) 反应随MgAl2O4层生长而减慢 3) 较长的距离扩散阳离子 4) 尖晶石一侧生长较快，维持电荷平衡，即3Mg2+向右扩散，2Al3+向左扩散,（a）MgO/MgAl2O4 反应物/产物界面3x/42Al 3+ 3Mg 2+ + 4MgO = MgAl2O4 （b）MgAl2O4/Al2O

17、3 产物/反应物界面3Mg 2+ 2Al 3+ + 4Al2O3 = 3MgAl2O44MgO + 4Al2O3 = 4MgAl2O4,固相反应的机制,陶瓷材料,广义：所有有机与金属材料之外的无机非金属材料 狭义：主要指多晶的无机非金属材料，即经高温处理所 合成的无机非金属材料陶瓷材料的结构与性能特点陶瓷材料是多相多晶材料，陶瓷结构中同时存在晶体相玻璃相气相各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决定了陶瓷的性能。,建筑砖瓦、日用器皿、卫生用具、美术装饰制品等,高强度、硬度、弹性模量 耐高温、磨损 抗氧化、腐蚀,具有电磁、光、声、超导、化学、生物学特性,分类,传统陶瓷与现代陶瓷的主要区别,粉末冶

18、金(Powder Metallurgy)与陶瓷(Ceramic)的主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。 其生产工艺过程可简单地表示：粉末制备坯料制备成型干燥烧结后处理热压或热等静压烧结成品.陶瓷制品的生产经过三个阶段：坯料制备、成型、烧结,陶瓷材料制备与烧结过程,坯料制备 通过机械或物理或化学方法制备粉料，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团。成型 将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型(亦称生坯)。烧结 生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生

19、一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。,粉料的基本物理性能粒度和粒度分布 粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种不同大小颗粒所占百分比。颗粒的形态与拱桥效应 一般用针状、多面体状、柱状、球状等来描述颗粒的形态。粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应。,粉体成型原理,粉体的表面特性 粉体颗粒的表面能和表面状态：粉体颗粒表面的“过

20、剩能量”称为粉体颗粒的表面能。当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原子数与表面原子数之间的比例变化。 粉体颗粒的吸附与凝聚：附着：颗粒依附于其它物体表面上的现象；凝聚：颗粒间在各种引力作用下的团聚。粉料的堆积(填充)特性 单一颗粒(即纯粗颗粒或细颗粒)堆积时的空隙率约40%。若用二种粒度(如平均粒径比为10:1)配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。 粉料的流动性 粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体,其自然安息角(偏角)保持不变。,压制成型原理 压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在

21、模型中压成块状坯体的。 压制成型过程中坯体的变化密度的变化、强度的变化、坯体中压力的分布影响坯体密度的因素成型压力：压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在二方面：克服粉料的阻力P1，称为净压力； 克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消耗压力；压制过程中总压力P=P1+P2，即成型压力。 加压方式 加压速度 添加剂的选用,压力分布,单面加压 坯体内部 压力分布,对压制用粉料的工艺性能要求 压制成型时粉料颗粒必须能充满模型的各个角落，因此要求粉料具有良好的流动性。为了得到较高的素坯密度，粉料中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度越高越好。,粘土泥团应力-应变曲线,粘土含水量与应力-应变曲线关

22、系,可塑泥团的成型原理可塑泥团的流变特性。影响泥团可塑性的因素 固相颗粒大小和形状：一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管半径越小，产生的毛细管力越大，可塑性也高。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可塑性的影响也有差异。 液相的数量和性质：水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中水分适当时才能呈现最大的可塑性。 对可塑坯料的工艺性能要求 可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。,泥浆/粉浆的成型原理泥浆的流变特性 泥浆的流动曲线： 影响泥浆流变性

23、能的因素： 泥浆的浓度 固相的颗粒大小：一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减少。 电解质的作用：向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳定性的有效方法。 泥浆的pH值：pH值影响其解离程度，又会引起胶粒-电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝。注浆成型对泥浆的工艺性能的要求 制备出的泥浆应能够满足下列基本要求：流动性好，稳定性好，适当的触变性，含水量少，滤过性好，坯体强度高，脱模容易，不含气泡。,粉体制备技术 粉碎与机械合金化方法粉碎的过程是由机械能转变为粉料表面能的能量转化过程。机械粉碎法因其设备

24、定型化，产量大，容易操作等特点，被广泛地应用于粉末生产中。在相同的工艺条件下，添加少量的助磨剂往往可使粉碎效率成倍地提高。,表面活性物质 对钛酸钙瓷料 比表面的影响,合成法 金属粉末的合成方法 还原法：所用还原剂对氧的亲和力比相应金属对氧的亲和力大，能够夺取金属氧化物中的氧而使金属被还原。 雾化法：利用高压气体(空气、惰性气体)或高压液体(通常是水)通过喷嘴作用于金属液流使其迅速地碎化成粉末。 电解法：既可在水溶液中进行，也可在熔盐状态下进行。 化合物粉末的合成方法 固相法制备粉末： 化合反应法 热分解反应法 氧化物还原法 液相法制备粉末： 溶液法 生成沉淀法 a直接沉淀法 b均匀沉淀法 c共

25、沉淀法 溶剂蒸发法 a冰冻干燥法 b喷雾干燥法 c喷雾热分解法 熔液法 等离子体喷射法 激光法 气相法制备粉末: 蒸发凝聚法 气相化学反应法,粉末冶金的成型工艺压制成型 物料准备：粉末的分级、配料混合、混合料湿磨 压制工艺： 称料：称料量通常称为压坯的单重，压坯的单重可按以下公式计算：Q = V d K 式中：Q-单件压坯的称料量(单重)kg；V-制品的体积(由制品图算出)m3；d-制品要求密度kg/m3；K-重量损失系数。 称料方法有两种：重量法；容量法。 装料：将所称量的粉末装入模具中时，要求粉末在模腔内分布均匀、平整，以保证压坯各部分压缩比一致。 压制：压制通常在液压机或机械压力机上进行

26、。压制的总压力按下式计算：P = p S 式中：P-总压力kg； p-单位压制压力kg/m3；S-与压力方向垂直的压坯受压面积m2。 脱模：压力去掉以后，压坯要从压模内脱出，从整体压模中脱出的方法有两种，即将压坯向上顶出或向下推出。,楔形压制 楔形压制又称循环压制。其方法是用一只楔形的上模冲，将粉末分段压制而成制品。,粉浆浇注成型 粉浆的制备: 模具材料: 浇注用的模具是用石膏做成的。 浇注方法: 可以用手工浇注，即所谓倾倒浇注法。也可以用压缩空气浇注，即用压缩气体将粉浆压入模具内。,陶瓷材料的成型工艺普通日用陶瓷的成型工艺 注浆成型 基本注浆方法: 可分为空心注浆(单面注浆)和实心注浆(双面

27、注浆)两种。 强化注浆方法: 强化注浆方法是在注浆过程中人为地施加外力，加速注浆过程的进行，使得吸浆速度和坯体强度得到明显改善的方法。根据所加外力的形式，强化注浆可以分为真空注浆、离心注浆和压力注浆等。 可塑成型 对具有一定可塑变形能力的泥料进行加工成型的方法。 滚压成型：成型时，盛放着泥料的石膏模型和滚压头分别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在转动的同时，逐渐靠近石膏模型，并对泥料进行滚压成型。 塑压成型： 将可塑泥料放在模型内在常温下压制成坯。 压制成型 粉料含水量为3-7%时为干压成型；粉料含水量为8-15%时为半干压成型。,高技术陶瓷的成型工艺 注浆成型法 注浆成型 热压铸成

28、型：热压铸成型法是利用石蜡的热流性特点，与坯料配合，使用金属模具在压力下进行成型的，冷凝后坯体能保持其形状。它的成型过程如下： 蜡浆料的制备、热压铸、高温排蜡 流延成型：带式浇注法、刮刀法。 可塑成型法： 挤压成型: 是将真空练制的泥料，放入挤制机内，这种挤制机一头可以对泥料施加压力，另一头装有机嘴即成型模具，通过更换机嘴，能挤出各种形状的坯体。 轧膜成型：适宜生产1mm以下的薄片状制品。 模压成型 压制成型 等静压成型：冷等静压和热等静压两种类型。冷等静压又分为湿式等静压和干式等静压。,烧结 烧结是指高温条件下，坯体表面积减小，孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。 烧结驱动力：粉体的表面能

29、降低和系统自由能降低。陶瓷的烧结理论 烧结的主要阶段： 1）烧结前期阶段(坯体入炉90致密化) 粘结剂等脱除：如石蜡在250400全部汽化挥发。 随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，颗粒间由点接触转变为面接触，孔隙缩小，连通孔 隙变得封闭，并孤立分布。 小颗粒间率先出现晶界，晶界移动，晶粒长大。 2）烧结后期阶段 孔隙的消除：晶界上的物质不断扩散到孔隙处，使孔隙逐渐消除。 晶粒长大：晶界移动，晶粒长大。,陶瓷的烧结方法,烧结分类,常见的烧结方法,普通烧结：传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷大都在电窑中进行烧结。 热压烧结：在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。所以热压烧结

30、的温度更低，烧结时间更短。 热等静压烧结：将粉体压坯或装入包套的粉体放入高压容器中，高温和均衡的气体压力作用下烧结成致密陶瓷体。 真空烧结：将粉体压坯放入到真空炉中进行烧结。真空烧结有利于粘结剂的脱除和坯体内气体的排除，有利于实现高致密化。其它烧结方法： 反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、微波烧结等,烧结工艺 烧结温度与保温时间的确定 烧结温度(TS)和熔融温度(TM)的关系有一定规律： 金属粉末：TS(0.3-0.4)TM， 盐类： TS0.57TM ， 硅酸盐： TS(0.8-0.9)TM 。 烧结保温时间与烧结温度有关。通常，

31、烧结温度较高时，保温时间较短；相反，烧结温度较低时，保温时间要长。 烧结气氛的选择 升温和降温（冷却）速度的确定 升温和降温时间由制品尺寸和性能要求而定。,烧结过程,Pressed Ceramic Particles,Sintered for a short time,Sintered for a long time,显微织构,采取的办法有两种： 加入添加物，使居里温度向低温或高温方向移动，即移峰效应； 使居里点附近的介电常数变化比较平缓，即展宽效应。用途： 高介铁电陶瓷 30000 SrTiO3、WO3和MnCO3 低变化率铁电陶瓷 ZnO、Nb2O5、Sb2O5 高压铁电陶瓷 ZnO、Mg

32、 低损耗铁电陶瓷,粉末轧制法,为使其在不同的工作温度和电场下具有稳定的性质，就必须降低材料的非线性，获得具有高介电常数，温度曲线比较平坦的陶瓷材料。,成型方法：轧模、等静压成型、 挤压成型,钛酸钡基铁电陶瓷的进一步制作,钛酸钡陶瓷粉体的高温烧结工艺,差热分析与固相反应工艺基本参数的确定,BaCO3与TiO2合反应的热分析曲线,温度：1100-1150 oC,BaCO3(s)+TiO2(s)BaTiO3(s)+CO2,Ba2CO4,BaTiO3烧结,相图分析与钛酸钡陶瓷粉基本配方,BaO-TiO2 相图,TiO2稍过量； 12001330，氧化气氛,铁电性,T 1460 为六方晶系,T 1460

33、 为立方晶系,固相合成钛酸钡的流程组装,流程简述：原料经预处理（原料细化）和杂质分离（除铁）后过滤，干燥，成型后送去煅烧，出炉的半成品经粉碎、筛分便可以得到钛酸钡粉料。,钛酸钡的固相反应生产工艺流程示意图,连续式湿式砂磨机,控制气氛间歇式干式砂磨机,粗磨,细磨,球磨,雷蒙磨,分类,砂磨,球磨,砂磨,振动磨,气流磨,干磨(助磨剂),湿磨(效率高),干磨,湿磨,7001400r/min,材料的细化,粉料的级配与成型,等静压成形的粉料级配可参照下面的粒度分布。0.5mm 29%， 0.40.5mm 13，0.3150.4mm 37，0.200.315mm 35,0.100.20mm 10%，0.10

34、mm 3 含水率 1.5%3.0%CMC,等静压成型过程示意图 1粉料斗；2压力室；3装入粉料； 4加压；5取坯,要获得较高的堆积密度，应使粉粒具有合理的颗粒级配。,高温烧结过程,炉温控制及烧成曲线示意图,日本:18-20万元/吨,国内:2-4万元/吨,液固相反应,草酸盐前驱体法生产钛酸钡工艺流程示意图,优点： （1）颗径小10m2/g （2）煅烧温度低（低于传统法500左右）,BaTiO3生产工艺新进展,微波烧结与纳米陶瓷,HA,孔结构,微波1000 ,微波1100 ,常规1100 ,新型烧结方法：气氛压力烧结、电磁感应炉、等离子烧结、微波烧结,(a)Gd1.96WO6:Eu3+0.04,

35、(b) Gd1.96W0.5Mo0.5O6:Eu3+0.04 (c) Gd1.96MoO6:Eu3+0.04 (1300 C),Gd2WO6900 C,Gd2MoO61300 C,固相法合成Gd(2x)MO6:Eu3+x (M = W, Mo),A0J = A01 (I0J / I01)(01 / 0J) (1) Arad = A0J = A00 + A01 + A02 + A03 + A04 (2) = Arad-1 + Anrad-1 (3) = Arad / (Arad + Anrad) (4),Fang Lei, Bing Yan, Hao-Hong Chen. Journal of

36、Solid State Chemistry, 2008,.181 (10): 2845-2851,发光行为,Gd2WO6:Eu3+ （NaCl),Gd2WO6:Eu3+ （KCl),Gd2MoO6:Eu3+ （NaCl),Gd2MoO6:Eu3+ （KCl),熔盐法合成Gd(2x)MO6:Eu3+x (M = W, Mo),Fang Lei, Bing Yan. Journal of America Ceramics Society, 2009, accepted,（I）以NaCl（a,c）和KCl（b,d）为助剂熔盐法合成Gd2WO6:Eu3+发光体； （II）以NaCl（a,c）和KCl（

37、b,d）为助剂熔盐法合成Gd2MoO6:Eu3+发光体,发光性质,Gd2MoO6:Eu3+,Gd2WO6:Eu3+,LnNbO4: Bi3+ blue phosphors and Bi3+ sensitizing of on Dy3+s Luminescencein YNbO4,LnNbO4: Bi3+ blue phosphors and Bi3+ sensitizing on Dy3+s luminescence in YNbO4,REAl3(BO3)4: Eu3+/Tb3+ (RE = Y, Gd),B. Yan, C. Wang, Solid State Sci. 2008, .,Microrods of Y2SiO5: Eu3+,H. H. Huang, B. Yan, Solid State Commun. 2004, 132, 773-777.,Mg2Gd8(SiO4)6O2: Tb3+,H. H. Huang, B. Yan, Inorg. Chem. Commun. 2004, 4, 922-925.,K2NiF4-type structure phosphors CaxSr1-xGdyY1-yAlO4: zEu3+,