固相反应制备陶瓷粉末(化学反应还原法)
实验一固相法（solid-phasemethod）合成粉体
实验一固相法（solid-phase method）合成粉体粉体（powder）是大量固体粒子的集合系，是在物质本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态颗粒，但具有与固体不尽相同的性质。
粉体的特性，诸如颗粒度、颗粒形状、粒度分布、比表面积、团聚状态、吸附性质等对技术陶瓷的烧结性及显微结构有着决定性的影响，从而影响技术陶瓷的性能。
因此，制备质量优良的粉体是获得性能优越的技术陶瓷制品的重要基础。
固相法是制备技术陶瓷粉体的重要方法之一，主要通过固相反应得到粉体。
固相法制备粉体技术在技术陶瓷粉体的工业生产中，应用非常广泛。
固相法制备的粉体颗粒一般为几个微米~数十微米之间。
下面以BaTiO3粉体的制备为例，介绍固相法制备粉体的工艺过程。
一．原料碳酸钡（BaCO3) ，分析纯：二氧化钛（TiO2），分析纯。
二．仪器和设备氧化铝坩埚，烧杯，球磨机，高温炉（硅碳棒作发热体，Tmax = 1350 ℃，Pt-Rh-Pt热电偶测温）, 干噪箱，电子天平。
三．实验步骤1 ．配料计算预制备20 克BaTiO3粉体，计算所需要的BaCO3和TiO2用量。
其中，Ba /Ti （摩尔比）= l : 1 。
2 ．称料在电子天平上分别称取所需要的BaCO3和TiO2，精确到0.01 克，放入烧杯中备用。
3 ．混料采用湿式球磨混合的方法，将BaCO3和TiO2粉末原料进行充分混合。
球磨过程中，应采用玛瑙球，盛料容器应选用玻璃质或塑料质，避免使用铁质容器，以免铁质等受主杂质的混入，对BaTiO3陶瓷的电学性能产生不利影响。
料：球：水（质量比）=1 : l.5 : 2 ，球磨时间为20 -24 小时。
所用的水选用蒸馏水。
4 ，干燥将经球磨混合的原料放入烧杯中，然后在干燥箱中进行干燥处理：T=105℃，t = 12h 。
5 ．焙烧将干混合料放入坩埚中，然后移入高温炉中进行熔烧。
焙烧的温度和时间为：T =1100-1150 ℃，t =2-4h，从而得到BaTiO3粉体。
钛酸钡陶瓷制备实验报告(3篇)
第1篇实验目的本实验旨在了解钛酸钡陶瓷的制备过程，掌握固相反应法合成钛酸钡陶瓷的实验步骤，并通过对实验结果的分析，探讨影响钛酸钡陶瓷性能的关键因素。
实验原理钛酸钡（BaTiO3）是一种具有钙钛矿结构的压电陶瓷材料，广泛应用于电容器、传感器、换能器等领域。
钛酸钡陶瓷的制备主要通过固相反应法，即利用高温使钡源和钛源发生化学反应，生成钛酸钡晶体。
实验材料1. 纯度≥99.9%的钛酸钡原料2. 纯度≥99.9%的钡源3. 纯度≥99.9%的钛源4. 纯度≥99.9%的氧化铝（Al2O3）作为助熔剂5. 砂轮研磨机6. 高温炉7. 精密天平8. 精密移液器9. 烧结炉10. 显微镜11. X射线衍射仪（XRD）实验步骤1. 原料准备：称取适量的钛酸钡原料、钡源、钛源和氧化铝，精确至0.01g。
2. 原料混合：将称取好的原料放入球磨罐中，加入适量的去离子水，开启砂轮研磨机进行球磨，时间为2小时。
3. 干燥：将球磨后的浆料在60℃下干燥12小时，得到干燥的粉体。
4. 压制成型：将干燥后的粉体进行压制成型，得到尺寸为10mm×10mm×1mm的陶瓷片。
5. 烧结：将陶瓷片放入高温炉中，在1300℃下烧结2小时。
6. 性能测试：对烧结后的钛酸钡陶瓷进行XRD分析，测定其物相组成；使用显微镜观察其微观结构；测量其介电常数和介电损耗。
实验结果与分析1. XRD分析：通过XRD分析，发现钛酸钡陶瓷主要成分为BaTiO3，没有其他杂质相生成。
2. 微观结构：通过显微镜观察，发现钛酸钡陶瓷晶粒尺寸均匀，分布良好。
3. 介电常数和介电损耗：测量结果表明，钛酸钡陶瓷的介电常数为3450，介电损耗为1.89%，满足实验要求。
结论本实验采用固相反应法成功制备了钛酸钡陶瓷，实验结果表明，该方法能够得到物相组成单一、微观结构良好的钛酸钡陶瓷。
通过调整原料配比、球磨时间、烧结温度等因素，可以进一步优化钛酸钡陶瓷的性能。
固相法制备陶瓷粉体
固相反应法生产陶瓷粉体一、 固相反应法的特点固相法是通过从固相到固相的变化来制造粉体，其特征是不像气相法和液相法伴随有气相→固相、液相→固相那样的状态（相）变化。
对于气相或液相，分子（原子）有很大的易动度，所以集合状态是均匀的，对外界条件的反应很敏感。
另一方面，对于固相，分子（原子）的扩散很迟缓，集合状态是多样的。
固相法其原料本身是固体，这较之于液体和气体都有很大的差异。
固相法所得的固相粉体和最初固相原料可以使同一物质，也可以不是同一物质。
[1]二、 物质粉末化机理一类是将大块物质极细地分割，称作尺寸降低过程，其特点是物质无变化，常用的方法是机械粉碎（用普通球磨、振磨、搅拌磨、高能球磨、喷射磨等进行粉碎），化学处理（溶出法）等。
另一类是将最小单位（分子或原子）组合，称作构筑过程，其特征是物质发生了变化，常用的方法有热分解法（大多数是盐的分解），固相反应法（大多数是化合物，包括化合反应和氧化还原反应），火花放电法（常用金属铝产生氢氧化铝）等。
三、 固相反应的具体方法1、 机械粉碎法主要应用是球磨法，机械球磨法工艺的主要目的包括离子尺寸的减小、固态合金化、混合或融合以及改变离子的形状。
目前已形成各种方法，如滚转磨、振动磨和平面磨。
采用球磨方法，控制适合的条件可以得到纯元素、合金或者是复合材料的纳米粒子。
其特点是操作简单、成本低，但产品容易被污染，因此纯度低，颗粒分布不均匀[2]。
2、热分解法热分解反应不仅仅限于固相，气体和液体也可引发热分解反应，在此只讨论固相的分解反应，固相热分解生成新的固相系统，常用如下式子表示（S 代表固相、G 代表气相）：1211212S S G S S G G →+→++第一个式子是最普通的，第二个式子是第一个式子的特殊情况。
热分解反应基本是第一式的情况。
3、 固相反应法由固相热分解可获得单一的金属氧化物，但氧化物以外的物质，如碳化物、硅化物、氮化物等以及含两种金属元素以上的氧化物制成的化合物，仅仅用热分解就很难制备，通常是按最终合成所需组成的原料化合，再用高温使其反应的方法，其一般工序如左图所示。
固相反应法制备ALON陶瓷粉体的研究
固相反应法制备ALON陶瓷粉体的研究
齐建起;周纪承;庞微;何俊峰;苏媛媛;廖志君;伍登学;卢铁城
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2007(36)A01
【摘要】采用微米级和纳米级的AlN粉体分别与纳米级Al2O3粉体组成不同原料体系,经球磨混合、干燥、高温焙烧、研磨过筛和再球磨等工艺步骤,尝试了纯相ALON陶瓷粉体的制备,并通过改变原料配比和焙烧工艺,借助XRD等分析,研究了原料粒度和配比、焙烧工艺以及纳米AlN在高温下氮气气氛中的氧化对制备粉体物相组成的影响,并在采用适当的原料配比和焙烧工艺下,制备得纯相ALON陶瓷粉体,并对其球磨前后的粒度分布、分散性以及表面活性进行了测试分析。
【总页数】4页(P88-91)
【关键词】固相反应法;纯相;ALON粉体
【作者】齐建起;周纪承;庞微;何俊峰;苏媛媛;廖志君;伍登学;卢铁城
【作者单位】四川大学物理系和辐射物理及技术教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG146
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中;李永祥;胡述涛;侯国文
3.微波固相法与常规高温固相法制备镁铝尖晶石粉体的对比研究 [J], 郭华强;张鑫;朱冠宇;冯福中;王延庆
4.高温固相反应工艺制备AlON粉体 [J], 刘学建;李会利;黄政仁;王士维;江东亮
5.碳热原位合成SiC_w/Al_2O_3复相陶瓷粉体的制备工艺及反应机理 [J], 王朝胜;邹正光;邵珊;崔超;龙飞
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PZT陶瓷制备
PZT陶瓷制备一、PZT陶瓷制备的工艺流程压电陶瓷生产的工艺流程（以传统固相烧结为例）为：配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试。
1、原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多数是金属氧化物，少数也可以是碳酸盐（预烧时可分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度有利于提高产品质量。
通常使用转动球磨机或震动球磨机进行原料混合及粉碎。
另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，且效率高。
2、预烧中的反应过程预烧过程一般需要经过四个阶段：线性膨胀（室温—400℃）固相反应（400—750℃）收缩（750—850℃）晶粒生长（800-900℃以上）在固相反应过程中，反应可分为四个区域，如图1[1]所示，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应；区域Ⅱ：Pb+TiO2→PbTiO3；区域Ⅲ：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x Ti x)O3；区域Ⅳ：Pb(Zr1-x Ti x)O3系统的反应区域+PbTiO3→Pb(Zr1-x’Ti x’)O3(x＜x’)。
图1 2PbO-TiO2-ZrO2系统的反应区域●—X射线测得点；○化学分析测得点，旁边数字代表已反应的PbO的百分数，烧结时间为零指刚到炉温的时刻；P—正交PbO；Z—单斜ZrO2；T—四方TiO2；PT—四方PbTiO3；PZT—Pb(Zr1-x Ti x)O3固定保温时间2h，改变预烧温度，随着温度的升高，在540℃左右，进入区域Ⅱ，形成PbTiO3；在650℃左右，进入区域Ⅲ，TiO2消失，Pb（Zr,Ti）O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，PbO和ZrO2消失；到1200℃时，PbTiO3消失，成为单相的Pb（Zr，Ti）O3。
陶瓷工艺学习题答案
一、绪论及陶瓷原料1、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？2、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？3、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？4、宋代五大名窑及其代表产品？5、在按陶瓷的基本物理性能分类法中，陶器、炻器和瓷器的吸水率和相对密度有何区别？6、陶瓷工艺学的内容是什么？7、陶瓷生产基本工艺过程包括哪些工序？8、列举建筑卫生陶瓷产品中属于陶器、炻器和瓷器的产品？9、陶瓷原料分哪几类？10、粘土的定义？评价粘土工艺性能的指标有哪些？11、粘土是如何形成的？高岭土的由来和化学组成；12、粘土按成因和耐火度可分为哪几类？13、粘土的化学组成和矿物组成是怎样的？14、什么是粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标？15、粘土在陶瓷生产中有何作用？16、膨润土的特点；17、高铝质原料的特点和在高级耐火材料中的作用；18、简述石英的晶型转化在陶瓷生产中有何意义？19、石英在陶瓷生产中的作用是什么？20、各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领域；21、长石类原料分为哪几类？在陶瓷生产中有何意义？22、钾长石和钠长石的性能比较；23、硅灰石、透辉石、叶腊石（比较说明）作为陶瓷快速烧成原料的特点；24、滑石原料的特点，为什么在使用前需要煅烧？25、氧化铝有哪些晶型？为什么要对工业氧化铝进行预烧？26、氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的相互转变有何特征？27、简述碳化硅原料的晶型及物理性28、简述氮化硅原料的晶型及物理性能。
二、粉体的制备与合成1、解释什么是粉体颗粒、一次颗粒、二次颗粒、团聚？并解释团聚的原因。
2、粉体颗粒粒度的表示方法有哪些？并加以说明。
3、粉体颗粒粒度分布的表示方法有哪些？并加以说明。
4、粉体颗粒粒度测定分析的方法有哪些？并说明原理。
5、粉体颗粒的化学表征方法有哪些？6、粉碎的定义及分类，并加以说明。
7、常用的粉碎方法有哪些？画出三种粉碎流程图。
8、机械法制粉的主要方法有哪些？并说明原理。
9、影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？10、化学法合成粉体的主要方法有哪些？并说明原理。
BF-BT陶瓷的制备固相烧结法
固相烧结是混合粉末或者样品在高温下物质相互扩散，使微观离散颗粒逐渐形成连续的固态结构，此过程样品整体自由能降低，然而强度提高。
固相烧结过程包含了表面扩散、晶界扩散、晶界迁移、颗粒重排等烧结机制的作用。
3.3.2工艺流程的说明：(1)配料：流程与要求：1)按照化学方程式严格计算配比。
2)原料质量要计入纯度。
3)应该尽量采用较光滑的，不吸水的称量用纸。
4)称量完毕的药品直接放入球磨罐，不能与其他介质接触。
5)钥匙在使用之前与每次换料之前必须要严格擦洗干净。
6)称量准确，一般应该精确到小数点后3位，误差不能超过0.5mg。
(2)混合：流程与要求：1)使用球磨机，球磨既使得物料颗粒变细又使得不同组分可以充分混合。
2)方式为湿磨，湿磨可以增大研磨效率，有利于粉料的细化。
3)球磨介质的选取应该不溶解原材料。
使该介质淹没锆球。
4)溶剂的添加必须采用注射器量取，量以磨完后料成浆状为宜。
出料时可适宜添加溶剂。
5)球磨罐磨料以30g左右为宜，一般不超过50g。
相应的锆球比例（直径10:6.5:5）=（质量70:100:120）。
其中，本次试验的球磨介质是无水乙醇，取量为45ml。
另外，采用锆球是防止引起样品的介电性能降低。
将聚酯罐放入行星式球磨机，以225r/min转速球磨12小时，使原料混合均匀。
完成后，将浆状药品放入烘干机中烘干。
(3)预烧：流程与要求：1)采用压块预烧，增大接触面积和结合力，降低预烧温度，方便反应，较少挥发。
2)压片压力为6-8Mpa。
3)预烧温度的选择要求：生成纯相；颗粒均匀，颗粒不能太大，可用XRD 检测。
本次试验是采用的压块预烧，模具的直径为30mm，压片厚度为18mm，压力为8Mpa。
温度为450o C，预烧180min。
(4)粉碎：流程与要求：1)一般先采用研钵粗磨，然后用球磨机精磨。
2)研钵使用过程中要注意：大颗粒要压碎，不能直接磨，导致损伤研钵并引入杂质。
3)粗磨要磨到肉眼看不到颗粒为止。
陶瓷粉体制备ppt课件
解速度有利于溶胶凝胶形成。 湿度。一般<50% 温度。提高温度促进水解、缩聚反应，缩短
凝胶时间
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醇盐分解法
采用金属醇盐M(OR)n为先驱体，以无水乙醇为溶 剂，遇水后很容易水解形成氧化物或其水合物。
控制水解条件可以获得粒径几纳米到几十纳米的超 细粉。
2. 在适当的高温下煅烧合成 3. 将合成的熟料块体粉碎研磨至所需细度
主要用于合成复合氧化物（如BaTiO3等）
BaCO3 TiO2 BaTiO3 CO2
3Al2O3 2SiO2 3Al2O3 2SiO2
3
碳热还原反应法
非氧化物的合成
碳化物
TiO2 C ArTiC CO2 SiO2 3C Ar SiC 2CO
R O
R O
Si
H2O
O R
O R
H O
OH
Si
HO
O H
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水热法
在密闭反应釜（高压釜）内，采用水溶液为反应介质，对 反应釜加热，溶剂蒸发形成高温高压，使通常条件下难溶 或不溶的物质发生溶解析出传质，得到晶体颗粒。
优点：
晶粒发育完整、细小、均匀； 无（或少）团聚； 无煅烧及粉碎等加工过程。
这两种力的合力状态决定了颗粒的团聚 与分散（DLVO理论）。 影响分散的因素：
pH、电解质溶液中离子强度 分散剂
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干燥过程
干燥过程中的团聚主要是由颗粒间液体 的表面张力产生的。
P 2 LV cos
R
• 乙醇的表面张力比水小，因此，通过乙 醇清洗后再干燥，可减少干燥中的团聚 程度。
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化学反应法
Hale Waihona Puke 影响固体扩散动力的因素都会影响固态反应： 缺陷、界面、裂缝、颗粒大小分布，颗粒形状，混合 物的均一性、反应气氛、温度和时间等。
优点：成本较低 缺点： 存在球磨污染；较难控制粉末颗粒的形状； 反应不完全。
还原法
碳还原硅石的反应被工业上广泛的应用于碳化硅粉 末的生产： SiO2+3C→SiC+2CO 上述反应理论上应在1500° C以上发生，但实际上 往往在更高的温度下发生反应。 有副反应发生。获得的产品含有黑色或绿色晶体状 偏析物，这些偏析物被破碎、冲洗和沉积，可以产生不 良的相。 反应程度受反应颗粒的接触面积和混合的非均匀性 所限制。导致残留有未反应的SiO2和C。这些问题在最 近已通过预先往SiO2颗粒上涂上C再反应来解决。这样 得到的SiC粉体更加纯净且颗粒的尺寸能够小于0.2 um 。
化学反应法
当产物层中的扩散控制着产物生成速率时，产
物层的厚度遵循一个抛物线定律： y2=Kt（由菲克第一定律得，K满足阿累尼乌斯 关系）。 对于粉末之间的反应，推导反应动力学公式需 引入几个简单的假设： 反应物A为等尺寸的球形，嵌入反应物B的准连 续介质中；产物均连续的形成于反应物A的颗粒上 。
按界面反应动力学范围的圆球模型转化率公式： 产物层厚度 x = R0[1-（1-G）1/3] 将上式代入抛物线方程x2 =Kt得： x2 = R02[1-（1-G）1/3]2= Kt
化学反应法
以形成尖晶石的反应AO+B2O3=AB2O4为例：
可能的反应机理。包括：（1）O2分子氧分子以气态 形式进行传输，电子通过产层传输以达到电中性；（2） 阳离子和氧离子的静态对扩散；（3）O-2离子在产物层 中扩散 由于在尖晶石中，较大的O-2离子扩散速度比阳离子 慢的多，所以（3）中所表示的机理被排除。如果理想的 接触发生在相界上，此时O2分子的输运速度很慢，则（1 ）中所示的机理就不再重要。在这种条件下，最可能的 机理是阳离子对扩散。整个反应由扩散控制。
[1-（1-G）1/3]2= K/R02t
KJ
K
2 R0
2D
2 R0
K=2D/ρ
图8-7 固相反应的Jander方程
5
化学反应法
由于抛物线关系只适用于平面边界上的 一维扩散，而不适用于球面几何系统。 因此， 该公式适用于y<<a时，即粉末反应的初 始阶段。 如果考虑反应物和产物之间的摩尔体积 的变化，则有： [1+(Z-1)α]2/3+(Z-1)(1-α)2/3=Z+(1Z)Kt/a2 称为Carter方程式 右图1400℃下空气中球形ZnO和Al2O3生 成ZnAl2O4的反应动力学行为，显示 Carter 方程的有效性
固相反应制备陶瓷粉末 ---化学反应、还原法
化学反应法
固相反应一般需在较高温度下进行，但反应
开始的温度远低于反应物的熔点或系统低共熔点 温度。这一温度与系统内部出现明显扩散的温度 一致，称为泰曼温度或烧结开始温度。 泰曼(Tamman)温度——系统内部出现明显 扩散的温度(为固相反应开始温度)。 对于固体由于扩散速度慢，整个反应由扩散 控制（大多数固相反应属此类情况）。