4-高温固相
高温固相法流程
高温固相法流程高温固相法呀，那可有点意思呢。
一、原料准备。
咱得先把要用的原料都找齐咯。
就像是做饭要先准备食材一样。
这些原料可不能随便选，得根据咱要合成的东西来精心挑选。
比如说要合成某种陶瓷材料，那就得把陶瓷的各种组成成分原料准备好。
这些原料呢，要尽可能的纯净，杂质太多的话，就像汤里混进了沙子，最后合成出来的东西质量可就不咋地啦。
而且原料的颗粒大小也有讲究哦，太粗或者太细都可能影响后面的反应。
二、混合原料。
原料齐了之后呢，就得把它们混合到一起啦。
这就像是把不同的调料混合在一起，要搅拌均匀才行。
混合的方式有好多，比如可以用球磨机来磨一磨，让它们充分接触。
这个过程中呀，就像一群小伙伴在一个小房间里互相打闹、认识彼此一样。
如果混合不均匀，那有些地方原料多，有些地方原料少，反应的时候就会出问题，就像一群人干活，有的地方人多干得快，有的地方人少干得慢，最后事情就办不好啦。
三、预烧。
混合好之后呢，就要进行预烧啦。
预烧这个环节就像是给原料们来个热身运动。
在比较高的温度下，让原料之间先发生一点小反应，就像大家先互相熟悉熟悉彼此的脾气。
这个温度呢，要控制得恰到好处。
温度低了，预烧效果不好，就像热身不够，后面干活没力气；温度高了呢，可能就会出现一些不想要的反应，就像热身过度反而受伤了。
预烧的时间也很重要哦，时间短了没效果，时间长了可能也会有其他问题。
四、研磨。
预烧完了之后，材料可能会结块或者变得不均匀，这时候就得再研磨一下啦。
这就像是把一块有点硬的面团重新揉一揉，让它变得更细腻均匀。
研磨的时候也要小心，不能太用力把材料的结构破坏了，也不能太轻，不然还是不均匀。
五、高温烧结。
研磨好之后呢，就是最重要的高温烧结环节啦。
这时候要把材料放到高温炉里，让温度升得高高的。
这个温度可是非常关键的，就像烤蛋糕的温度一样，高一点低一点都可能影响成品的质量。
在高温下，原料之间会发生剧烈的反应，原子们就像一群兴奋的小蚂蚁，跑来跑去，重新排列组合，最后形成我们想要的材料结构。
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。
高温固相反应
高温固相反应高温固相反应是一种在高温下进行的化学反应，其特点是反应物处于固态，反应温度较高。
高温固相反应在化学领域具有广泛的应用，不仅可以用于合成新材料，还可以改善材料的性能。
高温固相反应的原理是在高温下，反应物的分子能量增加，使得反应物分子之间的键能得到破坏，从而使反应能够进行。
由于高温下的反应速率较快，可以在较短时间内完成反应。
高温固相反应可以用于合成新材料。
例如，可以利用高温固相反应合成氮化硅陶瓷材料。
在高温下，硅粉和氮气反应生成氮化硅。
氮化硅具有高的硬度、高的熔点和良好的热稳定性，可以用于制作高温工具和耐磨材料。
高温固相反应还可以改善材料的性能。
例如，可以利用高温固相反应改善钢的硬度和耐磨性。
在高温下，钢和碳粉反应生成碳化物。
碳化物具有高的硬度和优良的耐磨性，可以用于制作刀具和轴承。
除了合成新材料和改善材料性能外，高温固相反应还可以用于制备金属。
例如，在高温下，金属矿石和还原剂反应生成金属。
这种方法被广泛应用于金属冶炼和提取。
高温固相反应在工业生产中具有重要的意义。
例如，在水泥生产中，利用高温固相反应将石灰石和粘土烧成水泥熟料。
水泥熟料经过磨碎和混合后，可以制成水泥。
水泥具有良好的硬化性和抗压强度，广泛用于建筑工程中。
在高温固相反应中，反应温度的选择非常重要。
过低的温度会导致反应速率过慢，反应难以进行；过高的温度则会导致反应物分解或副反应的发生。
因此，需要根据反应物的性质和反应条件来选择适当的反应温度。
高温固相反应是一种在高温下进行的化学反应，具有广泛的应用。
通过高温固相反应，可以合成新材料，改善材料性能，制备金属以及在工业生产中得到应用。
高温固相反应的研究和应用将有助于推动化学领域的发展，为人们提供更多高性能材料和高效的生产方法。
高温固相法制备SrAl2O4和性能测试开题报告
材料科学与工程学院高温固相法制备SrAl2O4及其性能测试开题报告任课教师：梁小平王虹班级：材料093姓名：学号： 0910210311日期： 2012.9.20目录一．课题背景1.长余辉发光材料发光机理2.铝酸盐长余辉发光材料的研究背景3. 铝酸盐长余辉发光材料存在的一些缺陷4. 长余辉发光的几点基本规律5. 铝酸盐长余辉发光材料的发展前景6.长余辉发光材料的制备方法7.我们所用高温固相法的优缺点二．实验部分1.实验原料2.实验设备3.实验步骤4.试剂用量三．试验计划安排四．组内分工1.有关周三焙烧实验的分工2.有关周四测试实验的安排五．参考文献一．课题背景1.长余辉发光材料发光机理如上图所示：激活剂（施主）被掺入基质后，在禁带中靠近导带的位置形成一系列杂质能级，对在导带运动的电子起陷阱作用，电子可能在陷阱中停留很长的时间，只有在外力作用下才会被释放；在光子的激发下，电子从激活剂基态跃迁到激发态（过程1）；若电子直接返回基态能级即产生瞬时发光现象（过程2），就是荧光发射；光激发还会使一些电子跃迁到导带上（过程3），并被限制在陷阱中（过程4）；如果处于能级陷阱中的电子得到足够的能量E，它们就会从陷阱中释放出来（过程5），这是，它们可能是被陷阱重新俘获，也可能是通过导带跃迁到激活剂基态（过程6），与发光中心复合，引起长时间的发光即余辉。
2.铝酸盐长余辉发光材料的研究背景①罗昔贤，3003.4. 《新型硅酸盐长余辉发光材料》研究发现：Eu +2，L n共激活的镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物和镁硅钙石结构的硅酸盐化合物的余辉发光性能最好。
②栾林， 2009年 1月《锶铝比例对铝酸锶长余辉发光材料性能的影响》系统研究了 Eu2+ 、Dy3+ 共激活的铝酸锶长余辉发光材料的发光特性与 A l/S r比例的关系. 采用高温固相法合成了 A l/Sr从 1. 0到 12. 0的一系列样品, 对其进行了 XRD 和荧光光谱测试, 当 Al/Sr= 2. 0、3. 5、10. 0 时, 分别得到了 SrA l O : Eu2+ , Dy3+ 、Sr A l O : Eu2 Dy3+ 、SrA l O : Eu2+ , Dy3+ 的纯相, 其它比例时得到的是不同铝酸锶化合物的混合物, 样品的相组成呈明显的过渡性变化, 导致样品的发光颜色随 A l/Sr比例的增大, 从蓝绿光向短波长方向移动, 最终到达紫光。
高温固相反应在金属冶炼中的应用
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
高温固相反应在金属冶 炼中的应用
铁矿的还原
铁矿的还原是高温固相反应在金属冶炼中的重要应用之一。 通过高温还原反应，铁矿石中的铁元素被还原成金属铁。通 常使用碳作为还原剂，在高温下与铁矿石发生反应，生成铁 和一氧化碳。
铁矿的还原过程需要在高炉中进行，高炉中的温度和气氛条 件需要精确控制，以确保还原反应顺利进行。生成的铁块称 为生铁，可以进一步加工成各种钢铁产品。
铝矿的提取是高温固相反应在金属冶炼中的又一重要应用 。铝矿石通常含有较高的铝含量，但铝元素被氧化铝所包 裹，需要经过高温还原反应才能提取出来。
铝矿的提取通常在电解槽中进行，将铝矿石和碳还原剂混 合加热至高温，通过高温还原反应将氧化铝还原成金属铝 。生成的铝液可以进一步加工成各种铝制品。
镍矿的冶炼
镍矿的冶炼是将镍元素从镍矿石中提 取出来的重要过程。镍矿石通常含有 较低的镍含量，需要经过选矿和富集 处理，然后通过高温熔炼提取镍。
展
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
01
高温固相反应概述
高温固相反应的定义
定义
高温固相反应是指在高温条件下，固体物质之间通过物理或 化学作用，导致物质组成、结构和性质发生变化的过程。
解释
高温固相反应通常涉及原子或分子的重新排列和组合，形成 新的晶体结构。这种反应可以在没有液体或气体的条件下进 行，通常在金属冶炼、陶瓷、玻璃等领域有广泛应用。
高温固相反应的类型
类型
高温固相反应可以根据不同的分类标准进行分类。根据反应机理，高温固相反应可分为扩散控制反应 和化学反应控制反应；根据反应温度，可分为低温固相反应（<1000℃）、中温固相反应（ 1000℃~1700℃）和高温固相反应（>1700℃）。
一种高温固相制备li5feo4的方法及其应用与流程
一种高温固相制备li5feo4的方法及其应用与流程高温固相法是一种常用的制备Li5FeO4的方法，其基本原理是通过高温下将适量的原料混合混磨，然后在高温条件下进行反应，最终得到Li5FeO4。
一种典型的高温固相法制备Li5FeO4的方法如下：1.原料准备：将适量的Li2CO3和Fe2O3按照一定的摩尔配比分别称量并粉碎，然后将两种粉末混合。
2.混磨：将混合后的粉末放入球磨机中进行混磨处理，以增加反应物的接触面积，促进反应的进行。
3.烧结：将混磨后的粉末放入烧结炉中，在高温下进行烧结处理。
常用的烧结温度为600-800℃，烧结时间一般为数小时。
4.冷却：待烧结结束后，将炉内的样品冷却至室温。
5.粉碎：将烧结后的样品取出，粉碎成所需颗粒大小的粉末。
6.筛分：对粉碎后的样品进行筛分，得到所需的Li5FeO4粉末。
通过高温固相法制备的Li5FeO4可广泛应用于锂离子电池等领域，具有以下应用和优势：1.锂离子电池：Li5FeO4可用作正极材料，在锂离子电池中具有较高的比容量和循环性能，有望替代传统的正极材料，提高电池的能量密度和循环寿命。
2.超级电容器：Li5FeO4在超级电容器中可用作导电材料，具有高电导率和高比容量，能够提高超级电容器的储能性能。
3.光催化：Li5FeO4可用作催化剂，在光催化反应中具有较高的催化活性，可应用于环境治理、水分解产氢等领域。
4.高温电子器件：Li5FeO4在高温条件下具有较好的稳定性和导电性，可用于制备高温电子器件，如高温传感器、高温电阻器等。
总体流程如下：原料准备-混磨-烧结-冷却-粉碎-筛分通过上述步骤，可以制备出高纯度、颗粒均匀的Li5FeO4粉末。
这种高温固相法制备的Li5FeO4不仅具有良好的电化学性能，还具有广泛的应用前景，对于推动锂离子电池等领域的发展具有重要意义。
高温固相法制备ZnMoO_(4):Eu^(3+)荧光粉及其发光性质研究
（b）
5D0 → 7F2
ZnMoO4:xEu3+ λem=617nm
x=0.01 x=0.02 x=0.03 x=0.04 x=0.05
ZnMoO4 在此条件下成功地被制备出来，并且没有杂相生成。 此外，Eu3+ 的引入并没有引起基质晶格明显的改变，这是因 为 Zn2+（0.88Å）和 Eu3+（1.087Å）离子半径和配位环境相似， 以及掺杂浓度并不是很高，所以稀土 Eu3+ 能够成功掺杂到基 质 ZnMoO4 中。
收稿日期 ：2021–03–16 基金项目 ：2021 年 度 吉 林 省 教 育 厅“ 十 四 五 ” 科 研 规 划 项 目
（JJKH20210542KJ） 作者简介 ：吴宏越（1987—），男，吉林龙井人，讲师，主要研究方
向为稀土发光材料。 通讯作者 ：李琳琳（1987—），女，吉林通化人，副教授，主要研究
此仪器装备的氙灯是 150W。所有测试都在室温下进行。 ·95·
第47卷第6期
2021年6月
研究与开发
Research and Development
化工设计通讯
Chemical Engineering Design Communications
3 结果与讨论 3.1 所制备样品的物相分析
图 1 为 最 大 掺 杂 浓 度 样 品 ZnMoO4 ：0.05Eu3+ 和 ZnMoO4 标准粉末 X 射线衍射数据（PDF#72-1486）的 XRD 图谱。将 合 成 的 样 品 ZnMoO4 ：0.05Eu3+XRD 衍 射 峰 图 谱 与 ZnMoO4 的标准衍射图谱进行对比，可以看出两者匹配得很好，得知
在近些年的研究中，制备荧光粉的方法日渐多样化，目 前常用的方法有 ：高温固相合成法、微波热合成法、共沉淀 合成法等。不同的制备条件和方法会直接影响制备出发光材 料的使用效果和决定它是否可以普遍应用。本文选用的是高 温固相法来制备荧光粉，应用该方法制备的荧光粉优点很多 性能稳定，发光强度高，且制备方法既简单环保又利于工业 上大批生产，因此得到了广泛应用 [4]。
4-高温固相
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
艾林罕姆图中的线称为某物质的 氧化线。表示物质与1 mol O2作 用生成氧化物的过程。
用 Ag2O 标 记 的 线 ， 表 示 4Ag ＋ O2→2Ag2O，称为Ag的氧化线， 记作Ag→Ag2O或Ag－Ag2O。
用CO→CO2标记的线，表示2CO ＋O2→2CO2。
以消耗1 mol O2生成氧化物过程 的自由能变作为标准来对温度作 图是为了比较的方便。 如果氧化物的化学式不同，这显 然不好进行比较。 因此就规定以消耗1mol O2生成氧 化物的过程的自由能变作为标准 来作图并进行比较。
图 氧化物的Ellingham图
由于处于下方的氧化物稳定性较大,因此当温 度低于1000 K时，△Gθ(CO２)<△Gθ (CO)，C 氧化时，趋向于生成CO２，反应的熵变虽然 是正值(3.3×10-3 kJ·K-1·mol-1), 但很小, 熵效 应项与反应焓变的-393.5 kJ·mol-1相比是微不 足道的, 故△Gθ(CO２)随温度的改变甚微, 仅 略向下倾斜, 几乎成一水平线。当温度高于 1000 K 时 , C 倾 向 于 生 成 CO 。 因 为 此 时 △Gθ(CO)<△Gθ(CO２), 且反应熵变为较大的 正值(179×10-3 kJ·K-1·mol-1), 斜率随温度升高 而急剧向下倾斜。即温度升高, C氧化生成 CO的反应的△Gθ减少得愈多，以致C在高温 下还原大多数金属氧化物成了可能。
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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融提纯
编辑课件
高温还原反应
编辑课件
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
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。
编辑课件
200~3编0辑0n课m件
200~300nm
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 属压坯与气体发生燃烧，气体 反应剂 通过孔隙渗入固体多孔压坯得
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
编辑课件
电阻发热材料的最高工作温度
编辑课件Βιβλιοθήκη 式电阻炉管式电阻炉电弧炉及其结构示意图
编辑课件
编辑课件
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
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 。
• 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)。
编辑课件
• 尖晶石型ZnFeO4固相反应前驱物 • Fe2[(COO)2]2 + 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)2Ni(CrO4)26H2O
编辑课件
• 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
编辑课件
到不断补充，产物为固体。
SHS燃烧模式
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。 编辑课件
固相过程的基本要素和组装
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
熔融：是在比烧结更高的温度下进行，此时温度远
高于熔点，炉料全部成为熔体，炉料之间的反应在
熔体中进行。
编辑课件
粉末实体的收缩 意味着单个晶粒的形状变化
1740nm
编辑课件
950℃
ZrO2
1050℃
Bar: 3m 1150℃
1250℃
unsintered 1350℃
unsintered
200~300nm
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
编辑课件
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
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（600~1500 ℃）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，含氧酸盐类、二元或 多元陶瓷化合物等。
> 4273 20000 105-106 106-109 1010-1014
普通高温装置
• 电阻炉：1000 -2000 ºC
• 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、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。
• 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。
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高温固相合成
• 高温获得：
获得高温的方法 各种高温电阻炉 聚焦炉 闪光放电 等离子体电弧 激光 原子核的分离和聚变 高温粒子
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温度/K
1273-3273 4000-6000
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。