第九章 先进陶瓷材料
先进陶瓷材料的制备与应用研究
先进陶瓷材料的制备与应用研究随着科技的发展，先进陶瓷材料已经成为了现代工业制造业中不可或缺的一种物料。
先进陶瓷材料通常指的是硬度极高、抗磨性、不易变形、耐腐蚀、高强度、高温、高压等特性的材料。
在现代的制造、航空、核工程、能源、电气等领域都有着广泛的应用。
本文将从先进陶瓷材料的制备方法、制备技术的发展、应用领域以及未来展望等方面进行探讨。
一、先进陶瓷材料的制备方法先进陶瓷材料制备的方法繁多，常见的制备方法主要包括固相反应法、溶胶-凝胶法、高能球磨法、热等静压法、等离子喷射法、喷雾干燥法等。
其中固相反应法是应用比较广泛的一种方法，通常可以通过控制反应条件和烧结温度来调整材料的物理性能。
溶胶-凝胶法是一种常见的非晶化技术，可以制备出具有特殊微结构和物理化学性质的材料。
高能球磨法是一种机械力制备材料的方法，对于一些易挥发、易氧化、易碳化的材料制备颇为有效。
二、先进陶瓷材料制备技术的发展先进陶瓷材料的制备技术在过去的二十年中得到了蓬勃的发展。
在固相反应法中，已经研究出了许多的装置和方法来改善烧结效果，降低制备成本。
溶胶-凝胶法则被广泛应用于生物医药领域中，可以制备出高度复杂的纳米粒子材料。
高能球磨法被广泛用于制备金属基复合材料。
等离子喷射法可以制备出极微小的纳米颗粒，电泳沉积法也是一种非常有效的制备方法。
三、先进陶瓷材料的应用领域先进陶瓷材料应用非常广泛，但是其最为突出的领域为制造业、航空、核工程、电气、化学、能源等诸多领域。
在航天工程、航空制造、陆地部署武器系统中首都因为先进陶瓷材料的优良性质而得到了广泛的应用。
在核工程中，先进陶瓷材料的抗辐射性以及抗氢压等特性让其成为了核反应堆中必不可少的材料之一。
在电气领域中，利用陶瓷导体可以实现多层电路板的制造。
在医学方面，陶瓷材料的生物相容性以及生物化学功能广泛应用于骨科、心脑血管材料制备、移植材料等方面。
四、先进陶瓷材料的未来展望随着科技的发展，先进陶瓷材料的制备技术和性能也将会不断提高。
先进陶瓷材料
粉末烧结法制备陶瓷材料
其制备原理为：粉末原料经过成型后，在高 温非液相（主晶相为固态）温度下长时间保 温，通过原子扩散而粘结，从而形成具有一
定密度和强度的制品。
成型方法：模压成型
粉料装入模具内，采用单向或双向加压来压实
成粉胚.单向加压底部的密度最小。双向加压 可以使密度更均匀些，但工件的中部密度仍然 较低。
陶瓷电容器 陶瓷止回阀
利用陶瓷特有的物理性能制造的陶瓷材 料称功能陶瓷。由于它们具有的物理性 能差异往往很大，所以用途很广泛。
新型陶瓷材料的特点
与传统陶瓷材料相比，新型陶瓷材料除原料来源不
同外，还具有以下特点：
1、材料的组成
新型陶瓷材料的组成已超出传统陶瓷材料的以硅酸
盐为主的范围，除氧化物、复合氧化物和含氧酸盐
国外发展现状状
国际上从20世纪60年代开始重视研究先进陶瓷材料， 结构陶瓷略早于功能陶瓷。 60～70年代伴随着陶瓷学研究的新进展，一大批具 有优良性能的结构和功能陶瓷材料被发现和合成。 80年代以陶瓷发动机为背景，各国竞相加大了对陶 瓷材料研究与开发的投入，陶瓷材料已经能够基本
满足各种苛刻条件下（包括陶瓷发动机部件在内）
⑸ 热敏陶瓷 热敏陶瓷是制造热敏电阻的材料，热敏电阻是一种 电阻随温度变化的元件。阻值随温度升高而增加的 称正温度系数热敏电阻 (PTC) ，反之，则称为负温 度系数热敏电阻(NTC)。
正电阻温度系数 负电阻温度系数
⑹ 光电陶瓷 半导体陶瓷受光照射后使导 电率增加的现象称光电导效 应。利用光电导效应检测光
N N
N
Si
N
们不是同素异构体，两者
先进陶瓷材料的制备及其性能研究
先进陶瓷材料的制备及其性能研究先进陶瓷材料是一类具有出色性能和广泛应用前景的高科技材料，其具有高温抗氧化、耐腐蚀、高强度、高硬度等优异的性能。
先进陶瓷材料能够在非常艰苦的环境下工作，所以被广泛运用于航空航天、机械制造、电子、化工、医疗等领域。
自20世纪初，先进陶瓷材料就有了突破性的发展，尤其是20世纪80年代以后，人们才真正开始了解先进陶瓷材料的潜力和广阔前景。
目前，先进陶瓷材料的制备方法和性能研究成为了陶瓷领域的一个重要研究方向，旨在不断提高先进陶瓷材料的性能和应用范围。
制备先进陶瓷材料的工艺方法有很多种，包括化学溶胶-凝胶法、水热法、聚合物前驱体法、微波法、高能球磨法、等离子喷雾法、等离子体聚合物化学沉积法等。
其中，化学溶胶-凝胶法是目前制备先进陶瓷材料最常用的方法之一。
化学溶胶-凝胶法的制备流程一般包括：溶胶制备、凝胶形成、干燥、烧结等步骤。
在这个过程中，凝胶形成被认为是关键的一步。
凝胶形成的质量和性能是影响制备成品陶瓷材料性能的重要因素之一。
通过精密控制溶胶化学反应，可以实现不同形态和性质的凝胶材料制备，得到具有不同物理、化学性能的先进陶瓷材料。
先进陶瓷材料的性能研究是制备先进陶瓷材料不可或缺的一步。
包括物理性能、化学性能、机械性能、导电性能、热学性能等方面。
同时，陶瓷材料的性能测试也是很关键的一个步骤，可以直接反映出先进陶瓷材料的性能。
陶瓷材料的物理性能主要指材料的密度、孔隙率、压缩模量等性质。
由于先进陶瓷材料一般具有高强度、高硬度、高耐腐蚀和高温抗氧化等优良性能，因此其物理性能很优秀，通常比其他材料具有更高的密度和更低的孔隙率。
化学性能主要指先进陶瓷材料的化学稳定性和化学反应能力。
陶瓷材料一般是在高温下制造的，因此其化学稳定性相对较高，而反应性相对较低。
在研究先进陶瓷材料的化学性能时，通常会关注其在不同的环境中（例如酸、碱、氧化剂等）的化学反应特性。
机械性能主要指先进陶瓷材料的抗拉强度、压缩强度、弯曲强度等性质。
先进陶瓷材料的研究与制备
先进陶瓷材料的研究与制备先进陶瓷是指那些具有高性能、高温、高强度、高硬度和高耐腐蚀性的先进材料，能够在高温、强化、腐蚀、电磁、光学和热学环境中发挥其优异性能，广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、材料等领域。
先进陶瓷材料的研究与制备，是陶瓷领域的一个重要研究方向，也是一个具有挑战性的前沿领域。
材料的性能往往受到其晶体结构、化学成分、制备工艺等因素的影响。
因此，先进陶瓷的研究与制备需要综合运用材料科学、化学、物理学、工程学等学科的知识，采用多种先进的分析和测试手段，通过多种制备工艺进行制备。
随着材料科学、新型制备技术的发展，人们对先进陶瓷的研究和制备取得了长足的进展。
一、先进陶瓷的种类和应用先进陶瓷材料的种类非常广泛，涉及到氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、复合材料陶瓷等多种类型。
例如，氧化物陶瓷是一种非常常见的先进陶瓷，包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化二铁陶瓷等。
这些氧化物陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、高硬度、高强度等优异性能，被广泛应用于制造高温反应器、热交换器、硫化氢水平固化催化剂等工业设备。
氮化物陶瓷是另外一类常见的先进陶瓷，具有高硬度、高强度、高温稳定性、抗腐蚀性等特点。
其中最具代表性的是硼氮化物陶瓷，被广泛应用于制造电子设备、航空发动机部件等高技术领域。
此外，氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等也是具有较高研究价值的先进陶瓷材料。
二、先进陶瓷的研究方法与技术研究与制备先进陶瓷材料需要综合运用各种先进的分析和测试手段，具体包括：1、材料结构表征技术材料结构表征技术是对先进陶瓷材料进行分析和测试的基础。
常见的结构表征技术包括X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等。
通过这些手段，可以对先进陶瓷材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体生长机制等进行分析和测试，为进一步的研究和制备奠定基础。
2、先进陶瓷的制备技术除了对材料结构进行分析和测试之外，制备技术也是研究先进陶瓷材料不可或缺的一部分。
目前常见的制备技术包括凝胶注模、毒气法、物理气相沉积法、激光沉积法、等离子烧结法等。
先进陶瓷材料的制备与应用研究
先进陶瓷材料的制备与应用研究陶瓷是一种重要的工程材料，它具有优异的绝缘性能、耐高温性能、耐腐蚀性能以及优良的机械性能。
随着科技的不断进步，人们对陶瓷材料的需求也越来越高，使得先进陶瓷材料的制备与应用研究成为当今研究的热点之一。
先进陶瓷材料的制备是一个复杂而精细的过程。
目前，常用的制备方法主要有固相反应法、溶胶-凝胶法、气相法等。
固相反应法是最基础、最常见的一种制备方法，它通过将原料按照一定比例混合，并在高温下使其发生反应，形成所需陶瓷材料。
溶胶-凝胶法是一种化学方法，它通过在溶液中加入适量的化学试剂，然后将其干燥凝胶化，最后进行高温烧结，制备出高纯度、细颗粒的陶瓷材料。
气相法是一种新兴的制备方法，它利用气体在高温下进行化学反应，生成陶瓷材料。
这些制备方法都具有各自的优点和缺点，根据不同的需求和要求可以选择不同的方法。
先进陶瓷材料的应用研究主要包括结构陶瓷、功能陶瓷和纳米陶瓷等方面。
结构陶瓷主要是指用于支撑、隔离、固定等结构性作用的陶瓷材料，如陶瓷刀具、陶瓷混料管等。
功能陶瓷则是指具有特殊功能的陶瓷材料，如陶瓷电容器、陶瓷压电器件等。
纳米陶瓷是一种新型的陶瓷材料，具有优异的力学性能和热稳定性，广泛应用于摩擦材料、防弹材料等领域。
除了传统的制备方法和应用领域，近年来，随着先进技术的发展，还涌现出了一些新的研究方向和方法。
例如，通过设计合成新型的陶瓷材料，可以改善其性能和功能，如陶瓷复合材料、陶瓷基复合材料等。
此外，还有一些研究着眼于陶瓷材料的制备和性能测试技术的创新，如材料表征技术、纳米加工技术等。
这些新的研究方向和方法为先进陶瓷材料的制备和应用研究提供了新的思路和途径。
先进陶瓷材料的制备与应用研究不仅对提高传统陶瓷材料的性能和功能具有重要意义，还为未来新型材料的研究和发展奠定了基础。
而陶瓷材料的研究和应用不仅仅局限于工程领域，还广泛应用于生命科学、能源、环境保护等诸多领域。
因此，加强先进陶瓷材料的制备与应用研究，对于推动科技创新和社会发展具有重要的意义。
先进陶瓷材料的生产技术研究
先进陶瓷材料的生产技术研究先进陶瓷材料是指那些物理、化学性能和使用寿命优于传统陶瓷的材料。
与传统陶瓷相比，先进陶瓷材料通常具有较高的强度、韧性、耐磨性、耐高温和耐腐蚀性，因此在各种工业和科研领域得到广泛应用。
本文将对先进陶瓷材料的生产技术进行探讨。
一、先进陶瓷材料的种类先进陶瓷材料主要包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和复合陶瓷。
氧化物陶瓷如氧化铝、氧化锆等，具有高熔点、硬度高、抗磨损、绝缘、韧性低等特点。
非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅、硼化硅等，具有高温度下稳定性好、硬度高、强度高、导热性能好等特点。
复合陶瓷是指由两种或两种以上的主要陶瓷材料组成的一种材料，如氧化铝/碳化硅、碳化硅/氮化硅等，具有优良的综合性能。
二、先进陶瓷材料生产技术1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指将一个或多个金属离子或有机化合物在适当条件下合成胶体颗粒，然后通过热处理得到一种纯净的陶瓷材料。
该方法具有化学组成均匀、微结构均一、纯度高等优点，适用于制备氧化物、非氧化物和复合陶瓷等多种材料。
2. 等离子喷涂法等离子喷涂法是指将高温等离子体中的陶瓷颗粒熔化，使其在基材上形成涂层。
该方法具有喷涂速度快、适用于大面积涂层、生产周期短等优点，适用于制备氧化铝、氧化锆等多种材料。
3. 热等静压法热等静压法是指将陶瓷颗粒加热到高温，然后在强压力下进行压实，最终得到一种高密度的陶瓷材料。
该方法适用于制备复杂形状的氧化物、非氧化物和复合陶瓷，具有成本低、成型能力强等优点。
三、先进陶瓷材料的应用先进陶瓷材料应用广泛，主要涉及到以下领域：1. 电子和电气工程氧化物陶瓷在半导体材料制备中有着重要的应用，如锆酸铅和钛酸锆等可用作独立电容器、铁电器件和压电器件的基础材料。
非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅可用作高性能射频器件和半导体蒸发器的基础材料。
2. 机械工程先进陶瓷材料在机械工程中有着广泛的应用，如氧化铝材料可用于制作轴承、封头、瓦块等，碳化硅材料可用于制作机械密封件、热交换器等。
先进陶瓷材料的力学性能与应用
先进陶瓷材料的力学性能与应用陶瓷，这玩意儿咱们都不陌生，家里的碗碟好多就是陶瓷做的。
但今天咱要说的可不是普通陶瓷，而是先进陶瓷材料。
咱先来说说先进陶瓷材料的力学性能。
这力学性能就好比一个人的身体素质，得够硬、够强、够耐用。
先进陶瓷材料那可是相当厉害，它的强度高得让人惊叹！就拿氧化铝陶瓷来说，那硬度简直了，比不少金属还牛。
有一次我在实验室，看到一块氧化铝陶瓷片，薄薄的一片，我拿个小锤子轻轻敲了敲旁边的铁块，铁块凹进去一块。
然后我又敲了敲这陶瓷片，嘿，锤子反弹回来，陶瓷片一点事儿没有！这强度，真是让人服气。
还有它的韧性，也比传统陶瓷强太多了。
以前的陶瓷，稍微一摔就碎成渣渣，可先进陶瓷材料就不一样了。
比如说氧化锆陶瓷，它具有良好的韧性，能承受一定程度的弯曲和拉伸。
我曾经看到一个实验，把一根氧化锆陶瓷棒固定在两端，然后在中间逐渐加重物，眼看着那重物越来越多，陶瓷棒就是不断，这韧性，简直绝了！再说说它的耐磨性。
先进陶瓷材料在这方面表现也很出色。
就像碳化硅陶瓷，用它来做机械零件，在长时间的摩擦和磨损下，依然能保持良好的工作状态。
我记得有个工厂，用碳化硅陶瓷做的密封环，在高速运转的设备里工作了好久，拿出来一看，几乎没什么磨损的痕迹，这要是换成普通材料，早就磨得不成样子啦。
说完力学性能，咱们再聊聊它的应用。
先进陶瓷材料在很多领域那可是大显身手。
在医疗领域，人工关节很多就是用氧化锆陶瓷做的。
为啥呢？因为它强度高、耐磨，而且生物相容性好，植入人体后不容易引起排斥反应。
想象一下，有个人因为关节问题行动不便，换上了先进陶瓷材料的人工关节后，又能健步如飞了，这得多神奇！在电子领域，先进陶瓷材料也是不可或缺的。
比如说陶瓷电容器，它具有良好的稳定性和耐高温性能。
咱们的手机、电脑里都有它的身影。
我有一次手机坏了，拿去修理，师傅拆开给我指了指里面的陶瓷电容器，说这小东西别看不起眼，作用可大着呢。
在航空航天领域，先进陶瓷材料更是发挥着重要作用。
先进陶瓷材料的制备及性能研究
先进陶瓷材料的制备及性能研究近年来，随着科技水平的不断提升，先进陶瓷材料的研究也越来越深入，成果也越来越丰硕。
先进陶瓷材料具有高温、高强、耐磨、耐腐蚀等优异性能，因此在航空航天、电子、医疗等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍先进陶瓷材料的制备及性能研究进展，并对其应用前景进行展望。
一、先进陶瓷材料的种类及特点先进陶瓷材料的种类繁多，常见的有氧化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆等。
它们的共同特点在于高温、高强、耐磨、耐腐蚀等优异性能。
例如氮化硅，硬度极高，可用于磨具、切割工具等领域；碳化硅，热导率高，可用于高温设备的制造；氧化铝，绝缘性好，可用于电子元器件的制造。
同时，先进陶瓷材料还具有化学稳定性、热稳定性等优点。
二、先进陶瓷材料的制备方法先进陶瓷材料的制备方法较为繁琐，主要分为高温烧结、凝胶浸渍、溶胶-凝胶法等。
高温烧结法是一种常用的制备方法。
在高温下，陶瓷粉末经过烧结后形成致密结构，从而提高材料的强度和硬度。
凝胶浸渍法则是根据陶瓷材料的不同特性及应用环境，优化设计制备过程，通过浸泡、滴淋、涂布等方式将陶瓷材料沉积在基材上，反复烘干、烧结等工艺形成。
溶胶-凝胶法是利用溶液的成分的变化使粉末状氧化物逐渐转化为凝胶，然后将凝胶干燥和高温处理，从而获得具有高纯度、高硬度等特性的陶瓷材料。
以上制备方法各有优点，需要根据具体的材料及应用环境来选择最适合的制备方法。
三、先进陶瓷材料的性能研究先进陶瓷材料的性能研究是其发展的重要基础。
先进陶瓷材料的高温、高强、耐腐蚀等性能，得益于其致密的结构和特殊的晶粒组织。
因此，陶瓷材料的微观结构和组织对其力学性能、化学性质等方面具有重要的影响。
最近，先进陶瓷材料的性能研究主要集中在以下几个方面：1. 先进陶瓷材料的力学性能研究，例如抗拉强度、弹性模量等。
2. 先进陶瓷材料的热物性能研究，例如热导率、热膨胀系数等。
3. 先进陶瓷材料的化学性能研究，例如化学稳定性、耐腐蚀性等。
4. 先进陶瓷材料的微观结构及组织研究，例如晶粒形态、晶粒大小等。
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4 固体臵换方法
这是由美国加尼弗尼亚大学化学和生物化学系 及固态化学中心Lin Rao和Richard B Kammer 于1994年提出的制备先进陶瓷粉体的一种方法， 它通过控制固态前驱物反应因素，按下式反应 进行：
通常，MX是金属(M)的卤化物(X)，AY是碱性金属元素 (A)的氮化物(Y)。反应通常在氮气氛下进行，反应生 成物通过洗涤方法而与碱的卤化物副产品分离，反应 是通过添加像盐一类的惰性添加物来控制产物结晶。 如反应的活化能低的话，则可局部加热使开始反应然 后按自燃烧方式进行直至生成产物，文献指出，通过 选样合适前驱体，可以在几秒内很容易生成结晶的BN， AIN以及TiB2-TiN-BN超微粉体，从而证实这是一条合 成非氧化物的有效途径，其反应的方程式分别为：
－Si3N4的碳热还原合成
此外，还有用此法生产β́-Sialon粉体的报导， 以天然高岭土为原料制备β́-Sialon粉体的反 应设备简单，成本低，过程易控制，其本质是 利用强还原剂在高温下将高岭土还原，打开 Si—O键，并在氮气氛中进行氮化。
粉体涂碳法
(2)粉体涂碳法 粉体涂碳法首先是由 Glatmaier and Koc提出的。由涂碳SiO2通过 碳热还原和氮化方法制备Si3N4粉，如用Si3N4 粉作为种子添加到涂碳前驱体中将大大加速氮 化反应。丙烯(C3H6)作为涂层气体，所得颗粒 尺寸小0.3-0.7μm，比表面积4.5m2·g-1，氧的 质量分数为1.2％。
碳热还原法
(1)碳热还原法 这是制备非氧化物超微粉体 的一种廉价工艺过程，20世纪80年代曾用SiO2、 Al2O3在N2或Ar下同碳直接反应制备了高纯超细 Si3N4、AlN和SiC粉末。以Si3N4的
Si3N4的碳热还原合成
(ⅰ)首先生成一氧化硅： (ⅱ)生成的CO(g)与SiO2(s)反应，亦生成SiO： (ⅲ)生成的CO2又与C(s)反应生成一氧化碳，进 一步促进反应进行： (iv)生成的CO(g)和Si成技术
粉体的液相制备技术
粉体的气相合成技术
9.1.1 粉体的固相合成
热分解法 固相化学反应法 自蔓延法
1 热分解法
这是一类从固体原料经化学反应而获得超微粉 体的方法。其中主要有热分解法、固相化学反 应法以及自蔓燃法。 1．热分解法 它是加热分解氢氧化物、草酸盐、硫酸盐而获 得氧化物固体粉料的方法。通常按方程式 (16—1)进行：
3 自蔓延燃烧高温合成
又称为SHS法。它是利用物质反应热的自传导作用，使 不同的物质之间发生化学反应，在极短的瞬间形成化 合物的一种高温合成方法。反应物一旦引燃，反应则 以燃烧波的方式向尚无反应的区域迅速推进，放出大 量热，可达到1500-4000℃的高温，直至反应物耗尽。 根据燃烧波蔓延方式，可分为稳态和不稳态燃烧两种， 一般认为反应绝热温度低于1527℃的反应不能自行维 持。]967年，前苏联科学院物理化学研究所 Borovinskaya、Skhio和Merzhanov等人开始使用过渡 金属与B、C、N2等反应，至今已合成了几百种化合物， 其中包括各种氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、金 属间化合物等；不仅可利用改进的SHS技术合成超微粉 体乃至纳米粉末，而且可使传统陶瓷制备过程简化， 可以说是对传统工艺的突破与挑战，精简工艺，缩短 过程，成为制备先进陶瓷材料，尤其是多相复合材料 如梯度功能材料的一个崭新的方法。
AlN粉末的自蔓延合成
近十多年，随AIN陶瓷日益受到重视，尤其是 高热导率，使之成为超大规模的集成电路基板 的新选材料，从而对AlN粉末的SHS合成技术日 感兴趣，并探讨了反应机制是Al蒸发后，以Al 蒸汽形式与氮反应的气固反应(VC)，不同的氮 气渗透条件将生成不同特征的AlN粉末。并用 自蔓燃生成的AlN粉末进行了低温烧结和高热 导陶瓷开发。
第九章 先进陶瓷材料
先进陶瓷材料(或称无机非金属材料)作为材料科 学的组成部分之一，是一个年轻的学科，加之研 究对象的复杂性，因此有许多问题，许多新内容 有待于人们去解决、去研究、去探索。早在20世 纪60年代，美国材料顾问委员会在美国国防部支 持下先后组织了两个委员会对材料制备领域进行 了调研，获得了这样总的重要结论：“为了实现 具有均匀性和重复性的无缺陷显微结构以便提高 可靠性，陶瓷制备科学是必需的”。先进陶瓷材 料足凝聚态物理、固态化学、结晶化学、
胶体溶液的特点
由上所述，胶体溶液既是一个具有一定分散度 动力稳定的多相分散系统而又是一个热力学不 稳定的系统，这两个基本特征为陶瓷粉体制备 提供了条件。
溶胶的起始原料
(3)溶胶的起始原料 作为溶胶的起始原料， 如表16-4、16-5所示，可以是金属无机盐类、 金属有机盐类、金属有机络合物以及金属醇盐 等。
溶胶－凝胶的转化
(4)溶胶-凝胶的转化 由于溶胶的浓度小于10 ％，故体系中含有大量水，胶凝化过程只是体 系失去流动性而体积并未减小或只略为减小， 往往可以通过化学的方法，控制溶胶中电解质 浓度迫使颗粒间相互靠近，克服斥力从而实现 胶凝作用。
溶胶凝胶法制备陶瓷粉体的的特点
(1)高度的化学均匀性。这是因为溶胶是由溶 液制得，胶体颗粒间以及胶体颗粒内部化学成 分完全一致； (2)高纯度。同其它化学法一样，用sol-gel法 过程无任何机械步骤； (3)超微尺寸颗粒。胶体颗粒尺寸小于 0.1μm(1000埃) (4)不仅可制得复杂组分的氧化物陶瓷粉体， 而且可以制备多组分的非氧化物陶瓷粉体，发 展前景良好。
自蔓延高温合成的优点
自蔓延高温合成方法的主要优点有：①节省时 间，能源利用充分；②设备、工艺简单，便于 从实验室到工厂的扩大生产；③产品纯度高、 产量高等，张宝林等人详细研究了硅粉在高压 氮气中自蔓延燃烧合成Si3N4粉。认为：①在适 当条件下，硅粉在100—200s内的自蔓延燃烧 过程中可以完全氮化，产物含氮量达39％(质 量分数)以上，氧含量为0.33％(质量分数)， 生成β-Si3N4相；②在硅粉的自蔓延燃烧反应 中，必须加入适量的Si3N4晶种；③硅粉SHS燃 烧波的传布速度随氮气压力升高、反正物填装 密度减小而增大，但与反应物组成无关。文献 提
热分解分两步进行，先在固相A中生成新相B的 核，然后接着新相B核的成长。通常，热分解
例如 Mg(OH)2脱水反应
例如，Mg(OH)2的脱水反应，按反应方程式(16-2)生成MgO粉体， 是吸热型的分解反应。
热分解的温度和时间，对粉体的晶粒生长和烧结性有 很大影响，气氛和杂质的影响也是很大的。为获得超 微粉体(比表面积大)，希望在低温和短时间内进行热 分解。方法之一是采用金属化合物的溶液或悬浮液喷 雾热分解方法。为防止热分解过程中核生成和成长时 晶粒的固结需使用各种方法予以克服。例如，在针状 γ-Fe2O3超微粉体制备时，为防止针状粉体间的固结 添加SiO2。
由于金属醇盐一般均含有M—O键。在制备氧化物时， 起始材料通常均是金属醇盐。近十年的工作表明，利 用金属有机化合物取代金属醇盐作为起始原料，可以 制备出非氧化物如Si3N4、SiC等超微粉体，例如， Hatakegama等人利用PTES[C6H5Si(OC2H5)3]和 TEOS[Si(OC2H5)4]混合作为起始原料，通过改进工艺， 制备出超微β-SiC粉体，先是将摩尔分数分别为67％ PTES和33％TEOS混合水解，经一系列缩聚反应处理而 得到颗粒尺寸在0.9-5μm的凝胶粉体，然后在15001800℃Ar气氛下热处理面获得了40nm左右β-SiC多晶 球形体，β-SiC纯度达99.12％；又如向军辉等人，以 TiO(OH)2溶胶和碳黑为主原料，采用加入少量OP乳化 剂，使碳黑分散均匀，再加入去离子水，使溶胶充分 水解而凝胶化，在空气中120-150℃干燥，再在石墨坩 埚中于N2气氛下经1400-1600℃反应合成Ti(C，N)，通 过工艺条件控制可获得粒径<100nm的超微粉末。
胶体化学以及各有关工程科学等多学科的边缘 学科，其主要内涵包括材料的合成与制备、组 成与结构、材料的性能与使用效能四方面，它 们之间存在着强烈的相互依赖关系(图16-1)。 其中合成与制备主要研究促使原子、分子结合 而构成有用材料的一系列化学、物理连续过程。 对合成与制备过程中每个阶段所发生的化学、 物理过程认真加以研究，可以揭示其过程的本 质，为改进制备方法，建立新的制备技术提供 科学基础，在更为宏观的尺度上或以更大的规 模控制材料的结构，使之具备所需的性能和使 用效能，从而使材料的性能具有重复性、可靠 性，并在成本与价格上有竞争力。
Si3N4碳热还原的特点
Dow 陶氏化学
文献报导了美国Dow化学公司，在DOE资助下开 展了用碳热还原氢化工艺生产热机部许刚的高 质量、低价位的Si3N4粉末。以SiO2为起始原料 进行碳热还原作为规模生产的途径，并与二酰 亚胺分解和直接氮化途径进行比较，碳热还原 方法原料价格便宜，且颗粒尺寸、尺寸分布、 α/β比例以及比表面积均可控制，表16-2为 Dow化学公司生产的Si3N4粉末的主要物性，αSi3N4含量大于95％，表16-3为Allied Signal GS-44烧结的主要物性。
材料化学与陶瓷
9.1 超微粉体制备化学
先进陶瓷材料是由晶粒和晶界组成的多晶烧结 体，超微粉体的合成是制备高性能先进陶瓷材 料乃至纳米陶瓷首先所面临的问题。表16-1 列出了有关涉及到的合成方法，其中绝大多数 均涉及化学问题。现在看来，要想合成到超微 的粉料从表中是可以找到合适的方法的，但要 做到少团聚或无团聚的粉料就不是易事了，规 模化生产的难度更大。下面详细介绍其中几种 合成方法。
(2)溶胶的动力学特性和热力学的不稳定性 组成溶胶 的固体质点具有布朗运动的特性，即热运动特性。颗 粒具有自发的向低浓度(化学位)的区域运动，形成扩 散。在重力作用下，胶体颗粒会发生沉积，但由于颗 粒尺寸小，扩散作用足以抵抗重力作用而形成具有一 定浓度的沉积平衡，这称之谓溶胶的动力学特性。 另外，根据DLVO理论，胶体颗粒之间存在引力fA 及双电层的静电斥力fR，因而总的作用力f总=fA+fR， 当胶体颗粒间有一定距离时，f总>0，胶体稳定；f总<0， 引力大于斥力，则胶体颗粒间容易聚合，体系发生聚 沉。因而控制胶体颗粒的运动功能(温度)和电性(电解 质种类和浓度)即可控制胶体颗粒间的距离。