1 特种陶瓷粉体制备及其性能表征
第2次课-特种陶瓷粉体的制备方法
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.2 合成法
1.固相法制备粉末 2.液相法制备粉末 3.气相法制备粉末 4.合成粉末的实例
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.2 合成法
1.固相法制备粉末 就是以固态物质为原料来制备粉末的方法。作为固原反应 固溶反应
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.2 合成法
1.固相法制备粉末 ③ 氧化物还原法reduction method（非氧化物陶瓷） 以SiC粉 末 的 制备为例 ， 是 将SiO2 与碳粉混合 ， 在 1460℃-1600℃的加热条件下，逐步还原碳化。其大致历 程如下 SiO2+C SiO+CO SiO+2CSiC+CO
特种陶瓷 使用性能 普通陶瓷
使用性能
普通陶瓷 合成/加工工艺
普通陶瓷 固有性能
特种陶瓷的特性和应用领域
特种陶瓷的应用
研磨和耐磨性 切削性 高强度
结构陶瓷
力学性能
电磁功能 半导体功能 光学
润滑性
绝缘性 介电性
功能陶瓷
导电性
压电性 磁性
热学
生物、化学
与原子有关的功能 超导
第四章 特种玻璃
绪论
第一章 特种陶瓷生产工艺原理 第二章 结构陶瓷
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.1 机械法 4.具体粉碎方法 球磨粉碎机
1-电动机；2-离合器操纵杆；3-减速器；4-摩擦离合器；5-大齿圈；6-筒身； 7-加料口；8-端盖；9-旋塞阀；10-卸料管；11-主轴头；12-轴承座；13-机座； 14-衬板；15-研磨体
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.2 合成法 2.液相法制备粉末 1）沉淀法 ⑤ 溶胶-凝胶法：
特种陶瓷复习
绪论传统陶瓷：即普通陶瓷，主要包括日用器皿、建筑材料等。
指以粘土为主要原料与其他矿物原料经粉碎，混练，成型，烧成等工艺过程制成的各种制品。
如陶器，炻器，瓷器。
特种陶瓷：是一类“采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计的，具有优异特性的陶瓷”。
传统陶瓷与特种陶瓷的区别：1、什么是特种陶瓷？特种陶瓷有哪些主要类别？请分别列举1-2种，并简述其应用。
2、简述传统陶瓷与特种陶瓷的主要区别有哪些？3、请根据特种陶瓷发展的特点，简述其发展方向。
第一章特种陶瓷粉体制备及其性能表征理想粉体的要求：形状规则一致、粒径均匀且细小、不团聚结块、纯度高、相易控制特种陶瓷粉体特性：1、化学组成精确:最基本的要求，直接决定产品的晶相结构，最终决定其性能2、化学组成均匀性好：匀将导致化学组成的局部偏离，进而产生局部晶相的偏析和显不均微结构的差异，从而造成性能下降，重复性与一致性变差。
3、纯度要高：杂质将严重影响粉体的工艺性能和产品物理性能。
原材料选择、制备加工过程4、球形颗粒：球形颗粒粉体的流动性好，颗粒堆积密度高（理论值为74%），气孔分布均匀，从而在成型和烧结时可对晶粒生长和气孔的排除与分布进行有效的控制，以获得结构均匀、性能优良、一致性好的产品。
（球形）5、适合的颗粒大小：颗粒小、表面活性大。
活性大，降低烧结温度。
易团聚，成型、烧结缺陷。
（不规则）6、尺寸均匀单一：尺寸差异大，造成烧结活性的差异，容易造成烧结后产品内部的结构不一致，产生异常的粗晶粒7、分散好无团聚：理想的粉体是由一次颗粒组成的。
一次颗粒：是指粉体中最基本的颗粒。
二次颗粒：由一次颗粒因静电力、分子引力、表面张力等的作用聚集形成。
团聚：硬团聚和软团聚特种陶瓷颗粒的要求：1、化学组成精确2、化学组成均匀性好3、纯度高4、适当小的颗粒尺寸5、球状颗粒且尺寸均匀单一6、分散性好无团聚粉体：粉体是大量固体粒子的集合，表示物质的一种存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同于固体。
陶瓷粉体基础表征
高温陶瓷材料在高温环境下表现出良 好的抗氧化性、抗蠕变性和高温强度， 使其成为高温环境下应用的理想材料。
高温陶瓷材料的制备通常需要经过复 杂的合成和烧结过程，以确保其具有 优良的力学性能、化学稳定性和高温 稳定性。
电子陶瓷材料
电子陶瓷材料是指具有优良电性 能的陶瓷材料，广泛应用于电子 元器件、集成电路、传感器等领
针对不同应用领域，研究具有 特定性能需求的陶瓷粉体，拓 展其在能源、环境、生物医学 等领域的应用。
加强跨学科合作，将陶瓷粉体 科学与材料科学、物理学、化 学等学科进行有机结合，推动 陶瓷粉体科学的发展。
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多孔陶瓷材料的孔径、孔隙率、比表面积等参数对其性能和应用具有重要影响，需 要根据具体应用需求进行优化设计。
06 结论与展望
研究结论
陶瓷粉体的形貌、粒径、化学 组成等基础性质对陶瓷材料的
性能具有重要影响。
通过先进的表征技术，如X射线 衍射、扫描电子显微镜、透射 电子显微镜等，可以深入了解 陶瓷粉体的结构和性质。
总结词
液相法是一种通过溶液中的化学反应来制备陶瓷粉体的方法。
详细描述
液相法通常是将原料溶解在溶剂中，然后通过控制溶液的浓度、温度和pH值等参数，使原料在溶液中 发生化学反应并析出晶体，最终得到所需的陶瓷粉体。该方法制备的粉体具有较窄的粒度分布和较好 的形貌控制，但制备过程中需要去除溶剂并进行高温煅烧，成本较高且易引入杂质。
详细描述
扫描电子显微镜利用电子束扫描陶瓷 粉体表面，通过收集和分析二次电子、 背散射电子等信号，形成高分辨率的 图像，能够观察陶瓷粉体的形貌和粒 度分布。
透射电子显微镜观察
总结词
透射电子显微镜观察可以观察陶瓷粉体的内 部结构和晶体生长情况。
粉体表征和制备技术
颗粒的显微图像
(a)碳化硅微粉显微图 像
(b)理想的圆形颗粒
特定工艺
陶瓷粉体制备工艺
特定形貌和粒径
有机物辅助 固相反应法
化学共沉淀法 均匀沉淀法
甘氨酸－ 硝酸盐法
（2）形状因子——当颗粒不规则时以形状因子表征
★延伸度: 定义为 n=l/b，
★ 表面原子数多：设定，边长为d的立方型原子，
总体积V 的微粒中有 V/d3 个原子，在表面上的原子数为 V/d2 表面原子分数 Σb = (S/d2)/ (V/d3) = dS/V
若为半径为r的球状颗粒， Σb = d S/V = d. 4πr2/ 4πr3/3 = 3 d/r
可见取决于d/r之比的大小
其中l为最长尺寸长度，b为颗粒最大数的宽度。
★ 扁平度: 片状粉体 m = b/t, b为宽度，t为厚度。
★ 齐 格 （ Zigg） 指 数 : =(l/t)/(b/t)=lt/b2
延伸度/扁平度
其值偏离1愈大，则表示颗粒形状对称性愈小。
★ 球形度: 与颗粒相同体积的球体表面积对实际表面积 之比，既表征了颗粒的对称性，也与表面粗糙度有关。
量称为粒度分布或粉体组成。 粒径基准
用直径表示的颗粒大小称粒径（取决于测定方法） ◑ 几何学粒径dg——显微镜按投影几何学原理测得的粒径 投影称投影径，还与粉体颗粒的几何形状有关； （ ◑ 当量粒径de，用沉降法，离心法或水力学方法（风 筛法，水簸法）测定的粒度。其中斯托克斯径与被测粒末 具有相同沉淀速度且服从斯托克斯定律的同质球形粒子的 直径；
纳米陶瓷粉体性能变化
2）光学性能的变化 纳米材料的反光能力大大降低，能够全吸收太阳光，利用这一特性可以制成
高性能陶瓷材料的制备与表征研究
高性能陶瓷材料的制备与表征研究一、引言高性能陶瓷材料具有许多优越的性质，如高硬度、高耐磨性、高热稳定性等，因此在多个领域都有广泛应用。
为了实现高性能陶瓷材料的制备与表征，科研人员不断进行研究并取得了许多重要的突破。
二、制备方法高性能陶瓷材料的制备方法有多种，例如烧结法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法等。
其中，烧结法是目前最常用的制备方法之一。
烧结法通过将陶瓷粉末在高温下加热，使其颗粒之间发生结合，从而形成致密的材料。
溶胶凝胶法则通过将溶解在溶液中的金属离子或金属有机配合物通过溶胶凝胶的方式，制备成凝胶体，并经过干燥和热处理，最终得到陶瓷材料。
化学气相沉积法则是利用气相反应生成所需陶瓷材料，通过控制反应条件，可以制备出高纯度的陶瓷材料。
三、表征方法高性能陶瓷材料的表征方法主要包括结构表征和性能表征。
其中，结构表征可以通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段来实现。
X射线衍射可以确定材料的晶体结构和晶格参数，扫描电子显微镜可以观察材料的表面形貌和粒径分布，透射电子显微镜则可以揭示材料的内部结构和缺陷。
性能表征则可以通过硬度测试、摩擦磨损实验、热震实验等方法来确定。
四、材料改性为了提高陶瓷材料的性能，科研人员不断进行材料改性的研究。
目前常见的改性方法包括添加掺杂元素、表面修饰和复合改性等。
添加掺杂元素可以改变陶瓷材料的晶体结构和物理性质，从而提高其性能。
表面修饰则可以改善陶瓷材料的表面性质，例如增强其耐磨性和耐腐蚀性。
复合改性则是将不同性质的材料复合在一起，以实现性能的综合优势。
五、应用领域高性能陶瓷材料在多个领域有广泛的应用，其中最为重要的应用领域之一是电子器件领域。
例如，氧化锆陶瓷被广泛应用于高温传感器和热电转换器件中，由于其良好的热稳定性和电绝缘性能。
此外，高性能陶瓷材料还可以应用于航天器件、化学催化剂和先进制造业等领域。
六、挑战和展望尽管高性能陶瓷材料取得了许多重要的突破，但仍然面临着许多挑战。
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。
06第三章 陶瓷粉体制备与性能表征及设备
第三章 陶瓷粉体制备与性能表征及设备 本章主要内容：1、粉体粉碎的各种机械加工设备，重点掌握各种设备的基本结构、工作原理、性能特点和使用范围。
2、高纯粉体合成的各种方法，重点掌握各种合成方法的原理、工艺及使用范围。
3、粉体的物理性质及表征方法，重点掌握颗粒粒度及分布、粉体粒度、颗粒形貌、成分、晶态和表面的测试及表征。
要求重点掌握粉体的常用制备方法及性能表征。
如：机械粉碎法中的各种磨加工粉碎和气流粉碎法；合成法中的液相法；掌握颗粒粒度及分布、粉体粒度、颗粒形貌、成分、晶态和表面的测试及表征。
了解最近发展的粉体加工前沿技术与设备，如高能球磨法、等离子体法、激光法、电子束法等。
主要外语词汇：grinder mill 粉碎机size reduction machinery 粉碎机械grinding screen 粉碎筛synthetic reaction 合成反应synthetic method 合成方法particle-size analysis 颗粒分析grain composition 颗粒级配grain structure 颗粒结构grain density 颗粒密度grain fineness 颗粒细度概 述1、粉体的概念：所谓粉体(Powder)，就是大量固体粒子的集合系。
粉体由一个个固体颗粒组成，它仍有很多固体的属性。
陶瓷材料的显微结构在很大程度上由粉体的特性，如颗粒度、形状、粒度分布等决定。
2、粉体的制备方法：一般可分为粉碎法和合成法。
粉碎法通常采用一般机械粉碎、气流粉碎、一般球磨和高能球磨；合成法包括固相法、液相法和气相法。
本章在粉碎法中主要介绍各种粉碎设备的基本结构、工作原理以及性能特点等；在合成法中主要介绍各种合成方法的原理、工艺及使用范围。
第一节 机械粉碎加工粉体及设备一、滚筒式球磨1、基本结构：（1）工作部分：由筒体、主轴承、轴承座、机架组成；（2）动力传动部分：由电机和传动减速装置组成；（3）进出料附属装置。
四、粉体的填充特性粉体的填充特性及其填充体的集合组织是
影响产品的致密性。
❖ 近年来超细陶瓷粉的制备受到特别的重视。所谓超 细粉(ultra-fine Powder)通常是指平均粒度为 0.01～0.1μm的粉末。粒度更细的粉末，如粒度 为几个纳米(nm)，其表面原子数占总原子数40% 以上，文献中又称之为原子簇(cluster)。
制备工艺过程：粉体制备、成型、烧结。 粉体制备是基础。 如：粉体的流动性、团聚状况、颗粒度→坯 体的质地、致密度、是否有缺陷→陶瓷件的 显微结构均匀性、致密度、内部有无缺陷、 外表是否平整。
1.1 特种陶瓷粉体应有的特性
1、化学组成精确：它决定了产品晶相
和性能；
2、化学组成均匀性好：化学组成分
布不均匀将会导致产品局部化学组成偏离， 进而产生局部晶相的偏析和显微结构的差 异或异常；
态、键型或电子结构，还有晶体结构类型、相的体 系以及它们的结合关系； ❖ 其次是材料尺寸因素、种类缺陷存在状态及分布； ❖ 第三是粉体特性、材料中的晶界对陶瓷性能的影响。
6、研究任务
1、研究现有材料性能及改变它的途径； 2、发掘材料新性能； 3、探索和发展新材料； 4、研究制备材料的最佳工艺； 5、对烧后制品进行冷加工技术。
耐磨片
厨房刀具
医用刀具
内衬管道
4.特种陶瓷性能
化学键：以离子键及共价键为主； 显微结构：多数包括晶体、玻璃相、气孔（无）； 化学组成：氧化物、非氧化物、金属陶瓷、纤维 （金属纤维或无机非金属纤维）增强陶瓷； 性能：高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、磁 性、生物相容性等；
5、研究内容
探求材料的组成、结构与性能之间的关系。 ❖ 首先是材料结构，包括原子结构、原子间的结合状
(3)超细粉烧结活性高, 抗氧化稳定性极差、易燃 烧。
特种陶瓷材料 实验指导书
特种陶瓷材料实验指导书材料科学与工程学院2015.5实验一喷雾干燥法制备陶瓷粉体一、目的意义喷雾干燥法是将溶液分散成小液滴喷入热风中，使之迅速干燥的方法，它是一种广泛使用的造粒法，经过喷雾造粒后的粉料有很好的流动性、松装密度及素坯密度等都得到了明显改善。
本试验目的：①了解液相制备微粉的方法；②掌握喷雾造粒制备微粉的方法。
二、实验装置三、实验器材①喷雾干燥机一台②三维混料机一台③电子天平一台④粘度计4台⑤塑料搅拌罐四个⑥油酸、添加剂、乙醇、蒸馏水等⑦玻璃器皿四、实验步骤①设计SiC陶瓷粉料不同的配方；②用三维混料机制备流变性能良好的料浆；③将制备好的料浆用氨水调节PH值，使料浆呈现中性；④用蠕动泵将料浆打入喷雾造粒机中，在设定的进出口温度下造粒；⑤测量喷雾造粒后粉体的流动性、松装密度；⑥再将粉料进行颗粒级配后再次测定级配后的流动性和松装密度。
五、思考题①喷雾造粒时，进出口温度对造粒有何影响？②为什么要浆料的PH值调节为中性？③如何制备出流动性好、松装密度高的粉体？④为了保证流动性和松装密度都比较理想应该对喷雾造粒的粉料怎样处理？实验二特种陶瓷材料的成型一、目的意义新型陶瓷材料的成型方法很多，有压制成型（干压成型和等静压成型）、注射成型、技压成型等，最常用的是压制成型方法。
由于新型陶瓷材料的成型是陶瓷制备的关键技术环节，选择合适的成型方法有利于陶瓷制品的烧结和改善烧结体的性能。
本试验目的：①了解新型陶瓷材料的先进的成型方法；②掌握新型陶瓷材料常用成型方法的成型原理与步骤。
二、成型方法1、干压成型将经过造粒、流动性好，颗粒级配合适的粉料装入模具内，通过成型压机的柱塞施以外加压力，把配料压制成具有一定几何尺寸坯件的方法，是应用最广泛的一种成型方法。
加压方式有单向加压和双向加压两种。
干压成型应注意的问题如下。
（1）控制干压成型的坯料含水量在4%～8%左右。
（2）加压方式不同其成型结果也不同。
单向加压时，直接受压一端的压力大，密度大；远离加压一端的压力小，坯体密度小。
陶瓷粉体基础、表征培训课件：粉体工艺性能、粒度测定方法、粉体的比表面及测定
中位径和边界粒径的物理含义
（5）平均粒径
许多情况下，只需要知道粉体的平均粒径就行了。一般是按一定统计规 律计算的统计平均粒径，可按上述四种基准中的任一种统计。
（6）中位径
粒径小于它和大于它的粒子数目(质量）相等的颗粒粒径，可以看成是平 均粒径的另一种表示形式。
（7）边界粒径
边界粒径用来表示样品粒度分布的范围, 用χy(χ16, χ50,χ84) 表示， 意指粒径小于χ 的颗粒重量为 Y%。
陶瓷粉体基础
一、 微细无机粉体的表征
1.1粉体性能的近代范畴与发展
粉体是颗粒与颗粒间的空隙所构成的分散体系,是固体粒子的集合体，粉体 的研究和表征应包括单颗粒、粉体和空隙的性质。
单颗粒的性质：
（1）由材料本身决定的性质：晶体结构，固体密度，熔点，弹性，硬度， 电磁性质，光学性质，化学性质； （2）由粉体制备方法所决定的性质：粒度，颗粒形状，有效密度，表面状 态，晶体结构与缺欠，颗粒内气孔，表面气体吸附，反应活性； （3）与具有均一性能的气体或液体相比较，没有任何两个粉体粒子是完全 一样。
ρ= (F2-F1) ρ液/[V ρ液－(F3-F2)] F1—— 比重瓶质量 F2—— 瓶+粉体重
F3—— 充满液体后总重量 ρ液—— 液体密度
V —— 比重瓶规定体积
（4）显微硬度—以显微硬度计测量金刚石角锥压头的压痕对角线长，
经计算得到显微硬度。粉末试样与有机树脂粉混匀，在100~200MPa下制成 压坯，加热至1400C固化样品研磨抛光后，在20—30g 负荷下测定显微硬 度。显微硬度值决定于晶格强度和缺陷、杂质，因而与制备方法与过程密 切相关，也代表了粉体塑性。
（2）空隙度：空隙体积与粉末样的表观体积之比。 P=1-ρ/ρ理
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二次颗粒
一次颗粒发生团聚的 原因（二次颗粒形成 的原因）
理想的粉体
理想粉体的要求
形状规则一致 粒径均匀且细小 不团聚结块 纯度高 相易控制
粉体的化学组成要求
组成精确
化学组成
均匀性好 最基本的要求， 直接决定产品的 晶相结构，最终 决定其性能
液相法
水热法
•冷冻干燥法 •喷雾干燥法 •喷雾热分解法
溶剂蒸发法
液相合成法
沉淀法：是金属盐溶液中施加或生产沉淀剂，并使溶液挥发，
对所得的盐和氢氧化物通过加热分解得到所需的陶瓷粉末的方 法。
形成过饱和态 形成新相的核 核长成粒子
生成相的稳定化
液相合成法
直接沉淀法是制备超细微粒广泛采用的一种方法，其原理是在金属 盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下生成沉淀析出，沉淀经洗涤、 热分解等处理工艺后得到超细产物。不同的沉淀剂可以得到不同的 沉淀产物，常见的沉淀剂为：NH3•H2O、NaOH、(NH4)2CO3、Na2CO3、 (NH4)2C2O4等。 直接沉淀法操作简单易行，对设备技术要求不高，不 易引入杂质，产品纯度很高，有良好的化学计量性， 成本较低。缺点是洗涤原溶液中的阴离子较难，得到 的粒子粒经分布较宽，分散性较差。
实际粉体有球形、条形、多边形、片状或者不 规则等形态。
粉体的性能
颗粒形态的表征
Wadell球度（φW）
与颗粒相图体积球的表面积 实际颗粒的表面积
长短度和扁平度
长短度=长径/短径
动力形状因子（K）
沉降阻力相当径 等体积球径
粉体的表面特性
粉体颗粒的表面能和表面状态
当晶体破碎，破断面就成为新的表面，这时新的晶体 表面上的原子所处的状态就与内部原子不一样。
液相合成法
溶剂蒸发法
金 属 盐 溶 喷雾 （至低温液体） 冷冻液滴 溶剂升华 金 属 热 氧 化 溶剂蒸发 盐 分 颗 解 物 颗 粒 溶剂蒸发 粒 溶剂蒸发 + 热分解 （至热风中） （至高温液体中） （至高温气体中） 液
冷冻干燥
喷雾干燥
热煤油干燥
喷雾热解
液相合成法
水热法：是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压 的条件下进行的化学反应。水热反应依据反应类型的不同 可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热 水解、水热结晶等。
－M－OR ＋ HO－M－ → －M－O－M－＋ROH
液相合成法
溶胶－凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点： （1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而 形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平 的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被 均匀地混合。 （2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入 一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。 （3）与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较 低的合成温度，一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范 围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内，因此反应容易进 行，温度较低。 （4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。 溶胶一凝胶法也存在某些问题：首先是目前所使用的原料价 格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；其次通常整个溶 胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或儿几周：第三是凝胶 中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物， 并产生收缩。
应严格控制温度
固相合成法
液相合成法
液相合成法：也叫湿化学法，其制备粉体具有颗粒形状和 粒度易控制、化学组成精确、表面活性好、易添加微量成
分、工业化生产成本低等特点，目前已得到广泛的应用。
溶液制备
溶液混合
脱水
粉体
分解合成
前躯体
液相合成法
沉淀法
•直接沉淀法 •均匀沉淀法 •共沉淀法 •醇盐水解法 •特殊沉淀法 （sol-gel法）
液相合成法
均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均 匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，保证溶液中的沉淀处于 一种平衡状态，从而均匀的析出。通常加入的沉淀剂, 不立刻与被沉淀 组分发生反应, 而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成，克 服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性。
粉体的定义
什么是粉体？
粉体是大量固体粒子的集合，表示物质的一种 存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同 于固体。所以许多学者认为，粉体是气、固、 液三态之外的第四相。
固体的物质结构、密 度 流动性和变形性
颗粒大小
颗粒分布
颗粒形态
粉体的定义
粉体颗粒
一次颗粒
粉体颗粒一般是指物质本质结构不发生 变化的情况下分散或细化而得到的物质 基本颗粒。
反应在高温高压下进行，因此有可能实现在常规条件下 不能进行的反应。 改变水热条件，可改变具有不同结构、组成、形貌、颗 粒尺寸的产物。 工艺简单经济实用，过程污染小。 设备要求高，安全性，可控性差。
气相合成法
气相法：直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体， 使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过 程中凝聚长大形成粉体的方法。
适合的颗 粒大小 尺寸均匀 单一
活性大 易团聚
降低烧结 温度
成型、烧 结缺陷
粉体的颗粒要求
20mm
微米级粉体
1mm
亚微米级粉体
100nm
纳米级粉体
粉体的颗粒要求
球形颗粒 适合的颗 粒大小 尺寸均匀 单一
尺寸差异大， 造成烧结活性 的差异，容易 造成烧结后产 品内部的结构 不一致，产生 异常的粗晶粒
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1～1000nm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。
粉体的性能
粉体性能
颗粒分布
颗粒大小
颗粒形态
表面能
填充性
烧结性
粉体的性能
颗粒尺寸和颗粒分布
颗粒尺寸：又叫粒度，定义为颗粒的平均大小。
球形颗粒：直径 不规则颗粒：等当直径 体积直径 表面积直径 等等。。。
粉体的性能
颗粒分布：粒度分布，是表征多分散体系中颗粒大小分布不 均一的程度。
表示与各个 粒径相对应 的粒子占全 部全部颗粒 的百分含量 表示小于或 者大于某个 粒径的粒子 占全部全部 颗粒的百分 含量
颗粒尺寸
粉体的颗粒要求
分散好无团聚
理想的粉体是由一次颗粒组成的。 一次颗粒：是指粉体中最基本的颗粒。 二次颗粒：由一次颗粒因静电力、分子引力、表面张力等的作用聚 集形成。
硬团聚
团聚 软团聚
可以被打破分散成为一次颗粒
粉体的颗粒要求
特种陶瓷颗粒的要求：
ห้องสมุดไป่ตู้
1. 2. 3. 4. 5. 6.
化学组成精确 化学组成均匀性好 纯度高 适当小的颗粒尺寸 球状颗粒且尺寸均匀单一 分散性好无团聚
高能球磨法
制备细粉和 纳米粉
固相合成法 液相合成法 气相合成法
机械法
机械法
材料破碎加工的原理
机械法
材料粉碎加工模型
体积粉碎模型
表面粉碎模型
均一粉碎模型
机械法
影响颗粒破碎的因素
表征材料对粉碎的阻抗能力，可定量的表示为
易碎性
将材料粉碎到某一粒径所需要的比功。同时， 易碎性也是粉碎过程所需能量的判据。易碎性 越小，所需能力越大，材料对破碎的阻抗能力 越强。
对于氧化物纳米粉体的制备，常用的沉淀剂尿素，其水溶液在70℃ 左右可发生分解反应而生成NH4OH，起到沉淀剂的作用，得到金属 氢氧化物或碱式盐沉淀，尿素的分解反应如下：
(NH2)2CO + 3H2O = 2NH4OH + CO2
液相合成法
共沉淀：一种沉淀物从溶液中析出时，引起某些可溶性物质一 起沉淀的现象。
共沉淀法是指在含有多种阳离子的可溶性盐溶液中,加入沉淀剂 后,所有阳离子完全沉淀并将原有阴离子洗去,经高温分解或脱水 得到氧化物的方法。
液相合成法
共沉淀法 单相共沉淀
BaCl2 +草酸 TiCl4
混合物共沉淀
Y2O3
+HCl YCl3 +氨水 ZrOCl2·8H2 O
BaTiO(C2O4)·4H2O 热分解 BaTiO3 Zr(OH)4, Y(OH)3
蒸发-凝聚法 （PVD） 气相法 气相化学反应法 （CVD）
堆积类型 立方最密堆积 正斜方体堆积 面心立方体堆积
配位数 6 8 12
堆积密度 0.5236 0.6046 0.7405
空隙率（%） 47.64 39.54 25.95
楔形四面体堆积 六方最紧密堆积
10 12
0.6981 0.7405
30.19 25.95
粉体的颗粒要求
颗粒小
球形颗粒
表面活性大
颗粒尺寸
频率分布
累积分布
粉体的性能
平均粒径 d
众数粒径 dm
中位径 d50
粉体的性能
粉体粒度测定方法
1. 2. 3. 4. 5. 6. X射线小角度散射法 X射线衍射线线宽法 沉降法 激光散射法 比表面积法 显微镜分析法
粉体的性能
颗粒形态
颗粒形态对粉体的性质，如流动性、自然堆积 密度、比表面积、成型密度、烧结性能等都有 很大的影响。
热分解
ZrO2(Y2O3)
液相合成法
溶胶－凝胶法 （sol-gel法）就是用含高化学活性组分的化合物作前驱 体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在 溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成 三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形 成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。