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第一讲 粉体技术 1.1纳米粉体制备 气相法（蒸发凝固、溅射、CVD） 定义：气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，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纳米微粒的方法。 气相法的分类：主要分为气体中蒸发法，溅射法、化学气相反应法，化学气相凝聚法。其中前两种属于物理气相沉积，后两种方法属于化学气相沉积 。 气相法合成过程: 1.源原子形成：蒸发、溅射、激光等能量源的赋能作用，产生高密度的蒸气（源原子）。 2.粒子成核：引入载气（如惰性气体或加入反应气体O2、N2等），通过气相粒子的碰撞来限制自由程、提高过饱和度、促进成核。 3.粒子长大：碰撞还可以吸收热量、冷却原子，使粒子间相互碰撞、微粒长大。 气相法的特点和优势，主要包括:表面清洁;粒度整齐，粒径分布窄;粒度容易控制;颗粒分散性好；通过控制可以制备出液相法难以制得的金属碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉。 蒸发冷凝法 原理：在高真空的条件下，试样经蒸发后冷凝 优点：高纯度，粒径分布窄，良好结晶和清洁表面，粒度易于控制等 溅射法 原理：在电场的作用下离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。 优点：可制备多组元的化合物纳米微粒，通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。 Chemical Vapour Deposition（ CVD ）：利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上生成固态沉积物的技术。 特点：具有保形性。沉积反应如在气固界面上发生，则沉积物将按照原有固态基底的形状包复一层薄膜。如果采用某种基底材料，在沉积物达到一定厚度以后又容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具；可以得到单一的无机合成物质；可以沉积生成晶体或细粉状物质，甚至是纳米尺度的微粒；反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液态或固态物质。 所用反应体系的选择要符合下面一些基本要求：反应易于生成所需要的沉积物，而其它副产物保留在气相，排出或易于分离；整个操作较易于控制 b.液相法（sol-gel、微乳液法） 液相法的原理是：选择一至几种可溶性金属化合物配成均相溶液，再通过各种方式使溶质和溶剂分离，溶质形成形状、大小一定的颗粒，得到所需粉末的前驱体，加热分解后得到纳米颗粒的方法。 主要特点：具有设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，主要用于氧化物系超微粉的制备。 sol-gel法 定义：金属有机或无机化合物经溶液、溶胶、凝胶等过程而固化，再经低温热处理而生成氧化物或其他化合物纳米粒子的方法。 原理：将前驱物在一定溶剂和条件下控制水解，不产生沉淀而形成溶胶。然后将溶质缩聚凝胶化，内部形成三维网络结构，再将凝胶干燥焙烧，去除有机成分，最后得到所需的纳米粉末材料，如将溶胶附著在底板上，则可得纳米薄膜。 优点：化学均匀性好。由于溶胶凝胶过程中，溶胶由溶液制得，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致。该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分。不溶性颗粒经胶凝化可自然地固定在凝胶体系中。不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好；工艺简单、所得物质纯度高，通过烧结可得到致密陶瓷；产物颗粒粒径均一，过程易控制；反应物种多，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备以及气孔相连的多孔纳米材料的制备；用无机盐作原料，价格相对便宜；可以大大降低合成温度。 缺点：烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，即体材料烧结性不好；凝胶干燥时收缩大。 微乳液法 微乳液 ＝ 表面活性剂 ＋ 水 ＋油 特点：微乳液法具有原料便宜、实验装置简单、操作容易、反应条件温和、粒子尺寸可控。而广泛用于纳米材料的制备。与其它化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控，分散性好。 c.固相法（高能球磨） 纳米微粒固相法合成是把固相原料通过降低尺寸或重新组合制备纳米粉体的方法。该法是通过固相到固相的变化来制造超微粉体，没有相的变化。 高能球磨法 高能球磨法是一个无外部热能供给的干式高能球磨过程，是一个由大晶粒变成小晶粒的过程。 特点：工艺简单，制备效率高，并能制备出常规机械粉碎法难以获得的高熔点金属或合金超微粉。 1.2纳米线的制备 1.3纳米柱的制备 第二讲 成型技术 2.1常用成型技术 干压成型 2.2原位凝固成型 借助一些可操作的物理反应(如温度诱导絮凝成型和胶态振动注模成型等)或化学反应(如凝胶注模成型和直接凝固注模成型等)使注模后的陶瓷浆料快速凝固为陶瓷坯体。 (1)减少了有机物的添加量，减少了脱脂时间； (2)陶瓷浆料具有很高的固相体积分数，一般大于50vol％，使成型坯体具有高密度； (3)近净尺寸成型，可成型复杂形状的部件； (4)成型坯体内