材料制备技术 课件.ppt

材料制备技术 对固体材料来说， 全部固体物质的制备和合成方法均可以应用于其制备中。但是，我们应当清醒地意识到，材料不等于固体化学物质，材料的物理形态往往对材料的性质起着相当大的，有时甚至是决定性的作用。因此，化学合成方法并不是材料合成与制备的全部，材料还有其本身特殊的合成和制备机制。因此，这里不一一列举经典的固体合成方法，而是局限介绍材料合成领域的一些特殊的方法。 固体材料的分类 金属材料（metallic materials) 黑色金属（Ferrous metals) 有色金属（nonferrous metals) 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials) 高分子材料(polymers) 复合材料（composites) 金属基复合材料（MMC, Metal Matrix Composites） 陶瓷基复合材料（CMC, Ceramics Matrix Composites） 聚合物基复合材料（PMC, Polymer Matrix Composites） 金属材料制备流程 探矿(prospecting) ?地质学 采矿(mining) ?资源学 选矿(mineral separation) ?资源学 提炼(smelting) ?冶金学 材料制备与成型(materials fabrication and working )?材料学 材料加工与制造(machining and manufacturing)?机电学 1 无机材料的一般制备方法 “熔化”也称 “熔炼”，是钢、铁、铝等金属材料；玻璃、铸石、熔铸耐火材料、人工晶体等无机非金属材料材料的主要工艺过程。 在实验室条件下，玻璃熔化实验的过程（玻璃的主要制备工艺）如下： 2. 材料化学制备方法 2.1.1化学沉淀法 （1）共沉淀法 在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。 （2）均匀沉淀法 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法。本法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。 （3）多元醇沉淀法 许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100℃，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒。 （4）沉淀转化法 本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚。沉淀转化法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。 化学沉淀法制备稳定氧化锆陶瓷 2.1.2化学还原法 （1）水溶液还原法 采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护剂PVP (聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗粒团聚及减小晶粒尺寸。其优点是获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程可控制。 （2）多元醇还原法 该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)等醇中，当加热到醇的沸点时，与多元醇发生还原反应，生成金属沉淀物，通过控制反应温度或引入外界成核剂，可得到纳米级粒子。 （3）气相还原法 本法也是制备微粉的常用方法。例如，用15%H2-85%Ar还原金属复合氧化物制备出粒径小于35nm的CuRh，g-Ni0.33Fe0.66等。 （4）碳热还原法 碳热还原法的基本原理是以炭黑、SiO2为原料，在高温炉内氮气保护下，进行碳热还原反应获得微粉，通过控制工艺条件可获得不同产物。目前研究较多的是Si3N4、SiC粉体及SiC-Si3N4复合粉体的制备。 2.1.3溶胶－凝胶法 （1）溶胶—凝胶法基本原理 在常温或近似常温下把金属醇盐溶液加水分解，同时发生缩聚反应制成溶胶，再进一步反应形成凝胶并进而固化，然后经低温热处理而得到无机材料的方法。由于加热的温度远远低于氧化物的融化温度，所以被称为低温合成法。也由于利用了加水分解、缩聚等化学反应，所以又可叫做材料的化学合成法。 （2）溶胶-凝胶法工艺流程 （3）溶胶—凝胶法的应用 溶胶—凝胶法按其反应机理可分为三类，即传统胶体型、无机聚合物型（金属醇盐型）和络合物型。主要应用于如下几个方面： ①粉体原材料。 ②线型材料。 ③薄膜或涂层材料。 ④复合材料。 ⑤体型材料。 （3）溶胶—凝胶法的优点 ①操作温度远低，节约能源，使得材料制备过程