陶瓷粉体基础--制备概要.ppt

陶瓷粉体基础 (第二讲:粉体制备) 刘杏芹 中国科学技术大学，材料科学与工程系 陶瓷工艺的一个基本特点就是以粉体为原料经成型和烧成，形成多晶烧结体。作为起始原料的陶瓷粉料的质量好坏直接影响最终成品的质量。 通过液相合成的陶瓷粉体可得粒度相对均匀、化学成分相对准确、分布相对均匀的超细粉体 特别近几年通过有机添加剂的加入，陶瓷超细粉体的粒度及分布、化学成分等均可精确控制 (1)制备方法分类： 1）溶液法：沉淀和共沉淀法，均匀沉淀法， 醇盐分解法，溶胶-凝胶法，苷胺酸法， 柠檬酸盐法，喷雾热解法，水热法, 燃烧法 等 2）气相法：蒸发法，化学气相淀积(CVD)法 气溶胶法， 3）固相法：热分解法，改进的固相反应法 (2)沉淀和共沉淀法 沉淀法是指在含有金属离子的溶液中加入沉淀剂， 使生成不溶性氢氧化物、碳 酸盐、硫酸盐、草酸盐等， 过滤、洗涤后，再经过热分解，得到氧化物的方法。 2Al+3 + 6OH-1 = 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O 共沉淀法是指利用同一沉淀剂，使溶液中含有两 种以上的阳离子一起沉淀下来，生成沉淀混合物或固 溶体前驱体，过滤、洗涤、热分解，得到复合氧化物 的方法。 Cd+2 + Fe+3 + 5OH-1 = Cd(OH)2 ?+ Fe(OH)3 ? BaCl2+TiCl4+2H2C2O4+5H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O +6HCl 共沉淀法的优点及影响因素： ?原子（离子）、分子水平上的混合, 混合均匀 ?共沉淀法中的沉淀生成情况，能够利用溶度积通过 化学平衡理论来定量讨论。 ?化学配比、离子浓度、溶液的pH值、温度、溶度积、 搅拌速度、沉淀剂加入方式（单注、双注）等 都会影响沉淀颗粒乃至于影响到分解后氧化物粒子 的大小、形貌、团聚状态和性能等 用沉淀法制备微粉应考虑的因素 沉淀形成的条件与粉体特性之间的关系是一个比较复杂的问题 ◆ 金属离子浓度与沉淀剂浓度 ◆ 操作温度 ◆ 两种溶液混合的顺序和均匀化速率（如搅拌） ◆ 其它杂质的存在、性质和作用 ◆ 反应副产物的去除方法 ◆ 固液分离和沉淀物的干燥 ◆ 沉淀物的灼烧（升温程序！） 沉淀条件不同，后续处理方式不同，得到不同沉淀物，产生不同性能的粉体。 沉淀反应的加料方式 1、顺加（单注）法：将沉淀剂加到金属盐溶液 中 随着沉淀剂的耗尽，溶度积小的离子优先析出 2、逆加（单注）法：将金属盐加到沉淀剂中 一般，沉淀剂过量，从而该方式有利于共沉淀 3、并加（双注）法：将盐溶液和沉淀剂同时按比例加到反应器中 ? 沉淀物的组成可比较均匀 影响因素:浓度、温度、PH值、滴液或缓释速度、混合方式、搅拌方式、老化时间以及盐溶液的特性都对产物的最终结构与形貌有很大的影响。 实例：MnCO3的制备,Co盐的制备 沉淀剂滴加方式对粉体形貌的影响 反应温度 PH值 搅拌速度 沉淀剂 Co盐的制备 实施例1：草酸盐共沉淀法制备DCO(掺杂氧化铈，Ce0.8SM0.2O2, Ce0.8Gd0.2O2,） 中温固体氧化物燃料电池电解质 1、根据欲得到的粉体量，计算所需的草酸量，并过量5~8%，以使沉淀完全。加水搅拌溶解，配成0.1mol/l的溶液。逐滴加入稀氨水，调节pH值，使之在6.6~6.8。 2、将计算量的Gd3+（Sm3+）与Ce3+的混合液用分液漏斗逐滴加入（≈10ml/min），并不断加入氨水，充分搅拌，以保持其pH值在6.6~6.8。加完金属离子溶液后，继续搅拌约10min，使沉淀完全。 3、静置，抽去上层的清液，将沉淀转移至大烧杯中，抽滤，并用蒸馏水洗涤5次，以充分除多余的铵离子和草酸根离子。将沉淀转移至2L的大烧杯中，用乙醇充分分散，抽滤，以充分除去水，重复3次。 沉淀物干燥后灼烧 得到陶瓷微粉。 TEM photo for calcined SDC powders SEM photo of SDC pellet sintered at 1500oC Electrical properties of GDC and SDC 实施例2：共沉淀法制备SOFC复合阳极 Ni/SDC（NiO-Ce0.8Sm0.2O2) 以硝酸镍和硝酸铈（钐）为原料，碳酸氨为沉淀剂，以逆加的滴液方式，共沉淀法制备初级粉体： Ni(OH)2/(SC)(OH)3 沉淀物经水洗、醇洗、干燥和