纳米陶瓷粉体的发展和制备
纳米粉体的制备
纳米粉体的制备材料的开发与应用在人类社会进步上起了极为关键的作用。
人类文明史上的石器时代、铜器朝代、铁器时代的划分就是以所用材料命名的。
材料与能源、资讯为当代技术的三大支柱，而且资讯与能源技术的发展也离不一材料技术的支援。
纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100nm的粒子组成的新型材料。
由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其它功能特性等方面展现出引人注目的应用前景。
早在1861年，随着胶体化学的建立，科学家就开始对直径为1～100nm的粒子的体系进行研究。
真正有意识地研究纳米粒子可追溯到30年代的日本，当时为了军事需要而开展了“沉烟试验”，但受到实验水平和条件限制，虽用真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但光吸收性能很不稳定。
直到本世纪60年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。
1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制得金属纳米微粒，对其形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。
1984年，德国的H.Gleiter等人将气体蒸发冷凝获得的纳米铁粒子，在真空下原位压制成纳米固体材料，使纳米材料研究成为材料科学中的热点。
国际上发达国家对这一新的纳米材料研究领域极为重视，日本的纳米材料的研究经历了二个七年计画，已形成二个纳米材料研究制备中心。
德国也在Auburg建立了纳米材料制备中心，发展纳米复合材料和金属氧化物纳米材料。
1992年，美国将纳米材料列入“先进材料与加工总统计画”，将用于此专案的研究经费增加10％，增加资金1.63亿美元。
美国Illinoi大学和纳米技术公司建立了纳米材料制备基地。
我国近年来在纳米材料的制备、表征、性能及理论研究方面取得了国际水平的创新成果，已形成一些具有物色的研究集体和研究基地，在国际纳米材料研究领域占有一席之地。
在纳米制备科学中纳米粉体的制备由于其显著的应用前景发展得较快。
1.化学制备法1.1化学沉淀法沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法等。
纳米TiO2陶瓷粉体的制备及其应用和展望
寸分 布较 窄具 有一定形 貌 ；均相 沉淀 法是指 在沉 淀
过程 中 ，通过 控制溶 液 中的沉淀 剂浓度 使之 缓慢 地
解 反应移 至 气相 反 应 中 ，利用 ｒ Ｏ 经喷 雾 或 ｒ Ｒ） ｉ（
收 稿 日期 ：２ ０ — １ １ ０ １ １－ ２
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化 具 有 重 要 的 现 实 意 义
惰性 气体 冷凝形 成 液滴 ，然 后用 水气 反应在 较低 温
度 下合 成ＴＯ ，反应 如下 ： ｉ ｎ ｉＯ ４ ）２Ｈ２（）ｎ ｉ２ｇ＋ｎ Ｏ ｇ Ｔ（ Ｒ） ｇ＋ ｎ ０ ｇ一 Ｔ０（）４ Ｒ Ｈ（） （
（ ）化 学 气相氧化 法 以Ｔ Ｃ ２ ＩＩ 为原 料 ， 氧化 ０为 剂， 在 、 ｒ 作 为 催 化 剂 （ 载 气 ） 条 件 下 ， 反 Ａ等 或 的 其
沉淀剂 ，使 之完 全沉 淀 的方 法 。林元 华 等用Ｎ ：０ ￣ ， Ｃ
作 沉 淀剂 与Ｔ ０ ０ 反应 共 沉 淀 出Ｔ Ｏ ，最后 ｉＳ ｉ（ Ｈ） 得 到纳 米 ＴＯ 。 共 沉 淀 法 还 可 以用 于 制 备 Ｂ ｉ ， ｉ ０， ｐ Ｔ ０等Ｐ Ｔ 电子 陶瓷 ，与传统 的固相反 应相 比， ｂ ｉ Ｚ 等 共沉 淀法 可避免对 材料性 能不利 的有害 杂质 ，生 成 的粉末具 有较 高的 化学均匀性 ，粒度较 细 ，颗 粒尺
１ 前 言
纳米 陶瓷 是 由纳 米微 粒作为原 料制 备 的陶瓷 材 料 ，其 晶粒尺 寸 、晶界宽 度 、第二 相 分布 ，缺 陷尺 寸 等都在纳米 量级 水 平上 ，纳米微 粒所 具有小 尺 寸 效 应 ，表 面 效 应 ，量 子 尺 寸 效 应 以及 宏 观 隧 道 效 应 等 特殊效应 ，使 得 纳米 陶瓷具有 与传 统陶 瓷有许 多 不 同的特性 ，例如 ，纳米 陶瓷具 有 良好 的高材料 强 度 、韧性 和一定 的超塑性 ，特别 是 对陶瓷增 韧 和强
纳米粉体材料的制备
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Preparation of nanoparticles
（一）溶胶制备工艺
1、 有机途径
组成： 母体——醇盐，浓度10~50%；
溶剂——乙醇； 催化剂——盐酸、醋酸等 螯合剂——乙酰丙酮 水——用量一定要控制
特点：水、溶剂挥发，干燥龟裂；
薄膜厚度受限； 但可反复涂覆。
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Preparation of nanoparticles
优缺点
A 样品的晶型结构完整，原料便宜；
B 设备简单、适于批量生产；
C 粉末易团聚，制备较为困难。
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Preparation of nanoparticles
2) 水热法(高温水解法)
定义：指在高温（100~1000℃）高压（10~100Mpa）下，利用
溶液中物质化学反应进行的合成。
水的作用：作为一种组分参与反应（即是溶剂又是矿化
研究进展：己制备出多种单质、无机化合物和复合材料超细微粉
末；目前已进入规模生产阶段，美国的MIT(麻省理工学)于1986 年已建成年产几十吨的装置。
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Preparation of nanoparticles
4 液相法 特点：化学组成可控 → 高纯、均相 成核速度可控 → 合成温度低 形状大小可控 → 纳米颗粒
分类：溶胶凝胶法；沉淀法；水热法等。
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Preparation of nanoparticles
1）沉淀-共沉淀法
定义：含阳离子的溶液中加入沉淀剂后，使离子沉淀的 方法。（以沉淀反应为基础） 分类： 单组分沉淀：溶液只含一种阳离子，得到单组分沉淀。 单相共沉淀：溶液含多种阳离子，沉淀为化合物 （固溶体）。 共沉淀：溶液中含多种阳离子，沉淀产物为混合物。
纳米陶瓷材料制备技术
纳米陶瓷材料制备技术邱安宁5990519118 F9905104陶瓷材料作为材料的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用.但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使它的应用受到了较大的限制,随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此来克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性.英国著名材料专家Ｃａｈｎ指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径,因此纳米陶瓷的研究就成了当今材料科学研究的热点领域.纳米材料一般指尺寸为1～100ｎｍ,处于原子团族和宏观物体交接区域内的粒子.而从原子团族制备材料的方法,称这为纳米技术.纳米材料由于具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而产生奇异的力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等特性,它既是一种新材料又是新材料的重要原料[3 ].所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上.由于界面占有可与颗粒相比拟的体积百分比,小尺寸效应以及界面的无序性使它具有不同于传统陶瓷的独特性能.本文将描述纳米陶瓷的主要制备技术及加工中的理论问题,并利用在材料加工的原理就其典型应用进行讨论。
2.1决定陶瓷性能的主要因素决定陶瓷性能的主要因素组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响.图1是陶瓷材料的晶粒尺寸与强度的关系图,其中的实线部分是现在已达到的,而延伸的虚线部分则是希望达到的[2 ].从图中可见晶粒尺寸的减小将使材料的力学性能有数量级的提高,同时,由于晶界数量级的大大增加,使可能分布于晶界处的第二相物质的数量减小,晶界变薄使晶界物质对材料性能的负影响减小到最低程度;其次,晶粒的细化使材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料韧性;再次,晶粒的细化将有助于晶粒间的滑移,使材料具有塑性行为.因此,纳米陶瓷将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高,长期以来人们追求的陶瓷增韧和强化问题在纳米陶瓷中可望得到解决[4, 5].由于纳米材料中有大量的界面,这些界面为原子提供了短程扩散途径及较高的扩散速率,并使得材料的烧结驱动力也随之剧增,这大大加速了整个烧结过程,使得烧结温度大幅度降低.纳米陶瓷烧结温度约比传统晶粒陶瓷低6 0 0℃,烧结过程也大大缩短[3 , 5],以纳米ＴｉＯ2 陶瓷为例,不需要加任何助剂,1 2ｎｍＴｉＯ2 粉可以在低于常规烧结温度40 0～6 0 0℃下进行烧结,同时陶瓷的致密化速率也迅速提高[3 ].通过对Ｙ2 Ｏ3 浓度为3%的ＺｒＯ2 纳米粉末的致密化和晶粒生长这2个高温动力学过程进行研究表明,由于晶粒尺寸小,分布窄,晶界与气孔的分离区减小以及烧结温度的降低使得烧结过程中不易出现晶粒的异常生长.控制烧结的条件,已能获得晶粒分布均匀的陶瓷体[6].美国和西德同时报道,成功地制备了具有清洁界面的纳米陶瓷ＴｉＯ2 (1 2ｎｍ),与粒度为1 . 3μｍＴｉＯ2 陶瓷相比得到相同硬度,而烧结温度降低,因而,纳米粉末的出现,大大改变了材料的烧结动力学,使陶瓷烧结得以很大的改善[5].所谓超塑性是指在拉伸试验中,在一定的应变速率下,材料产生较大的拉伸形变,一般陶瓷中,并不具备金属那样的晶格滑移系统,很难具备超塑性,在纳米材料中利用晶界表面众多的不饱和链,造成沿晶界方向的平移,超塑性就可能实现.如Ｎｉｅｈ等人在四方二氧化锆中加入Ｙ2 Ｏ3 的陶瓷材料中观察到超塑性达80 0 % ,Ｓｉ3 Ｎ4纳米陶瓷同样存在超塑性行为,是微米级Ｓｉ3 Ｎ4陶瓷的2 1 . 4% [2 , 5].上海硅酸盐研究所研究发现,纳米3Ｙ-ＴＺＰ陶瓷(1 0 0ｎｍ左右)在经室温循环拉伸试验后,其样品的断口区域发生了局部超塑性形变,形变量高达380 % ,并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线[2 ]. ｔｓｕｋｉ等人对制得的Ａｌ2 Ｏ3 -ＳｉＣ纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验,结果发现伴随晶界的滑移,Ａｌ2 Ｏ3 晶界处的纳米ＳｉＣ粒子发生旋转并嵌入Ａｌ2 Ｏ3 晶粒之中,从而增强了晶界滑动的阻力,也即提高了Ａｌ2 Ｏ3 -ＳｉＣ纳米复相陶瓷的蠕变能力[7].最近研究发现,随着粒径的减小,纳米ＴｉＯ2 和ＺｎＯ陶瓷的形变敏感度明显提高,如图2所示,由于这些试样气孔很少,可以认为这种趋势是细晶陶瓷所固有的.最细晶粒处的形变率敏感度大约为0 .0 4,几乎是室温下铅的 1 / 4,表明这些陶瓷具有延展性,尽管没有表现出室温超塑性,但随着晶粒的进一步减少,这一可能是存在的[4].由于纳米陶瓷的晶粒尺寸极小,纳米材料具有极大的晶面,晶面的原子排列混乱,纳米晶粒易在其它晶粒上运动,使纳米陶瓷在受力时易于变形而不呈现脆性.室温下的纳米ＴｉＯ2 陶瓷晶体表现出很高的韧性,压缩至原长度的 1 / 4仍不破碎.另外,在微米级的陶瓷中引入纳米相,可以抑制基体晶粒长大,使组织结构均化,有利于改善陶瓷材料的力学性能.1 988年Ｉｚａｋｉ等首先用纳米碳化硅补强氮化硅陶瓷使氮化硅陶瓷力学性能显著改善[3 ].3．制备工艺和方法为获得纳米陶瓷,必须首先制备出小尺寸的纳米级陶瓷粉末,随着世界各国对纳米材料研究的深入,它的制备方法也日新月异,出现了热化学气相反应法、激光气相法、等离子体气相合成法、化学沉淀法、高压水热法、溶胶-凝胶法等新方法,以上各种方法都各有优缺点,为了便于控制反应的条件及粉末的产率、粒径与分布等,实际上也常采用两种或多种制备技术.3.1热化学气相反应法(CVD法)是目前世界上用于制备纳米粉体的常用方法,ＣＶＤ法制备纳米粉体工艺是一个热化学气相反应和形核生长的过程.在远高于热力学计算临界反应温度条件下,反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压,使得反应产物自动凝聚形成大量的核,这些核在加热区不断长大聚集成颗粒,在合适的温度下会晶化成为微晶.随着载气气流的输运和真空的抽送,反应产物迅速离开加热区进入低温区,颗粒生长、聚集、晶化过程停止,最后进入收集室收集起来,就可获得所需的纳米粉体 .此工艺过程可通过调节浓度、流速、温度和组成配比等工艺参数获得最佳工艺条件,实现对纳米粉体组成、形貌、尺寸和晶相等的控制.3.2激光气相法(LICVD法)激光气相法是以激光为快速加热热源,利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收布产生热解或化学反应,在瞬时完成气相反应的成核、长大和终止,形成超细微粒.通常采用连续波ＣＯ2 激光器,加热速率快,高温驻留时间短,迅速冷却,可获得均匀超细,最低颗粒尺寸小于 1 0ｎｍ的粉体.该方法反应中心区域与反应器之间被原料气隔离,污染小,能够获得稳定质量的粒径范围为小于50ｎｍ的超细粉末,晶粒粒径尺寸可控,同种成分的粉体,激光法可通过合成参数控制粉体的晶型.并适合于制备用液体法和固相法不易直接得到的非氧化物(氮化物,碳化物等),缺点是原料制造价格高,设备要求高,费用贵.3.3等离子体气相合成法(PCVD)pcvd法是制备纳米陶瓷粉体的主要手段之一,它具有高温急剧升温和快速冷却的特点,是制备超细陶瓷粉体的常用手段.目前采用得最多的是热等离子法.等离子气相合成法又分为直流电弧等离子体法(ＤＣ法),高频等离子体法(ＲＦ法)和复合等离子体法.其中的复合等离子法则是采用ＤＣ等离子体法和ＲＦ等离子体法二者合一的方式,利用二相相互补充来制备超细陶瓷粉体.该法制得的纳米粉纯度高,稳定性好,效率高 .ｅｅ等人采用复合等离子体法,用多级注入的方法以制备Ｓｉ3 Ｎ4和Ｓｉ3 Ｎ4/ＳｉＣ复合粉体,最终得到颗粒尺寸在1 0～30ｎｍ的Ｓｉ3 Ｎ4纳米粉体.在Ｓｉ3 Ｎ4纳米粉体制备过程中,采用分级注入方式对产物中总氮含量、游离硅含量和ａ-Ｓｉ3 Ｎ4含量都有很大影响.采用三级注入方式,产物基本都是无定型Ｓｉ3 Ｎ4.等离子体法制备技术容易实现批量生产,产率高达 2 0 0～ 1 0 0ｇ/ｈ[1 1 ].高压水热法可有效克服粉末在煅烧过程中颗粒的长大及超细粉末易团聚的弱点.可将化学深沉法制备的Ｚｒ(ＯＨ)4置于高压中处理,使氢氧化物进行相变,控制高压处理的温度和压力,可制得颗粒尺寸为 1 0～ 1 5ｎｍ,形状规则的氧化锆超细粉末.通过对不同前驱体,不同酸碱度及不同矿化剂参与条件下,氧化锆相形成,晶粒生成等机理的研究表明,水热法是极有应用前景的粉末制备工艺3.5溶胶-凝胶(SOL-GEL)法此方法的基本工艺过程包括:醇盐或无机盐水解→ＳＯＬ-ＧＥＬ→干燥、焙烧→纳米粉体.有人用醇盐水解ＳＯＬ-ＧＥＬ制备出平均粒径小于6ｎｍ的ＴｉＯ2 纳米粉末.也可利用有机金属化合物作起始原料,制备非氧化物超细陶瓷粉体[1 3 ].目前大多数人认为溶液的ｐＨ值、溶液浓度、反应温度和反应时间4个主要参数对溶胶-凝胶化过程有重要影响,适当地控制这4个参数可制备出高质量的纳米粉末.如纳米Ａｌ2 Ｏ3 粉可用低浓度的硝酸铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠,硝酸中和至ｐＨ值为7. 6 ,得到Ａｌ(ＯＨ)3 凝胶,过滤洗涤后,再加入硝酸形成Ａｌ(ＯＨ)3 溶胶,在溶胶中通入氨气,至ｐＨ值为1 0 ,分离凝胶干燥、焙烧得到纳米Ａｌ2 Ｏ3 粉体.用此法制备Ａｌ2 Ｏ3 粉体可通过蒸馏或重结晶技术保证原料的纯度,整个工艺过程不引入杂质离子,有利于高纯纳米粉的制备[1 4].该法在生产上应用较广,但原料价格高,高温热处理时,易使颗粒快速团聚等,故同时可引入冷冻、加压干燥法或形成乳浊液等技术来减小粉体颗粒的团聚.ＣＶＤ法、ＬＩＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法和ＳＯＬ-ＧＥＬ法是制备非氧化物纳米陶瓷粉体主要方法.ＣＶＤ法对设备要求不高,操作简便,而且便于放大,但较难获得 2 0ｎｍ以下的粉体.ＰＣＶＤ法和ＳＯＬ-ＧＥＬ法对设备要求较高,但易于获得均匀超细(小于2 0ｎｍ)的高纯度、污染小的纳米粉体.ＳＯＬ-ＧＥＬ法是最便利的方法,易于大规模生产,缺点是纯度难以保证.3.典型应用（碳化硅及氮化硅纳米粉体制备工艺）3.1热化学气相反应法(CVD法)制备Si C,Si3 N4的硅源主要是硅卤化物和硅烷类物质,如Si Cl4,Si H4,(CH3 )2 Si Cl2 ,Si(CH3 )4等。
纳米粉末的制备方法
纳米粉末的制备方法材料研1203 Z1205020 石南起纳米科技是20世纪80年代末90年代初诞生并迅速发展和渗透到各学科领域的一门崭新的高科技。
由于它在21世纪产业革命中具有战略地位，因而受到世界的普遍关注。
有人说，70年代微电子学产生了世界性的信息革命，那么纳米科技将是21世纪信息革命的核心。
纳米技术的飞速发展极大的推动了材料科学的研究和发展，而纳米材料研究的一个重要阶段是纳米粉体的制备。
1.纳米粉体的制备要使纳米材料具有良好的性能，纳米粉末的制备是关键。
纳米粉末的制备方法主要有物理法、化学法和高能球磨法。
1.1物理法物理法中较重要的是气体中蒸发法，在惰性气体中蒸发金属，急冷生成纳米粉体。
如在容器中导入低压的氩或氦等惰性气体，通过发热体使金属熔化、蒸发，蒸发的金属原子和气体分子碰撞，使金属原子凝聚成纳米颗粒。
通过蒸发温度、气体种类和压力控制颗粒大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左右。
比较重要的物理法还有溅射法、金属蒸气合成法及流动油上真空蒸发法等。
1.2化学法化学法制备纳米粉可分气相反应法和液相反应法。
1.2.1气相反应法气相反应法是利用化合物蒸气的化学反应的一种方法，其特点是：（1）原料化合物具有挥发性，提纯比较容易，生成物纯度高，不需要粉碎。
（2）气相物质浓度小，生成的粉末凝聚较小。
（3）控制生成条件，容易制得粒径分布窄，粒径小的微粒。
（4）气氛容易控制，除氧化物外，用液相法直接合成困难的金属、碳化物、氮化物均可合成。
气相合成中除了反应原料均为挥发性物外，也可用电弧、等离子体、激光加热固体使其挥发，再与活性气体反应生成化合物纳米粉体。
1.2.2液相反应法液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点，它具有无需高真空等苛刻物理条件、易放大的特点，并且得到的粉体性能比较优越。
常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。
共沉淀法是利用各种在水中溶解的物质，经反应成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解生成高纯度的超微粉料。
陶瓷粉体
纳米陶瓷： 指显微结构中的物相(包括晶粒尺 寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺 寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶 瓷材料。
现有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微 米级的水平。当其晶粒尺寸变小到纳米级 的范围时，晶粒的表面积和晶界的体积会 以相应的倍数增加，晶粒的表面能亦随之 剧增。 由于颗粒的线度减少而引起表面效应 和体积效应，使得材料的物理、化学性质 发生一系列变化，而且甚至出现许多特殊 的物理与化学性质。
纳米材料的制备： 纳米粉体的合成 素坯的成型 产品的烧结
粉体合成按合成条件分类： 1、气相法：气相法是直接利用气体，或 者通过各种手段将物质转变为气体，使之 在气体状态下发生物理变化或者化学反应， 最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子 的方法。 优点：制得的纳米陶瓷粉体的纯度较 高，团聚较少，烧结性能较好 缺点：产量低，设备昂贵
2、应用于提高陶瓷材料的超塑性 只有陶瓷粉体的粒度小到一定程度 才能在陶瓷材料中产生超塑性行为,其 原因是晶粒的纳米化有助于晶粒间产生 相对滑移,使材料具有塑性行为。
3、应用于制备电子(功能)陶瓷 纳米陶瓷粉体之所以广泛地用于 制备电子陶瓷,原因在于陶瓷粉体晶粒 的纳米化会造成晶界数量的大大增加, 当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级, 则晶粒的表面积及晶界的体积亦以相 应的倍数增加
3、固相法：指纳米粉体是由固相原 料制得，按其加工的工艺特点可分 为机械粉碎法和固相反应法两 类。 优点：所用设备较简单，方便操作 缺点：纯度较形状、
体积和强度的坯体的过程,素坯的相对 密 度和显微结构的均匀性对陶瓷在烧结过 程 中的致密化有极大的影响
纳米陶瓷的性能：
1、高强度： 纳米陶瓷材料在压制、烧结后，其强度比 普通陶瓷材料高出4-5倍，如在 100度下，纳米 TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普通 TiO2陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。日本 的新原皓一制备了纳米陶瓷复合材料，并测定 了其相关的力学性能，研究表明纳米陶瓷复合 材料在韧性和强度上都比原来基体单相材料均 有较大程度的改善，对 Al2O3/SiC 系统来说， 纳米复合材料的强陶度比单相氧化铝的强度提 高了3-4倍。
超细粉体制备技术研究的内容及发展现状
超细粉体制备技术研究的内容及发展现状引言：超细粉体制备技术是一门研究如何制备具有纳米级颗粒尺寸的粉体材料的学科。
该技术在各个领域都具有重要的应用价值，例如材料科学、化学工程和环境科学等。
本文将探讨超细粉体制备技术的研究内容及其发展现状。
一、超细粉体制备技术的研究内容1. 材料选择：超细粉体制备技术要求选择适合的原料，如金属、陶瓷或聚合物等，并考虑其物理化学性质以及制备过程中的相互作用。
2. 制备方法：超细粉体的制备方法包括物理法、化学法和物化法等。
物理法主要有磨碎法、气雾法和凝胶法等；化学法主要有溶胶凝胶法、水热法和溶剂热法等；物化法则是将物理法和化学法相结合，如高能球磨法和溶胶冻胶法等。
3. 控制参数：超细粉体的制备过程中，需要控制一系列参数，如反应温度、反应时间、溶液浓度和溶剂选择等。
这些参数的调节将直接影响到粉体颗粒的尺寸和形貌。
4. 表征分析：制备好的超细粉体需要进行表征分析，如粒径分布、比表面积、晶体结构和形貌等。
常用的表征方法包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和比表面积测定等。
二、超细粉体制备技术的发展现状1. 研究热点：超细粉体制备技术的研究热点主要集中在以下几个方面：- 纳米材料的制备方法优化：研究人员不断改进传统的制备方法，提高制备效率和控制颗粒尺寸的精度。
- 纳米材料的表征手段研究：随着纳米材料的制备技术的发展，对其表征手段的研究也日益重要，以满足对纳米材料粒径和形貌等更准确的表征需求。
- 新型超细粉体的应用研究：超细粉体在材料科学、医学和环境保护等领域具有广泛的应用前景，研究人员正积极探索新型超细粉体的应用潜力。
2. 发展趋势：- 多学科交叉：超细粉体制备技术的研究已经从单一的材料学领域扩展到了化学、物理、生物等多个学科领域的交叉研究，这将进一步推动超细粉体制备技术的发展。
- 绿色制备：随着环境问题的日益突出，研究人员正致力于开发绿色制备方法，以减少对环境的影响。
- 自组装技术：自组装技术是一种通过物体自身的相互作用实现组装的方法，近年来在超细粉体制备中得到了广泛应用。
陆鹏
摘要MgAl2O4纳米陶瓷具有广阔的应用前景，因此制备MgAl2O4纳米颗粒粉体具有重要的意义。
本文以硝酸镁和硝酸铝为主要原料，并分别用NH3·H2O、NH4HCO3、四乙烯五胺为沉淀剂，采用共沉淀法制备纳米粉体。
研究了不同沉淀剂、不同滴定方式以及不同煅烧温度下制备的粉体的效果。
研究结果表明，在使用NH3·H2O、NH4HCO3、四乙烯五胺为沉淀剂中，四乙烯五胺所制得的纳米粉体晶粒尺寸最小。
用NH4HCO3做沉淀剂研究正反滴定，无论从实验过程还是实验结果都表明反向滴定要正向滴定效果好。
粉体煅烧在800℃尖晶石相已经初步形成，但是各衍射峰强度相对较低，尖晶石粉体颗粒粒径较小，粉体的活性较大。
随着煅烧温度的提高，尖晶石相晶型发育更加完善。
当温度达到1000℃时，形成完善的尖晶石相结构。
关键词：纳米颗粒；共沉淀；MgAl2O4；透明陶瓷Since MgAl2O4nano ceramics have a promising future in application, it is of great significance to prepare MgAl2O4 nanoparticles. With magnesium nitrate and aluminum nitrate as raw materials and NH3·H2O, NH4HCO3 and TEPA as precipitants, this paper employs co-precipitation method to prepare nanoparticles and studies the effects of the particles prepared using different precipitants, adopting different titration methods and under different calcinations temperature.The research shows that when using NH3·H2O, NH4HCO3 and TAPE as precipitants, the nanoparticles obtained from TEPA are the smallest in size. When using NH4HCO3 as precipitant to study positive and negative titration, both the experiment process and the experiment results show that the effect of negative titration is better than that of the positive titration. When the particles are calcined at 800℃, a spinel phase begins to take shape, but the intensity of the diffraction peaks is relatively low, the diameter of Alumina-Magnesia Spinel nanoparticles is relatively small and the a ctivity of these particles are relatively high. With the rise of calcination temperature, the development of the spinel phase becomes more perfect, and when the temperature reaches 1000℃, a perfect spinel phase structure will be formed.Keywords：Nanoparticle,Coprecipitation; MgAl2O4 ; Transparent ceramics摘要 (I)Abstract (II)目录...................................................................................................................... I II 第一章文献综述. (1)1.1镁铝尖晶石粉体的制备历史与现状 (1)1.2 MgAl2O4的分子结构 (1)1.3 镁铝尖晶石的性质和应用 (2)1.4 纳米陶瓷粉体 (4)1.5 镁铝尖晶石粉体的制备方法 (4)1.6 镁铝尖晶石粉体的制备的研究方向 (10)1.7 镁铝尖晶石粉体制备中存在的问题 (11)1.8 MgAl2O4尖晶石透明陶瓷的研究现状 (12)1.9 本工作主要研究内容 (14)第二章实验部分 (15)2.1 实验试剂及仪器 (15)2.2 实验流程图 (16)2.3 实验步骤 (17)第三章实验结果与讨论 (19)3.1 样品的XRD图谱分析 (19)3.2 对样品的SEM分析 (26)第四章结论 (28)参考文献 (29)致谢 (31)第一章文献综述1.1镁铝尖晶石粉体的制备历史与现状最近几十年来，高新技术以前所未有的速度迅猛发展，而高新技术的发展主要取决于工业原材料的发展水平。
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纳米陶瓷粉体的发展和制备专业：材料学姓名：余文鹏学号：08102033摘要：纳米材料是21世纪的高新技术，它主要是研究电子、原子和分子在0.1～100nm空间运动的规律和特征，并按照人的意志操纵电子、原子和分子，制备人们所需要的具有预定特殊功能特征的产品和材料简单介绍了纳米材料的产生和定义，陶瓷材料的发展以及纳米陶瓷的定义、发展和现状。
纳米陶瓷制造必须的原料有纳米陶瓷粉体，这种粉体的制备技术主要介绍的是水热法制备技术，文章介绍了水热法的分类和制备粉体的特点。
关键字：纳米材料；纳米陶瓷粉体；水热法；材料制备1.前言20世纪末，物理学、化学、生物学、材料科学、地质科学等学科的发展，促进了纳米材料和纳米技术的产生，催生了纳米物理学、纳米化学、纳米材料科学、纳米矿物学等新型学科[1]。
纳米材料是21世纪的高新技术，它主要是研究电子、原子和分子在0.1～100nm空间运动的规律和特征，并按照人的意志操纵电子、原子和分子，制备人们所需要的具有预定特殊功能特征的产品和材料[2]。
1.1纳米材料定义纳米科学技术是指在纳米尺寸范围认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质[3]。
1.1.1表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
由于纳米粒子表面原子数增多，带来表面原子配位数不足，使之具有很高的表面化学活性。
1.1.2 尺寸效应颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应。
随着纳米微粒尺寸的减小。
与体积成比例的能量亦相应降低。
当体积能与热能相当或更小时。
会发生强磁状态向超顺磁状态转变：当颗粒尺寸与光波的波长、传导电子德布罗意波长、超导体的相干长度或投射深度等物理特征尺度相当或更小时，会产生光的等离子共振频率、介电常数与超导性能的变化。
1.1.3 体积效应由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，因此，许多现象如与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将显著与大颗粒传统材料的特性不同，就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。
1.1.4 量子效应介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒，将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级，能级问的间距随颗粒尺寸减小而增大。
当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时。
就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，即量子效应。
1.1.5 幻数结构粒径小于2nm的纳米粒子往往被称为原子簇。
当原子簇含有某些原子数目时，显得特别稳定，这个特别数目称为幻数。
原子簇的幻数与相应粒子的对称性、相互作用势有关。
1.2 陶瓷的发展历程中国的陶器可追溯到9000年前，瓷器也早在4000年前出现。
最初利用火煅烧粘土制成陶器。
经历了漫长的发展，陶瓷质量有了很大提高。
后来提高燃烧温度的技术出现，发现高温烧制的陶器，由于局部熔化而变得更加致密坚硬，完全改变了陶器多孔、透水的缺点。
以粘土、石英、长石等矿物原料烧制而成的瓷器登上了历史舞台。
新型陶瓷诞生于2O世纪二三十年代，科学技术高速发展，对材料提出了更高的要求。
在传统陶瓷基础上，一些强度高、性能好的新型陶瓷不断涌现。
它们的玻璃相含量都低于传统陶瓷。
纳米陶瓷的研究始于8O年代中期。
所谓纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处于纳米尺寸水平。
包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是纳米级。
由于纳米陶瓷的晶粒细化，晶界数量大幅度增加，可使材料的韧性和塑性大为提高，并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响。
1.3 纳米陶瓷粉体纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米尺寸（0.1-lOOnm)的亚稳态中间物质。
随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应：1.具有极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能。
可以降低材料的烧结致密化程度，节约能源。
2.使材料的组成结构致密化、均匀化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性。
3.可以从纳米材料的结构层次(0.1-100nm)上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。
而使定向设计纳米材料的组织结构和性能成为可能。
纳米粉体又是制造纳米陶瓷的必须原料，具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应等各种效应，所以纳米粉体表现出强吸光能力、高活性、高催化性、高选择性、高扩散性、高磁化率和矫顽力等奇特理化性能。
纳米粉体的所具有的特异性能使其潜在应用价值极大。
纳米粉体由于尺寸小，具有高比表面积和表面能，活性点多，因而其催化活性和选择性大大高于传统的催化剂，纳米粉体的熔点较低，能在比微米粉体烧结温度低500-600℃的温度下绕结致密；利用纳米粉体薄而均匀的界面膜，可作火箭燃料助剂(在临界温度所有的粒子瞬间发生反应)；利用纳米粉体可均匀分布在气体、液体或固体物质中，可以用作气溶胶(烟雾剂)，利用纳米粉体的链状超细粒子，可以用作磁记录材料、分子过滤器、电磁波吸收体和过滤器；利用纳米粉体粒子内电子能级离散，可以用作超低温与远红外材料，纳米粉体在冶金、化工、电子、磁性材料、精细陶瓷、传感器以及日用化妆品和生物医学等方面得到了开发和应用，显示出诱人的前景[4]。
2 试验方法简介目前，制备纳米粉体的方法可分为三大类：物理方法、化学方法和物理化学综合法。
化学方法主要包括水解法、水热法、溶融法和溶胶-凝胶法等。
其中，用水热法制备纳米粉体技术越来越引起人们的关注。
本文拟对近年来水热法制备纳米陶瓷粉体作一概要介绍。
2.1 水热法水热法(hydrothermal preparation)是指密闭体系如高压釜中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应的的一种合成方法。
由于在高温，高压水热条件下，能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，从而形成原子或分子生长基元，进行成核结晶生成粉体或纳米晶[5]。
2.1.1 水热法分类根据化学反应类型的不同，水热法制备粉体有如下几种方法：(1)水热氧化(Hydrothermal Oxidation)：利用高温高压，水、水溶液等溶剂与金属或合金可直接反应生成新的化合物。
(2）水热沉淀(Hydrothermal Precipitation）：某些化合物在通常条件下无法或很难生成沉淀，而在水热条件下易反应生成新的化合物沉淀。
(3)水热晶化(Hydrothermal Crystallization)：以非晶态氢氧化物、氧化物或水凝胶为前驱物，在水热条件下结晶成新的氧化物晶粒。
(4)水热合成( Hydrothermal Synthesis）：允许在很宽范围内改变参数，使两种或两种以上的化合物起反应，合成新的化合物。
(5)水热分解(Hydrothermal Decomposition)：某些化合物在水热条件下分解成新的化合物，进行分离而得单一化合物微粉。
(6)水热还原(Hydrothermal Reduction)：金属盐类氧化物、氢氧化物、碳酸盐或复式盐用水调浆，只需少量或无需试剂，控制适当温度和氧分压等条件，即可制得超细金属微粉。
2.1.2 水热法及其制备粉体的特点水热法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的特殊物理、化学环境。
其特点主要有：(1)由于反应是在相对高的温度和压力下进行，因此有可能实现在常规条件下不能进行的反应。
(2)改变反应条件(温度、酸碱度、原料配比等)可能得到具有不同晶体结构、组成、形貌和颗粒尺寸的产物。
(3)工艺相对简单，经济实用，过程污染小。
概括起来，水热法制备的粉体有如下特点：(1)粉体结晶良好，分散性好，无需作高温烧结处理，从而避免在烧结过程中可能形成的粉体硬团聚。
(2)粉体晶粒物相和形貌与水热反应条件有关。
(3)晶粒线度可适度调节，当前驱物、反应温度、反应时间变化时，可改变晶粒尺寸。
(4)纯度较高，由于水热法可抛弃前驱物中的杂质，因而大大提高了纯度。
而且粉体后续处理无须煅烧可以直接用于加工成型，这就可以避免在煅烧过程中混入杂质。
( 5)颗粒均一，分布单一。
水热法是制备高质量纳米陶瓷粉体极有应用前景的方法。
业已通过水热法，在不同温度、压力、溶媒和矿化剂条件下实现了多种不同成份纳米级陶瓷粉体制备。
但总体说来，水热条件下纳米粉体制备工艺，包括粉末粒径及分布的有效控制、粉末的分散和表面处理，以及纳米粉末形成过程与机理、水热法纳米材料台成等问题仍在探索和发展阶段[6]。
参考文献[1] 陈敬中,柳剑洪. 纳米材料科学导论. [M] 高等教育出版社 2006年：3-7[2] 张玉龙. 纳米复合材料手册. [M] 中国石化出版社 2005年：1-2[3] 文揭白. 浅谈纳米陶瓷. [J] 科学论坛. 2006.76-77[4] 艾德生. 纳米粉体-21世纪高新材料的核心原料. [J] 中国粉体工业. NO.22007.039-043[5] 苗鸿雁，董敏，丁常胜. 水热法制备纳米陶瓷粉体技术. [J] 中国陶瓷.Vol.40 No.4 July 2004 25-27[6] 王秀峰，王永兰，金志浩. 水热法制备纳米陶瓷粉体. [J] 稀有金属材料与工程 Vol.24 No.4 4-6The development of nano-ceramic powders and preparation Abstract:Nano-materials for high-tech 21st century, it is to study the electronic, atomic and molecular space 0.1 ~ 100nm in the movement and characteristics of the law and in accordance with the will of people to manipulate electronics, atoms and molecules, the preparation needs of people with a scheduled special functional characteristics of products and materials outlined the emergence of nano-materials and the definition of the development of ceramic materials, as well as the definition of nano-ceramics, development and the status quo. Nano-ceramic raw materials necessary to manufacture nano-ceramic powder, this powder is mainly introduced by Hydrothermal Synthesis technology, the article describes the classification of Hydrothermal Preparation and characteristics of powders.Keywords: Nano-materials; Nano-ceramic powder; Hydrothermal method; Materials。