Chapter五 材料的制备.ppt

Chemistry of Materials 2009, Chapter5 学习讨论题: 1.前身法制备尖晶石ZnFe2O4的反应式，前身法较固相反应有何优点? 2.溶液法制单晶的技术关键是什么? 3.写出用化学沉降法制备高纯超细Al2O3和BaTiO3的反应式? 4.写出FeCl3经强制水解制氧化物粉体的反应式，欲制高纯超细氧化物粉体应采取那些措施? 5.制备非晶体材料最根本的条件是什么，常用的制备方法和制备技术有那些? 主要内容 5.1 晶体材料的制备 5.2 超微粒子的湿法化学合成 5. 3 非晶态材料的制备 5.4 自蔓延高温合成技术 TiCl4 + CH4 + H2 的混合气体析出TiC的过程模式： 如图所示，在CVD中的析出过程可以由以下几个过程构成： 原材料气体向基片表面扩散；原材料气体吸附到基片上；吸附在基片上的化学物质的表面反应； 析出颗粒在表面的扩散；产物从气相分离；从产物析出区向块状固体的扩散。 按照不同的工艺条件和制造技术以及这些技术的某些结合，可以采用如下几种不同的分类方法： A、原料气体：卤化物CVD法、有机金属化合物CVD法、大气压CVD法； B、能源：热CVD法、等离子CVD法（高能等离子体状态下，分解原料气体得到高化学活性的等离子体CVD）、光子增强CVD法、激光CVD法（激光或紫外线等光源，通过光化学反应分解原料气体）； C、加热方式：直接加热CVD法、间接加热CVD法、预先加热CVD法、热泳动CVD法； D、温度：低温CVD法、高温CVD法； E、气体压力：低压CVD法、常压CVD法； F、气体混合：混合导入CVD法、喷管式CVD法； G、CVD条件：间隙CVD法、振动CVD法等。 ③化学气相输运法 除了采取熔体的固化和溶液的结晶来得到所需要的晶体之外，目前从蒸气生长出晶体的方法也越来越多见，即化学气相输运法。 主要是把需要的沉积物质作为反应源物质，用适当的气体介质与之反应，形成一种气态化合物，并借助于载气将这种气态化合物输运到与源区温度不同的沉积区。然后再利用逆反应，使反应源物质重新沉积出来。 １.利用无机盐的直接水解制备氧化物微粒 某些高价金属离子及离子极化作用较强的无机盐，直接水解可生成氧化物、氢氧化物（或含氧酸）或碱式盐沉淀，控制适当PH的值，并加热反应物可制得超细高纯氧化物微粒，例如： SnCl4→H2SnO3↓→SnO2　　　　…  SHS熔铸就是通过选择高放热型反应，获得液相难熔化合物，进而进行铸造处理而获得难熔化合物的铸件。 两个阶段：通过燃烧合成获得高温液相；通过铸造方法获得最终产品。 优点：避免污染及表面氧化； 例：将Al、Ti、B三种元素粉末按化学计量比均匀混合，经SHS过程合成TiB2陶瓷增强相，随后在铝熔点以上的温度下使其均匀地分散到熔融金属Al中, 得到Al/TiB2复合材料，进而制成铸件。 饱和溶液和晶种置于容器中，以一定速率降低溶液温度，溶质在晶种上析出，使晶体长大。 用急冷法制备非晶态薄片所用的设备示意。喷枪法是用高压气体将熔化金属的液滴喷在热导率很高的基板表面上，使之高速冷却、活塞法是在熔融液滴下落的过程中，在活塞和砧板之间高速压制以获得极高的冷却速度。抛射法则是将液滴高速抛射到冷却基板上。 制备非晶态薄带的设备示意图，分别是离心法、单辊法和双辊法。它们的主要部分是一个熔融金属的液熔池和一个旋转的冷却体。金属或合金用电炉或高频炉熔化，并用惰性气体加压使熔料从坩埚的喷嘴中喷到旋转冷却体上，在接触表面凝固成非晶薄带。 将熔融金属或合金溅射到高速旋转的具有高导热系数的辊面上，熔体在辊面上急速降温，形成20～50 nm厚的非晶薄带。熔体被气压溅射到高速旋转的铜辊面上，降温速率可达105～107 K·s-1。 TiC(TiB2)SHS制粉装置 1—反应腔体；2—水套；3—多孔耐火材料；4—抽真空管 ① Powder Preparation by SHS ② 高压自蔓延烧结法(HPCS) HPCS原理示意图 1—SHS产物，2—反应区； 3—混合物;4—致密陶瓷； 5—混合物 HPCS装置 1—排气口；2—BN模套 3—混合物；4—点火物 5—Ｗ丝；6—进气口 7—电极；8—液压装置 9—真空泵 等静压自蔓延燃烧合成法 ③ SHS Fusion Casting Process SHS熔铸装置 1—Ti+B+Al 2—石墨模套 3—加热线圈 4—铸模 离心SHS涂层复合管工艺原理 ④ SHS coating process ⑤