陶瓷粉体制备
研磨陶瓷加工工艺
研磨陶瓷加工工艺
简介
研磨陶瓷加工是一种常用的工艺，用于制造各种陶瓷产品。
本文将介绍研磨陶瓷加工的基本过程和注意事项。
研磨工艺的步骤
研磨陶瓷加工通常包括以下几个步骤：
1. 材料准备：选择适合的陶瓷原材料，并将其破碎成适当的颗粒大小。
2. 研磨粉体制备：将陶瓷原料与一定比例的研磨介质混合，并搅拌均匀，制成研磨粉体。
3. 研磨过程：将研磨粉体放入研磨设备中，通过摩擦和碰撞作用，使研磨粉体颗粒逐渐细化和均匀分布。
4. 研磨后处理：将研磨得到的陶瓷粉体进行后处理，如过滤、干燥等，以获得所需的终产品。
研磨工艺的注意事项
在进行研磨陶瓷加工时，需要注意以下几个方面：
1. 研磨介质的选择：选择合适的研磨介质，以获得所需的研磨效果。
2. 研磨时间和速度：控制好研磨时间和速度，避免过度研磨或研磨不足。
3. 温度控制：研磨过程中产生的摩擦会导致温度升高，需要进行适当的温度控制，避免对陶瓷材料造成损害。
4. 研磨液的选择：根据具体的研磨要求，选择适合的研磨液，以获得好的研磨效果。
5. 设备维护和清洁：定期对研磨设备进行维护和清洁，保持其正常运行和研磨效果。
结论
研磨陶瓷加工是一种重要的制造工艺，通过掌握合适的研磨工艺步骤和注意事项，可以获得优质的陶瓷产品。
陶瓷粉体制备ppt课件.ppt
1100－1200℃
NbC
Nb+炭黑
H2，CO, CnHm
1400－1500℃
真空
1200－1300℃
Nb2O5+炭黑
H2，CO, CnHm
1900－2000℃
真空
1600－1700℃
TaC
Ta+炭黑
H2，CO, CnHm
1400－1600℃
真空
1200－300℃
Ta2O5+炭黑
为了克服直接沉淀的缺点，改变沉淀剂的加入方式，使得溶液本身缓慢反应产生沉淀剂，常用的有尿素： （NH2）2CO+3H2O→2NH4OH+CO2 (70℃) NH4OH在溶液中形成后立即被消耗，尿素继续分解平衡，可用来制备铁、铝、锡、镓、锆等的氧化物。
铝粉和B2O3粉料在刚玉罐中球磨混合1h，经真空干燥后，压坯，置入充满氩气的反应器中，进行燃烧合成。反应器内压力可在500Pa～0.1Mpa之间调节，用钨丝通电点火。热电偶插入试样心部测温。球磨后得到粉料。
Al2O3
AlB12
自蔓延法有以下优点： 1、工艺简单 2、消耗外部能量少 3、可在真空或者控制气氛下进行，得到高纯产品 4、材料烧成与合成可同时完成
900℃5h
1300℃2h
先进陶瓷粉料的制备
固相法制备粉料
可以获得高纯的Al2O3， 粒度小于1μm
用于碳化硅生产的阿奇逊电炉 (a)炉役开始前；(b)炉役结束后
分步反应： SiO2＋C → SiO（气）＋CO SiO＋2C → SiC＋CO SiO＋C → Si（气）＋CO Si＋C → SiC
先进陶瓷粉料的制备
A(S)+B(S)→C(S)+D(g)
织构陶瓷制备方法
织构陶瓷制备方法
织构陶瓷的制备方法有多种，以下提供两种制备方法：
方法一：
1. 将层状陶瓷粉体与溶剂按照一定的质量体积比混合，在高速剪切下制备成超细粉体分散液。
2. 将超细粉体分散液进行干燥，得到纳微米粉体。
3. 将干燥的粉体倒入模具中，在一定的温度下进行热处理，保温后进行脱模，即可得到层状高度织构陶瓷。
方法二：
1. 采用固相法合成陶瓷基体粉末。
2. 采用两步熔盐法合成片状模板晶粒。
3. 将基体粉末和模板晶粒混合。
4. 对混合粉体进行造粒，将造粒后的颗粒装入模具中并压制成为陶瓷生坯。
5. 对陶瓷生坯进行排胶和烧结，得到织构陶瓷。
以上是织构陶瓷的两种制备方法，仅供参考，具体可咨询相关领域的专业人员，获得更加专业的建议。
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。
陶瓷粉体的制备及性能测定实验
陶瓷粉体的制备及性能测定实验一、实验目的1、掌握陶瓷粉体制备的原理和常用方法及设备；2、了解影响陶瓷粉体制备的各种因素；3、掌握粉料颗粒分成的表示方法和测定方法；二、实验原理粉体的制备方法分两种。
一是粉碎法；二是合成法。
粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法，通常采用机械粉碎。
现在发展到采用气流粉碎技术。
一方面，在粉碎的过程中难免混入杂质；另一方面，无论哪种粉碎方式都不易制得粒径在1μm以下的微细颗粒。
合成法是由离子、原子、分子通过反应、成核和长大、收集、后处理来得到微细颗粒的方法。
这种方法的特点是可获得纯度、粒度可控均匀性好且颗粒微细的粉体。
并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。
通常合成法包括固相法、液相法和气相法。
陶瓷干压成形所用的粉料要有一定的粒度、颗粒分布范围的要求，粒度过小，则不易排气、压实，易出现分层现象；同时还要求颗粒分布范围要窄，否则也不易压实，同时还会影响产品的强度。
粉料的颗粒分布的测定方法有很多，本实验选用筛析法，即：将一定量的陶瓷粉料用振动筛筛析，用各规格筛的筛余来表示其颗粒的分布。
三、实验仪器设备1、陶瓷粉体制备设备：颚式破碎机、双罐快速球磨机、振动球磨机、湿法球磨机、行星球磨机、气流粉碎机。
2、陶瓷粉体性能检测仪器：振动筛、激光粒度分布测定仪。
四、粉碎设备的使用陶瓷工业广泛使用的粉碎设备有：(1) 颚式破碎机：用于大块原料的粗加工。
粒度粗、进料和出料的粉碎比较小(约为4)而且细度调节范围也不大；(2) 轮碾机：属中碎设备。
物料在固定碾盘和滚动的碾轮之间相对滑动，在碾轮的重力作用下被研磨和压碎。
粉碎比较大(约10以上)。
不适合碾磨含水量大于15%的物料；(3) 球磨机：为陶瓷工业使用最广泛的细碎设备。
湿球磨粉碎效率更高。
物料在旋转的筒内与比重较大的介质(球、棒)相互撞击和研磨而被磨细。
影响球磨效率的主要因素如下：①球磨机转速：球磨介质在离心力的作用下上升到滚筒的上部，自由落下砸在磨料上时，球磨的效率最高。
陶瓷粉体的制备及其在陶瓷制品中的应用
陶瓷粉体的制备及其在陶瓷制品中的应用第一章陶瓷粉体的制备方法陶瓷粉体是制造陶瓷制品的重要原材料。
为了获得精细、均匀、高纯度的陶瓷粉体，需要采用各种方法进行制备。
1. 干法制备干法制备是在物理或化学作用下，将陶瓷原料研磨成小颗粒，并通过筛网分级，使其达到所需的颗粒大小和分布。
干法制备可以采用磨细、粉碎和机械法等不同方法。
其中磨细法是将陶瓷原料加入磨料中进行磨细。
磨料可以是陶瓷球、圆锥桶、圆柱罐等，在不断的冲击、磨擦和摩擦作用下，使原料颗粒缩小，磨细并分散。
而粉碎法则是将陶瓷原料加入粉碎设备中进行高速旋转和撞击，达到破碎，并通过筛分制备所需粒度的陶瓷粉末。
2. 湿法制备湿法制备是将陶瓷原料和溶液混合搅拌，制成胶体状物质。
此时，可以通过超声波处理、热干燥、高速离心等方法，去除胶体中的水分和有害物质，还原成精细均匀的陶瓷粉末。
3. 气相制备气相制备是将气态陶瓷原料在保护气氛下加热至高温，使其分解，从而在炉内形成陶瓷粉末。
气相制备可以控制粉末质量、形态和制备过程中的污染，使其成为制备超细、高纯、均匀粒径的陶瓷粉末理想方法，但设备复杂，成本较高。
第二章陶瓷粉体的应用陶瓷粉体是制造各种陶瓷制品的必不可少的原料。
以下分别介绍其在建筑材料、电子元器件、汽车、生物医学等领域的应用。
1. 建筑材料陶瓷粉体可以用于建筑材料，如墙砖、地砖、水泥等。
高纯度的陶瓷粉末可以增加建筑材料的硬度、密度和韧性。
此外，陶瓷粉末对于加强建筑材料的耐热性、耐化学腐蚀性和耐磨性，也有显著的作用。
2. 电子元器件陶瓷粉体可以用于制造电子元器件，如电容器、晶体管、压敏电阻器、传感器等。
这些元器件需要高纯度的陶瓷粉体来保证其性能和稳定性。
陶瓷粉体可以增加元器件的耐压、耐高温、抗干扰能力，同时还可以缩小元器件的尺寸和重量。
3. 汽车陶瓷粉体可以用于汽车零部件。
陶瓷粉体可以制成高强度、低密度的车轮、刹车盘和发动机部件，以提高汽车的安全性和效率。
在发动机内部，使用陶瓷粉体制成的活塞、活塞环和汽缸套等部件，可以提高发动机的效率和可靠性。
纳米陶瓷的制备过程
纳米陶瓷的制备过程如下：
1. 纳米粉体的制备：纳米粉体的制备是纳米陶瓷生产中最重要的一步，在某种程度上可以说，纳米粉体决定了纳米陶瓷烧结后的质量。
目前，纳米粉体制备方法主要有两种，一种是气相合成法，包括化学气相合成法、高温裂解法和雾转化法。
这是一种极为实用的纳米粉体制备方法。
纳米氧化物粉或非氧化物粉可以通过这种方法制备。
气相合成法最大的优点是制备的纳米粉纯度高，烧结后的纳米陶瓷表面纯度高。
一种是凝结合成法，主要用于制备复合氧化物纳米陶瓷材料。
2. 纳米陶瓷的烧结：在获得所需纳米粉体后，需要对其进行烧结以形成纳米陶瓷材料。
烧结过程通常在高温下进行，以促进原子间的扩散和重新排列，以获得所需的结构和性能。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询纳米陶瓷领域的专业人士。
陶瓷湿法制粉
陶瓷湿法制粉是一种制备陶瓷粉体的方法，其过程包括沉淀反应、过滤和洗涤、干燥和煅烧等步骤。
在沉淀反应阶段，湿化学反应被用于制备氧化物和多元组分物质的微纳米尺寸的颗粒。
这个过程会产生大量的Cl-和SO42-等酸根离子，这些杂质离子的含量对粉体的性能有很大的影响，因此必须进行洗涤去除。
过滤和洗涤阶段，传统的板框压滤机、离心分离等手段因过滤效率低下，难以实现大规模生产。
为解决这一问题，错流过滤技术被引入到陶瓷微滤膜中，使被截留的粉体随浆料往复循环，达到连续工作的目的，显著提高了生产效率。
在干燥和煅烧阶段，通过控制温度和气氛，可以进一步调整陶瓷粉体的性能。
总的来说，陶瓷湿法制粉是一种成熟且有效的制备陶瓷粉体的技术，适用于大规模生产。
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• 固相反应法
• 液相反应法
• 气相反应法
固相反应法
• 以固体为原料制备粉体的方法
– – – – 高温固相反应法 碳热还原反应法 盐类热分解法 自蔓延燃烧合成法
• 成本低、批量、规模生产 • 应用广泛
高温固相反应法
• 主要步骤：
1. 将参加反应的固态物质（如氧化物、碳酸盐 、氢氧化物）按化学计量比均匀混合 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
BaCl2 +TiOCl2 +2H 2C2O4 +H 2O BaTiO(C2O4 )2 4H 2O+4HCl BaTiO(C2O4 )2 4H 2O BaTiO3 +2CO2 +2CO
溶胶凝胶法
• 将反应前驱体制成溶液； • 通过溶液反应，使生成物以胶体颗粒形 态存在于液相中； • 通过凝胶化反应再使溶胶转变为凝胶； • 干燥、煅烧后得到陶瓷粉体。 • 该方法也可用于制备陶瓷纤维、薄膜和 块材。
Si
O
Si O Si
影响溶胶凝胶形成的因素
• 水解过快直接形成沉淀，不能形成溶胶 凝胶过程
– 浓度适中 – 介质的吸水性 – 催化剂。用乙酸根取代部分乙氧基，降低水 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
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。
R O Si O R O R O R H2O H O H O Si O H O H
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：
溶胶-凝胶法类型
• 传统胶体型。通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形 成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶，再 经过蒸发或使之团聚得到凝胶。
• 无机聚合物型。通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶
胶过程，使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物 有聚乙烯醇、硬脂酸等。 • 络合物型。通过络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶 胶-凝胶过程成络合物凝胶。
铝热还原SHS
• 采用氧化物为原料，Al作为燃料和还原剂，合成产物中有 副产物氧化铝，由于氧化铝化学稳定性好，难以去除，因 此，通常该混合粉体直接使用。
• 燃烧温度高，通常在反应产物熔点之上
SHS 3TiO2 +3C+xAl2O3 +4 Al 3TiC +(2+x)Al2O3 SHS 3SiO2 +3C+4 Al 3SiC +2Al2O3 SHS 2 B2O3 +2C +4Al B4C +4Al2O3 SHS WO3 +C +2Al WC +Al2O3
镁热还原SHS
• 采用氧化物为原料，Mg作为燃料和还原剂，合成产物 中有副产物氧化镁，合成后经酸处理获得产物。 • 廉价
SHS TiO2 +B2O3 +5Mg TiB2 +5MgO SHS MoO3 +2SiO2 +7 Mg MoSi2 +7MgO SHS 4 B2O3 +2C +12Mg 4 B4C +12MgO SHS B2O3 +N 2 +3Mg 2 BN +3MgO
• 溶胶凝胶法 • 醇盐分解法 • 水热法
化学沉淀法
• 利用各种盐的水溶液与沉淀剂（OH-, CO32-,
SO42-, C2O42-）（Na+, NH4+）反应，形成不
溶于水的氢氧化物或相应的盐，再通过洗
涤、干燥、热分解获得。
直接沉淀法
• 将沉淀剂直接滴入金属盐溶液中形成沉 淀的方法。 • 沉淀剂溶液的浓度即使很低，一滴沉淀 剂滴入到溶液中也会产生不均匀。
1100C NH 4 AlO OH HCO3 -Al2O3 2CO2 +3H 2O +2NH 3
自蔓延高温合成 Self-propapation High-temperature Synthesis, SHS
• 在一定条件下使原料开始放热化学反应，该 反应的生成热使反应以燃烧波的形式自动延 续下去，形成新的化合物 • 反应速度快（0.1-15cm/s） • 反应温度高（2000-4000C） • 过程简单、成本低 • 硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、碳氮化 物等数百种化合物
• 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。
冷冻干燥
• 将胶体冷冻成固体，使颗粒保持分散状 态，然后减压使固体介质直接升华除去 ，获得高分散的陶瓷粉体。
P 冷冻
S L
减压干燥 g
水相图 T
气相法
• 物理气相法
– 等离子、激光、电子束
• 化学气相法
• 主要用于合成复合氧化物（如BaTiO3等）
BaCO3 TiO2 BaTiO3 CO2
3Al2O3 2SiO2 3Al2O3 2SiO2
碳热还原反应法
• 非氧化物的合成iC CO2 Ar SiO2 3C SiC 2CO
– 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。
水热法
• • • • 水热沉淀 水热晶化 水热合成 水热分解
湿化学法制粉的分散与干燥
• 湿化学法是制备纳米、亚微米超细粉的 主要方法，但是，超细粉的团聚是一个 关键问题。 • 团聚的形成：
– 悬浊液状态时； – 干燥时。
• 胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体 系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相 互作用主要是短程作用力。 • 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的 粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～ 100nm之间。 • 凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分 散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有 液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在 1%～3%之间。
元素直接SHS
SHS mX +nY X mYn
• X是燃料元素（Ti,Zr,HfV,Nb,B,Be,Si等） • Y是氧化剂元素（B,C,N2,Si,Se等）
• 纯度高
• 有时需要加入产物化合物作为稀释剂，以调控反应温度
SHS Zr +2 B ZrB2 SHS 3Si +2 N 2 Si3 N 4 SHS Ti +C TiC SHS Mo+2Si MoSi2
盐类分解法
• 通过热分解无机盐类（包括氢氧化物）得到高纯氧化物
约200C Al2 NH 4 2 SO4 4 24 H 2O Al2 NH 4 2 SO4 4 H 2O 23H 2O 500 600C Al2 NH 4 2 SO4 4 H 2O Al2 SO4 3 +2NH 3 + SO3 + H 2O 800 900C Al2 SO4 3 -Al2O3 +3SO3 1300C -Al2O3 -Al2O3
2000 C 3ZrO2 B4C 8C B2O3 3ZrB2 9CO Ar
2TiO2 C B4C 2TiB2 2CO2 TiO2 5C B2O3 TiB2 5CO
– 氮化物
3SiO2 6C 2 N 2 Si3 N 4 6CO 2TiO2 4C +N 2 2TiN 4CO Al2O3 3C N 2 2 AlN 3CO
液相法
• 采用沉淀剂使金属盐溶液形成盐或氢氧 化物沉淀，经过滤、干燥、热分解制备 粉体的方法。 • 化学组成及其均匀性便于控制； • 不仅可以合成单一氧化物，还可以合成 复合氧化物； • 便于添加微量元素； • 晶粒形貌易控； • 可获得纳米粉。
液相法（湿化学法）
• 化学沉淀法
– 直接沉淀法 – 均匀沉淀法 – 共沉淀法
胶体中固体颗粒的相互作用
• 细小陶瓷颗粒表面带有电荷。 • 颗粒间存在范德华引力和静电排斥力， 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
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
溶胶-凝胶中的基本反应
• 水解反应：
R O Si O R O R R O R H2O O R O Si O H O R
H O
• 缩聚反应：
H O OH HO Si O H
Si O Si O O Si O Si O Si
H O OH HO Si O H O H2O
H O Si O H OH
HO
Si O H
均匀沉淀法
• 在金属盐溶液中添加尿素，当溶液加热 到70度后，尿素与水反应形成氨水，新 生成的少量沉淀剂羟基立即与其周围的 盐反应形成沉淀。由于尿素是均匀分布 在溶液中，所以，形成的沉淀很均匀。
共沉淀法
• 在两种或两种以上的金属盐溶液中添加 沉淀剂（外加或内部产生），形成化学 组成均匀的混合沉淀，经洗涤、干燥、 煅烧后得到复合氧化物。