高温固相合成
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高温固相合成法
高温固相合成法高温固相合成法是一种常用于制备无机材料的方法，具有简单易操作、成本较低等优点。
本文将详细介绍这种方法的定义、特点、机制、优缺点以及应用领域。
一、定义：高温固相合成法是指在高温条件下，将原料粉末按照一定配方混合，并在惰性气氛下加热，使其化学反应生成所需的无机材料的方法。
二、特点：1、简单易操作高温固相合成法操作简单，一般只需要将原料粉末按照一定的配比混合，然后加热反应即可，无需太多的设备和技术支持。
2、成本较低高温固相合成法的原料通常都是便宜易得的，且反应过程中无需额外地消耗太多的能源，因此成本相对较低。
3、产品纯度较高高温固相合成法操作温度相对较高，通常可以使原料快速反应，反应生成的产物纯度较高。
三、机制：高温固相合成法的反应过程主要包括两部分，即原料混合和加热反应。
1、原料混合在高温惰性气氛下，将所需原料按照一定的配比混合，形成均匀的反应体系。
2、加热反应将反应混合物放入高温烘箱或炉内，进行加热反应。
在惰性气氛下，反应体系中的原料粉末发生化学反应，生成所需的无机材料。
四、优缺点：1、优点（1）简单易操作（2）成本较低（3）产物纯度较高（4）能够制备较难制备的无机材料2、缺点（1）反应温度较高，可能会使一些材料失去活性（2）产物形貌不易控制（3）容易产生杂质五、应用领域：高温固相合成法被广泛应用于无机材料的制备，例如：（1）金属氧化物陶瓷材料（2）半导体材料（3）无机非金属材料（4）光学材料（5）电池材料总之，高温固相合成法是一种简单、低成本、高效的制备无机材料的方法，可广泛应用于各种领域。
高温固相法
高温固相合成是指在高温（1000~1500℃）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，如含氧酸盐类、二元或多元陶瓷化合物等。
高温固相法是一种传统的制粉工艺，虽然有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等，由于该法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，迄今仍是常用的方法。
高温固相合成是指在高温（1000~1500℃）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，如含氧酸盐类、二元或多元陶瓷化合物等。
高温固相法是一种传统的制粉工艺，虽然有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等，由于该法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，迄今仍是常用的方法。
扩展资料合成稀土三基色荧光粉的几种方法.（一）高温固相反应法此方法是制备稀土三基色荧光粉最原始的一种方法.以稀土三基色荧光粉中的红色荧光粉（YEu）O3为例,用这种方法制备的工艺如下：称取一定计量比的Y2O3和Eu2O3(99.99%或以上)加入定量助熔剂,混匀在1300-1500ºC灼烧2h左右后取出研磨并洗涤即可.这种方法操作简单但粒度较大,会有成分偏析的现象,这样会降低发光效率,若灼烧温度偏高则会烧结严重在最后研磨时会破坏激活剂所在的晶格位置从而导致发光效率的降低.（二）共沉淀法制备前驱体在发现了高温固相法的缺点后人们一直在探索一种新的方法试图克服高温固相反应的弊端.结果发现,在溶液合成荧光粉会使产品成分均匀.方法如下：（同样以红色荧光粉为例）取一定配比的Y2O3和Eu2O3(99.99%或以上)用HNO3或HCl溶解,制成混合稀土酸溶液后用草酸与其反应直至完全在经烘干,其他方法同方法（一）.这种方法制出的产品成分组成相对均匀很少出现成分的偏析,但粒度不易控制,工序比第一种方法稍复杂.以上两种方法使比较常用的也已形成工业化生产,虽然两种方法都存在着不足,但这两种方法制备出来的产品比其他方法合成的产品在发光性能指标上有着很大的优势.。
高温固相合成
专题二：高温固相合成
高温固相的合成
• • • • • 第一节 高温的获得和测量 第二节 高温合成反应类型 第三节 高温下的固相反应 第四节 化学反应转移 第五节 稀土复合氧化物固体材料的高温合成
第一节 高温的获得和测量
• 高温是无机合成的一个重要手段，为了进行高温无机合成 ，就需要一些符合不同要求的产生高温的设备和手段。这 些手段和它们所能达到的温度，如表所示。
第一节 高温的获得和测量
6光学温度计 光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度(即物体的单 色亮度)随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。原 理与具体使用方法可参阅有关专著。 使用热电偶测量温度虽然简便可靠，但也存在一些限 制。例如，热电偶必须与测量的介质接触，热电偶的热电 性质和保护管的耐热程度等使热电偶不能用于长时间较高 温度的测量，在这方面光学高温计具有显著的优势。 1.不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度 场。 2.测量温度较高，范围较大，可测量700一6000℃。 3.精确度较高，在正确使用的情况下，误差可小到正负 10℃，且使用简便、测量迅速。
第一节 高温的获得和测量
热电偶高温计具有下列优点： 1.体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用 方便。 2.主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根 线较细，所以热惰性很小，有良好的热感度。 3. 能直接与被测物体相接触，不受环境介质如烟雾、 尘埃、二氧化碳、蒸气等影响而引起误差，具有较 高的准确度，可保证在预期的误差以内。 4.测温范围较广，一般可在室温至2000℃左右之间应 用，某些情况其至可达3000℃。 5.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动 记录，便于集中管理
第一节 高温的获得和测量
热电偶使用时，注意避免受到侵蚀，污染和电磁的干扰，要求 有一个不影响其热稳定的环境。 热电偶材料有：纯金属、合金和非金属半导体等。纯金属的均 质性，稳定性和加工性一般均较优，但热电势并不是太大，某 些特殊合金热电势较大，具有适于特定温度范围的测量，但均 质性、稳定性通常都次于纯金属。 热电偶适用温度范围： 纯金属和合金的高温热电偶，一般可应用于室温至2000℃左 右的高温，某些合金的应用范围甚至高达3000℃，常用的高温 热电偶材料为Pt,Rh,Ir铱，W等纯金属和含Rh较高的Pt-Rh合金 ，Ir-Rh合金和W-Re合金。
高温固相的合成
• • • • • 第一节 高温的获得和测量 第二节 高温合成反应类型 第三节 高温下的固相反应 第四节 化学反应转移 第五节 稀土复合氧化物固体材料的高温合成
第一节 高温的获得和测量
• 高温是无机合成的一个重要手段，为了进行高温无机合成 ，就需要一些符合不同要求的产生高温的设备和手段。这 些手段和它们所能达到的温度，如表所示。
第一节 高温的获得和测量
6光学温度计 光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度(即物体的单 色亮度)随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。原 理与具体使用方法可参阅有关专著。 使用热电偶测量温度虽然简便可靠，但也存在一些限 制。例如，热电偶必须与测量的介质接触，热电偶的热电 性质和保护管的耐热程度等使热电偶不能用于长时间较高 温度的测量，在这方面光学高温计具有显著的优势。 1.不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度 场。 2.测量温度较高，范围较大，可测量700一6000℃。 3.精确度较高，在正确使用的情况下，误差可小到正负 10℃，且使用简便、测量迅速。
第一节 高温的获得和测量
热电偶高温计具有下列优点： 1.体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用 方便。 2.主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根 线较细，所以热惰性很小，有良好的热感度。 3. 能直接与被测物体相接触，不受环境介质如烟雾、 尘埃、二氧化碳、蒸气等影响而引起误差，具有较 高的准确度，可保证在预期的误差以内。 4.测温范围较广，一般可在室温至2000℃左右之间应 用，某些情况其至可达3000℃。 5.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动 记录，便于集中管理
第一节 高温的获得和测量
热电偶使用时，注意避免受到侵蚀，污染和电磁的干扰，要求 有一个不影响其热稳定的环境。 热电偶材料有：纯金属、合金和非金属半导体等。纯金属的均 质性，稳定性和加工性一般均较优，但热电势并不是太大，某 些特殊合金热电势较大，具有适于特定温度范围的测量，但均 质性、稳定性通常都次于纯金属。 热电偶适用温度范围： 纯金属和合金的高温热电偶，一般可应用于室温至2000℃左 右的高温，某些合金的应用范围甚至高达3000℃，常用的高温 热电偶材料为Pt,Rh,Ir铱，W等纯金属和含Rh较高的Pt-Rh合金 ，Ir-Rh合金和W-Re合金。
材料的固相合成
在晶核上的晶体生长也有相当的困难。
原料中的Mg2+和Al3+扩散为速控步，则需要 横跨两个界面的扩散才有可能在核上发生晶 体生长反应，并使原料界面间的产物层加厚。
总结：升高温度是有利于离子键的断裂和重新 组合，有利于晶格中Mg2+和Al3+离子扩散的， 因而明显有利于促进反应。
影响这类固相反应速率的主要因素：
碳元素反应性： 金刚石：三维晶体，它在—定的温度范围 内几乎对所有试剂 都是稳定的；
石墨：具有层状结构，在室温到 450℃的温度范围 内很容易与其它物质发生嵌入反应，生成层状嵌入 化合物，当然这种反反应是可逆的：
HF／F2，25度 石墨 —————石墨氟化物(黑色)，C3.6F～C4.0F
HF／F2，450度 石墨 ——————石墨氟化物(白色)．CF0.68～CF
2.4.3.3 固相反应与液相反应的差别
(3) 热力学状态函数的差别 K3[Fe(CN)6]与I-在溶液中不反应，但固相
中反应可以生成 k4[Fe(CN)6]和I2，原因是各 物质尤其是I-处于固态和溶液中的热力学函数 不同，加上I2（S）的易升华挥发性，从而导 致反应方向上的截然不同。
2.4.3.3 固相反应与液相反应的差别
2 低热固相化学反应的特有规律
（1）潜伏期
固相化学反应：单组分和多组分固相化学
多组分固相化学反应存在潜伏期
原因：
扩散：反应开始于两相的接触部分，反应继续进行，反应物需 以扩散方式通过生成物进行物质输运，而这种扩散对大多数固 体是较慢的。
成核：产物只有集积到一定大小时才能成核，而成核需要一定 温度，低于某一温度Tn，反应则不能发生。 总结: 两种过程均受温度的显著影响，温度越高，扩散越快，产 物成核越快，反应的潜伏期就越短；反之，则潜伏期就越长。 当低于成核温度Tn时，固相反应就不能发生。
高温固相合成NixZn1-xFe2O4铁氧体及物相组成分析
越 来 越 受 到广 大 材 料 科 学研 究 工 作 者 的重 视 。 由于 镍一 锌铁 氧体 是一 种双 复介 质 ，它 不但 具有 一 般介 质 材 料 的欧姆 损耗 、 化损 耗 、 子和 电 子共 振损 耗 ． 极 离 还
（＝ ～ ．） 氧 体 。 ｘ ０ ０９ 铁 用差 热 分 析 、 射 线衍 射 等 测 试 技 术 对 样 品 进 行 分 Ｘ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｎｉ ｌ ｅ ４（ ＝０４． ）ｆｒ ｔｓ ｗｅｅ ｓ ｎｈ ｓ ｅ ｙ ｈ ｇ ｓｒ ｃ ： Ｚｎ ２ Ｆ ０ －） ９ ｅｒ ｅ ｒ ｙ ｔｅ ｉ ｄ ｂ ｉｈ ｉ ｚ
ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｓ ｌ ｔｔ ａ ｔ ｎ ｗｉ ２ ，Ｚ Ｏ ｎｄＮｉ ａ ａ ｍａ ｅｉ ｌ ． ｅ ｅ ａｕｒ ｏ ｉ ｓａ ｅｒ ｃ ｉ ｔ Ｆｅ０３ ｎ ａ Ｏ ｓｒ ｗ ｔ ｒａ ｓ ｄ ｅ ｏ ｈ
１２ 铁 氧 体 制 备 与 结 构 分 析 ．
Ｓ ＤＴＡ ｎｄ ＸＲＤ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｄ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｒ ｉ ｇ ｅ ａ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｗｅ ｈ ｔ ａ ｌｈ ｒ ｄ ｃ ｓ ｗｅ ｅ ｓｎ ｌ ｐ ａ ｅ ｏ ｐ ｎ ｌｓ ｕ ｔ ｒ ｅ ｒ ｅ ｅｏｎ ｅ ｏ ｃ ｂ ｃ ｃ ｙ ｔ ｌｓ ｔ ｍ ｄ ａｌ ｈ ｓ ｆｓ ｉ ｅ ｔ ｃ ｕ ｅ ｆ ｒｉ ｓ ｂ ｌ ｇ ｄ ｔ ｕ ｉ ｒ ｓａ ｙｓｅ ａ ｌ ｒ ｔ ｎ
Ｓ ｎ ｈ ｓｓ ａ ｄ Ｐｈ ｓ ａｙ ｉ ｆ ｙ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ Ａｎ ｌｓｓ ｏ
Ｎｉ ｎ Ｆ ｙ ＨｉｈＴｅ ｐ ｒｔ ｒ １ ｅＯ４ｂ ｇ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ
分 析 和研 究 Ｎ 含 量增加 对产 品物相 和结构 的影响 。 ｉ
高温固相法制备全解课件
金属氧化物
制备方法
高温固相法通常用于制备金属氧 化物，通过将金属元素与氧气在 高温下反应，得到相应的金属氧
化物。
应用领域
金属氧化物在陶瓷、电子、光学等 领域有广泛应用，如二氧化钛用于 制备光催化剂，氧化铁用于制备颜 料等。
影响因素
制备过程中，温度、气氛、原料纯 度等都会影响金属氧化物的结构和 性能。
对于易燃易爆的原料，应特别注意安全，避免火源和静 电。
05
高温固相法制备实例
氧化锌的制备
总结词
高温固相法是制备氧化锌的重要方法之一，通过控制原料的配比、反应温度和时间，可以得到高纯度的氧化锌。
详细描述
高温固相法通常采用锌的氧化物或氢氧化物与氧气在高温下反应制备氧化锌。在制备过程中，需要严格控制反应 温度和时间，以确保得到高纯度、高结晶度的氧化锌。同时，原料的配比对产物的影响也很大，需要经过多次试 验确定最佳配比。
复合氧化物
制备方法
复合氧化物是由两种或多种金属 元素与氧结合形成的化合物，高 温固相法同样适用于制备复合氧 化物。
应用领域
复合氧化物具有优异的物理和化 学性能，广泛应用于催化剂、电 池材料、传感器等领域。
影响因素
制备复合氧化物时，原料配比、 反应温度和时间、气氛等因素都 会影响其结构和性能。
陶瓷材料
高温固相法制备全解
• 高温固相法制备简介 • 高温固相法制备原理 • 高温固相法制备材料 • 高温固相法制备实验 • 高温固相法制备实例 • 高温固相法制备的挑战与展望
目录
01
高温固相法制备简介
定义与特点
定义
高温固相法是一种制备无机固体材料 的方法，通过在高温条件下使固体原 料发生固态反应来制备目标产物。
八章固相过程和高温合成
❖ （3）固相反应产物的性质与扩散特性
❖ 在晶格中和相间的离子扩散是影响固相反应的一个重要因素。有 时甚至称为这类反应速率的控制步骤。因此，固相反应的特征是 必须在高温下进行。
❖
在某些场合，高温下固形物表面发生局部熔融，粘稠的熔融
层有利于传质而促进反应的进行。虽然有液相存在，但从宏观的
流程组织来分类，仍作为固相过程加以考虑，这就是有液相参加
的固相反应过程。
固相反应的几种工业形式
（1）高温热化学加工过程
图 粉末实体的收缩 意谓着单个晶粒的形状变化
体积收缩
焙烧（烧砖) 煅烧（烧石灰） 烧结（制备粉体材 料） 熔融（炼钢）
（2）低温固相反应过程 低温固相反应过程是在常温或较低温度下靠固相中的分子或离子扩
散来进行的。这类过程有气氛处理，蒸气养护等过程，建筑材料的生产 使用很多。 如：蒸汽养护灰渣砖 （3）燃烧合成
黄磷生产的原料与成型工艺
1：原料成型 球团法 烧结法 瘤结法
工艺条件 原料另一重要成分为硅石，一般要求SiO2含 量大于96%，Fe2O3含量小于1.5%，粒度控制 在3～30mm。
焦炭是常用的还原剂。固定碳含量应大于 80% ， 挥 发 分 含 量 小 于 3% ， Fe2O3 含 量 小 于 1.5%，粒度控制在3～15mm。用量一般控制 为炉料中P2O5、Fe2O3、CO2等组分还原需碳 量理论值的105%～120%。
❖ 进一步实现在晶核上的晶体生长也有相当的困难。 因为对原料中的Mg2+和Al3+来讲需要通过已存在
的尖晶石产物层。正确地发生相互扩散到达新的反 应界面。在此阶段有两个反应界面：MgO和尖晶石 之间以及尖晶石和Al2O3之间的界面。通过这样的扩 散才有可能在核上发生晶体生长反应，并使原料界
高温合成反应的类型高温固相合成反应
2
高温炉的种类: 电阻炉，感应炉，电弧炉
箱式电阻炉:又称马氟炉 (muffle) 最常用，台车式电炉
3
电阻炉的发热体
1.金属发热体：马弗炉中的镍铬丝发热体。
高真空或还原气氛中的金属发热材料包括：钽，钨， 钼等。 2.碳素材料发热体 ：用于真空或惰性气氛中。 3.碳化硅发热体：硅碳棒，可达到1350 oC
6
• 电弧炉:
用于熔炼金属如钛、锆等， 也可以制备高熔点的化合物 如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物。起弧熔炼前，将 系统抽真空，然后通入惰性 气体，以免空气进入炉内， 正压不宜过高，以减少损失。
1吨真空电弧炉
7
• 管式炉
(碳管,刚玉管,钨管炉):
碳管真空炉:
可在真空、非真空及各种气氛 条件下使用，适用于冶金、物 理化学、高温冶金工艺、高纯 金属精炼、熔渣侵蚀以及无机 非金属材料的烧成实验. 最高使用温度2000℃，常用温 度1600℃~1800℃，程序升温， 可控硅调压，极限真空为 5×l0-1Pa，加热功率52KW， 加热元件为石墨，加热器尺寸 Φ156/140×370mm，采用热电 偶和红外线测温.
15
光学高温计
• 利用受热物体的单波辐射强度即物质的单色亮度
随温度升高而增长的原理来测量高温 不需要同被测物质接触 测量温度较高，范围较大，可测700-6000℃精 确度较高，使用简便、迅速
• •
16
高温合成反应的类型
• • • • • • • •
高温固相合成反应(制陶反应) 高温固气合成反应 高温化学输运反应 高温熔炼和合金制备 高温相变合成 高温熔盐电解 等离子体中的超高温合成 高温单晶生长和区域熔融提纯
11
• 热电偶的芯线以及绝缘管插入保护管使用。
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2 感应炉
感应炉的主要部件就是一个载有交流电的螺旋形线圈，它就像一个变压 器的初级线圈，放在线圈内的被加热的导体就像变压器的次级线圈，它 们之间没有电路连接。 当线圈上通有交流电时，在被加热体内会产生闭合的感应电流，称为涡 流。由于导体电阻小，所以涡流很大；又由于交流的线圈产生的磁力线 不断改变方向。因此，感应涡流也不断改变方向，新感应的涡流受到反 向涡流的阻滞，就导致电能转换为热能，使被加热物很快发热并达到高 温。这个加热效应主要发生在被加热物体的表面层内，交流电的频率越 高，则磁场的穿透深度越低，而被加热体受热部分的深度也越低。 实验室使用的感应炉，可以将坩埚封闭在一根冷却的石英管中，通过感 应使之加热，石英管中可以保持高真空或惰性气氛。 感应加热主要用于粉末热压烧结和真空熔炼等。
第一节 高温的获得和测量
感应炉实例图
第一节 高温的获得和测量
3电弧炉
电弧炉常用于熔炼金属，如钛、锆等，也可用于 制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物等。电流由直流发电机或整流器供应。 起弧熔炼之前，先将系统抽至真空，然后通入惰 性气体，以免空气渗入炉内，正压也不宜过高， 以减少损失。 在熔化过程中，只要注意调节电极的下降速 度和电流、电压等，就可使待熔的金属全部熔化 而得均匀无孔的金属锭。尽可能使电极底部和金 属锭的上部保持较短的距离，以减少热量的损失 ，但电弧需要维持一定的长度，以免电极与金属 锭之间发生短路。
第二节 高温合成反应类型
很多合成反应需要在高温条件进行。主要的合成反应如下： 1.高温下的固相合成反应。C，N，B，Si等二元金属陶瓷化合物，多种 类型的复合氧化物，陶瓷与玻璃态物质等均是借高温下组分间的固相 反应来实现的。 2.高温下的固—气合成反应。如金属化合物借H2、CO，甚至碱金属蒸 气在高温下的还原反应，金属或非金属的高温氧化、氯化反应等等。 3.高温下的化学转移反应。 4.高温熔炼和合金制备。 5.高温下的相变合成。 6.高温熔盐电解。 7.等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成。 8.高温下的单晶生长和区域熔融提纯。 高温合成反应与化学热力学热别是高温下的热力学和反应动力学及反 应机理关系紧密。
第一节 高温的获得和测量
热电偶使用时，注意避免受到侵蚀，污染和电磁的干扰，要求 有一个不影响其热稳定的环境。 热电偶材料有：纯金属、合金和非金属半导体等。纯金属的均 质性，稳定性和加工性一般均较优，但热电势并不是太大，某 些特殊合金热电势较大，具有适于特定温度范围的测量，但均 质性、稳定性通常都次于纯金属。 热电偶适用温度范围： 纯金属和合金的高温热电偶，一般可应用于室温至2000℃左 右的高温，某些合金的应用范围甚至高达3000℃，常用的高温 热电偶材料为Pt,Rh,Ir铱，W等纯金属和含Rh较高的Pt-Rh合金 ，Ir-Rh合金和W-Re合金。
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
无水三氯化铬是紫色片状晶体，铬离子处于六个 氯离子形成的八面体空隙中。它对水不活泼，但 不能在有水的环境中合成，亦不能直接采用加热 水合物的方法得到，所以一般实验采用CrO3和 CCl4 在管式炉中反应制取。 管式炉通常用于控制气氛中的高温反应，广泛用 于无水卤化物、氮化物等的制备、高温升华提纯 技术、高温下还原制取纯金属和非金属单质。
第一节 高温的获得和测量
5）钨管炉 钨管炉可以达到3000℃的最 高温度。 由于钨易被氧化，为了保温 度良好起见，钨管炉都是在 真空中使用，也可在惰性气 氛或氢气氛中使用。
在1.3×10-3-1.3×10-4 Pa的 真空下操作，如电压为10V， 电流约为1000A，则温度可达 到3000℃
第一节 高温的获得和测量
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
具体装置如下：
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
在高温下发生的反应为：
2Cr2O3+3CCl4=4CrCl3 Cr2O3+CCl4=2CrCl3+COCl2
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
生成的无水三氯化铬在炉内升华与反应物 分离。反应过程中，特别是反应后期会产 生少量有毒的光气。可用体积百分数为5% 的乙醇溶液吸收。
第一节 高温的获得和测量
热电偶高温计具有下列优点： 1.体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用 方便。 2.主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根 线较细，所以热惰性很小，有良好的热感度。 3. 能直接与被测物体相接触，不受环境介质如烟雾、 尘埃、二氧化碳、蒸气等影响而引起误差，具有较 高的准确度，可保证在预期的误差以内。 4.测温范围较广，一般可在室温至2000℃左右之间应 用，某些情况其至可达3000℃。 5.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动 记录，便于集中管理
第一节 高温的获得和测量
6光学温度计 光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度(即物体的单 色亮度)随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。原 理与具体使用方法可参阅有关专著。 使用热电偶测量温度虽然简便可靠，但也存在一些限 制。例如，热电偶必须与测量的介质接触，热电偶的热电 性质和保护管的耐热程度等使热电偶不能用于长时间较高 温度的测量，在这方面光学高温计具有显著的优势。 1.不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度 场。 2.测量温度较高，范围较大，可测量700一6000℃。 3.精确度较高，在正确使用的情况下，误差可小到正负 10℃，且使用简便、测量迅速。
第一节 高温的获得和测量
2）高温箱形电阻炉 这种电阻炉的外壳由钢板 焊接而成，炉膛由高铝砖 砌成长方形，在炉膛与炉 体外壳之间砌筑轻质粘土 砖和充填保温材料。硅碳 棒发热元件安装于炉膛顶 部。如图所示 为了方便控制温度，电炉 配有控制器，来调节和控 制电炉温度。
第一节 高温的获得和测量
高温箱形电阻炉实例图
第一节 高温的获得和测量
1、电阻炉
• 电阻炉 电阻炉是实验室和工业中最常用的 加热炉 • 优点：设备简单，使用方便，温度可精确 地控制在很窄的范围内。 应用在不同的电阻发热材料可达到不同的 温度限度。 注意：一般使用温度应低于电阻材料最高 工作温度，可延长电阻材料的使用寿命。
不同电阻材料的最高工作温度表
• 实验室常用 硅碳棒：1400 ℃
硅钼棒 1700℃
第一节 高温的获得和测量
1）几类重要的电阻发热材料 (1)石墨发热体 用石墨作为电阻发热材料，在真空下可 以达到相当高的温度，但须注意使用的条件，如在氧化或 还原的气氛下，则很难去除石墨上吸附的气体，而使真空 度不易提高，并且石墨常能与周围的气体结合形成挥发性 的物质，使需要加热的物质污染，而石墨本身也在使用中 逐渐损耗。 (2)金属发热体 在高真空和还原气氛下，金属发热材料 如钽、钨、钼等，已被证明是适用于产生高温的。通常都 采用在高真空和还原气氛的条件下进行加热。如果采用惰 性气氛，则必须使情性气氛预先经过高度纯化。有些惰性 气氛在高温下也能与物料反应，如氮气在高温能与很多物 质反应而形成氮化物。在合成纯化合物时，这些影响纯度 的因素都应注意。
第一节 高温的获得和测量
3）碳化硅电炉
用碳化硅发热元件 的加热炉其结构示 意图 发热体是硅碳棒和 硅碳管，可加热到 1350℃，也可以短 时间加入到1500℃ 。
第一节 高温的获得和测量
碳化硅电炉实例图
第一节 高温的获得和测量
4）碳管炉
用碳制的管作为发热元件。 高温时，碳管的使用寿命不很长，构造方 便的炉壳迅速地换装碳管，可很容易地达 到2000℃.
第一节 高温的获得和测量
(3)氧化物发热体 在氧化气氛中，氧化物电阻发 热体是最为理想的加热材料。高温发热体通常存 在一个不易解决的困难，就是发热体和通电导线 如何连接的问题。在连接点上常由于接触不良产 生电弧而致使导线被烧断，或是由于发热体的温 度超过导线的熔点而使之熔断。接触体解决了这 一问题，并可得到均匀的电导率。常用的接触体 的组成往往为氧化物型．如高纯度的95％ThO2和 5％La2O3(或Y2O3)，其工作温度可达1950℃，此 外接触体的组成也可以是85％ZrO2和15％La2O3( 或Y2O3)。
第一节 高温的获得和测量
由上述可知，热电偶高温计被广泛应用于高 温的精密测量中，但是热电偶在使用中，还须注 意避免受到侵蚀、污染和电磁的干扰，同时要求 有一个不影响其热稳定性的环境。例如有些热电 偶不宜于氧化气氛，但有些又应避免还原气氛。 在不合适的气氛环境中，应以耐热材料套管将其 密封，并用惰性气体加以保护，但这样就会多少 影响它的灵敏度。当温度变动较快时，隔着套管 的热电偶就显得有些热感滞后。
第一节 高温的获得和测量
电弧炉实例图
第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
第一节 高温的获得和测量
4温度仪表的主要类型
高温的获得和测量
5热电偶高温计
• 热电偶的工作原理：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测 量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪 表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份 的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流 通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝 克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作 端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。 根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端 温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热 电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时 ，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现 象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
感应炉的主要部件就是一个载有交流电的螺旋形线圈，它就像一个变压 器的初级线圈，放在线圈内的被加热的导体就像变压器的次级线圈，它 们之间没有电路连接。 当线圈上通有交流电时，在被加热体内会产生闭合的感应电流，称为涡 流。由于导体电阻小，所以涡流很大；又由于交流的线圈产生的磁力线 不断改变方向。因此，感应涡流也不断改变方向，新感应的涡流受到反 向涡流的阻滞，就导致电能转换为热能，使被加热物很快发热并达到高 温。这个加热效应主要发生在被加热物体的表面层内，交流电的频率越 高，则磁场的穿透深度越低，而被加热体受热部分的深度也越低。 实验室使用的感应炉，可以将坩埚封闭在一根冷却的石英管中，通过感 应使之加热，石英管中可以保持高真空或惰性气氛。 感应加热主要用于粉末热压烧结和真空熔炼等。
第一节 高温的获得和测量
感应炉实例图
第一节 高温的获得和测量
3电弧炉
电弧炉常用于熔炼金属，如钛、锆等，也可用于 制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物等。电流由直流发电机或整流器供应。 起弧熔炼之前，先将系统抽至真空，然后通入惰 性气体，以免空气渗入炉内，正压也不宜过高， 以减少损失。 在熔化过程中，只要注意调节电极的下降速 度和电流、电压等，就可使待熔的金属全部熔化 而得均匀无孔的金属锭。尽可能使电极底部和金 属锭的上部保持较短的距离，以减少热量的损失 ，但电弧需要维持一定的长度，以免电极与金属 锭之间发生短路。
第二节 高温合成反应类型
很多合成反应需要在高温条件进行。主要的合成反应如下： 1.高温下的固相合成反应。C，N，B，Si等二元金属陶瓷化合物，多种 类型的复合氧化物，陶瓷与玻璃态物质等均是借高温下组分间的固相 反应来实现的。 2.高温下的固—气合成反应。如金属化合物借H2、CO，甚至碱金属蒸 气在高温下的还原反应，金属或非金属的高温氧化、氯化反应等等。 3.高温下的化学转移反应。 4.高温熔炼和合金制备。 5.高温下的相变合成。 6.高温熔盐电解。 7.等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成。 8.高温下的单晶生长和区域熔融提纯。 高温合成反应与化学热力学热别是高温下的热力学和反应动力学及反 应机理关系紧密。
第一节 高温的获得和测量
热电偶使用时，注意避免受到侵蚀，污染和电磁的干扰，要求 有一个不影响其热稳定的环境。 热电偶材料有：纯金属、合金和非金属半导体等。纯金属的均 质性，稳定性和加工性一般均较优，但热电势并不是太大，某 些特殊合金热电势较大，具有适于特定温度范围的测量，但均 质性、稳定性通常都次于纯金属。 热电偶适用温度范围： 纯金属和合金的高温热电偶，一般可应用于室温至2000℃左 右的高温，某些合金的应用范围甚至高达3000℃，常用的高温 热电偶材料为Pt,Rh,Ir铱，W等纯金属和含Rh较高的Pt-Rh合金 ，Ir-Rh合金和W-Re合金。
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
无水三氯化铬是紫色片状晶体，铬离子处于六个 氯离子形成的八面体空隙中。它对水不活泼，但 不能在有水的环境中合成，亦不能直接采用加热 水合物的方法得到，所以一般实验采用CrO3和 CCl4 在管式炉中反应制取。 管式炉通常用于控制气氛中的高温反应，广泛用 于无水卤化物、氮化物等的制备、高温升华提纯 技术、高温下还原制取纯金属和非金属单质。
第一节 高温的获得和测量
5）钨管炉 钨管炉可以达到3000℃的最 高温度。 由于钨易被氧化，为了保温 度良好起见，钨管炉都是在 真空中使用，也可在惰性气 氛或氢气氛中使用。
在1.3×10-3-1.3×10-4 Pa的 真空下操作，如电压为10V， 电流约为1000A，则温度可达 到3000℃
第一节 高温的获得和测量
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
具体装置如下：
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
在高温下发生的反应为：
2Cr2O3+3CCl4=4CrCl3 Cr2O3+CCl4=2CrCl3+COCl2
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
生成的无水三氯化铬在炉内升华与反应物 分离。反应过程中，特别是反应后期会产 生少量有毒的光气。可用体积百分数为5% 的乙醇溶液吸收。
第一节 高温的获得和测量
热电偶高温计具有下列优点： 1.体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用 方便。 2.主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根 线较细，所以热惰性很小，有良好的热感度。 3. 能直接与被测物体相接触，不受环境介质如烟雾、 尘埃、二氧化碳、蒸气等影响而引起误差，具有较 高的准确度，可保证在预期的误差以内。 4.测温范围较广，一般可在室温至2000℃左右之间应 用，某些情况其至可达3000℃。 5.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动 记录，便于集中管理
第一节 高温的获得和测量
6光学温度计 光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度(即物体的单 色亮度)随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。原 理与具体使用方法可参阅有关专著。 使用热电偶测量温度虽然简便可靠，但也存在一些限 制。例如，热电偶必须与测量的介质接触，热电偶的热电 性质和保护管的耐热程度等使热电偶不能用于长时间较高 温度的测量，在这方面光学高温计具有显著的优势。 1.不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度 场。 2.测量温度较高，范围较大，可测量700一6000℃。 3.精确度较高，在正确使用的情况下，误差可小到正负 10℃，且使用简便、测量迅速。
第一节 高温的获得和测量
2）高温箱形电阻炉 这种电阻炉的外壳由钢板 焊接而成，炉膛由高铝砖 砌成长方形，在炉膛与炉 体外壳之间砌筑轻质粘土 砖和充填保温材料。硅碳 棒发热元件安装于炉膛顶 部。如图所示 为了方便控制温度，电炉 配有控制器，来调节和控 制电炉温度。
第一节 高温的获得和测量
高温箱形电阻炉实例图
第一节 高温的获得和测量
1、电阻炉
• 电阻炉 电阻炉是实验室和工业中最常用的 加热炉 • 优点：设备简单，使用方便，温度可精确 地控制在很窄的范围内。 应用在不同的电阻发热材料可达到不同的 温度限度。 注意：一般使用温度应低于电阻材料最高 工作温度，可延长电阻材料的使用寿命。
不同电阻材料的最高工作温度表
• 实验室常用 硅碳棒：1400 ℃
硅钼棒 1700℃
第一节 高温的获得和测量
1）几类重要的电阻发热材料 (1)石墨发热体 用石墨作为电阻发热材料，在真空下可 以达到相当高的温度，但须注意使用的条件，如在氧化或 还原的气氛下，则很难去除石墨上吸附的气体，而使真空 度不易提高，并且石墨常能与周围的气体结合形成挥发性 的物质，使需要加热的物质污染，而石墨本身也在使用中 逐渐损耗。 (2)金属发热体 在高真空和还原气氛下，金属发热材料 如钽、钨、钼等，已被证明是适用于产生高温的。通常都 采用在高真空和还原气氛的条件下进行加热。如果采用惰 性气氛，则必须使情性气氛预先经过高度纯化。有些惰性 气氛在高温下也能与物料反应，如氮气在高温能与很多物 质反应而形成氮化物。在合成纯化合物时，这些影响纯度 的因素都应注意。
第一节 高温的获得和测量
3）碳化硅电炉
用碳化硅发热元件 的加热炉其结构示 意图 发热体是硅碳棒和 硅碳管，可加热到 1350℃，也可以短 时间加入到1500℃ 。
第一节 高温的获得和测量
碳化硅电炉实例图
第一节 高温的获得和测量
4）碳管炉
用碳制的管作为发热元件。 高温时，碳管的使用寿命不很长，构造方 便的炉壳迅速地换装碳管，可很容易地达 到2000℃.
第一节 高温的获得和测量
(3)氧化物发热体 在氧化气氛中，氧化物电阻发 热体是最为理想的加热材料。高温发热体通常存 在一个不易解决的困难，就是发热体和通电导线 如何连接的问题。在连接点上常由于接触不良产 生电弧而致使导线被烧断，或是由于发热体的温 度超过导线的熔点而使之熔断。接触体解决了这 一问题，并可得到均匀的电导率。常用的接触体 的组成往往为氧化物型．如高纯度的95％ThO2和 5％La2O3(或Y2O3)，其工作温度可达1950℃，此 外接触体的组成也可以是85％ZrO2和15％La2O3( 或Y2O3)。
第一节 高温的获得和测量
由上述可知，热电偶高温计被广泛应用于高 温的精密测量中，但是热电偶在使用中，还须注 意避免受到侵蚀、污染和电磁的干扰，同时要求 有一个不影响其热稳定性的环境。例如有些热电 偶不宜于氧化气氛，但有些又应避免还原气氛。 在不合适的气氛环境中，应以耐热材料套管将其 密封，并用惰性气体加以保护，但这样就会多少 影响它的灵敏度。当温度变动较快时，隔着套管 的热电偶就显得有些热感滞后。
第一节 高温的获得和测量
电弧炉实例图
第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
第一节 高温的获得和测量
4温度仪表的主要类型
高温的获得和测量
5热电偶高温计
• 热电偶的工作原理：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测 量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪 表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份 的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流 通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝 克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作 端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。 根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端 温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热 电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时 ，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现 象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。