化学法制备粉体材料及表征.doc

化学法制备粉体材料及表征 此课程是材料学院设置的综合实验课。通过本实验课的学习与实践，使学生了解化学制备粉体的基本原理基本方法粉体的化学合成：化学合成粉体的特点： ????优点：能得到极微细的颗粒，且颗粒尺寸比较均匀，颗粒的纯度高； ????：制备过程比较复杂，成本较高。 ??1）化合或还原化合法 ????直接化合的反应通式可写为：Me＋X＝MeXMe、X分别代表金属和非金属元素。 用这一方法还可以生产多种碳化物、硅化物、氮化物粉体。 SiC + CO↑ ???2) 自蔓延高温合成法 ????利用金属元素的燃烧反应热形成自蔓延的燃烧过程制取化合物粉体的方法就称之为自蔓延高温合成法（Self－Propagation High－Temperature Systhesis），即SHS技术。 由于SHS技术用的是化学能而不是电能，快速内部自热而不是低速外部加热，用简单的反应装置而不是复杂的高温装置，因此受到重视。SHS技术最早于1967年在前苏联科学院物理化学研究所进行研究，得到了很大的成功，并已经能用这一技术生产 400多种化合物粉体，之后在20世纪80年代，美国和日本也进行了积极的研究。TiO2 + B2O3 + 5Mg 5MgO + TiB2 ?3）固相热分解法 ??5 ( NH4) 2O·12WO3 · nH2O在空气中热分解可获得性能良好的粉体： O·12WO3 · nH2O =12WO3 + 10NH3↑ + nH2O ↑(1) 仲钨酸铵热分解机理 仲钨酸铵，也称APT，其分子式为5 ( NH4) 2O·12WO3 · nH2O，其中n可能是11, 7, 6和5；结晶水的多少由生产工艺条件决定。仲钨酸铵是白色透明的晶体，松散，流动性好，在空气中加热时，60℃开始失去氨，100℃开始脱水，450℃开始转变为黄色三氧化钨。 仲钨酸铵热分解机理分为四个单独的阶段，可以表示为表1 2 液相法?1）沉淀法 沉淀法是指含一种或多种离子的可溶性盐溶液，加入沉淀剂，或于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类的前驱体沉淀物从溶液中析出，经固液分离，并将沉淀物洗涤以洗去其中的阴离子，经热分解或脱水即得到所需的氧化物粉料。 沉淀法制备主要分为共沉淀法、均匀沉淀法等多种。 共沉淀法共沉淀法。均匀沉淀法控制溶液中的沉淀剂浓度，使之缓慢地增加，则使溶液中的沉淀处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现，这种方法称为均相沉淀。???通常，通过溶液中的化学反应使沉淀剂慢慢地生成，从而克服了由外部向溶液中加沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性，结果沉淀不能在整个溶液中均匀出现的缺点。C O(NH2)2+H2O→CO2+2NH3；NH3+H2O→NH3·H2O;Zn(NO3)2+NH3·H2O→氧化锌前驱物；氧化锌前驱物→ZnO。 ???2）水热合成法 水热合成法是液相中制备纳米颗粒的一种新方法。100～350℃温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合，通过对加速渗析反应和物理过程的控制，可以得到改进的无机物，再过滤、洗涤、干燥，从而得到高纯、超细的各类微颗粒。 水热合成法可以用两种不同的实验环境进行反应：其一为 3）喷雾热解法 原理： ????主要过程溶液配制、喷雾、反应、收集等四个基本环节。 分类根据喷雾液滴热处理方式不同，可分为喷雾干燥、喷雾水解、喷雾焙烧和喷雾燃烧等四类。??4）溶胶－凝胶法 基本原理：以液体的化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物经聚集后，一般生成1nm左右的粒子并形成溶胶。通常要求反应物在液相下均匀混合，均匀反应，反应生成物是稳定的溶胶体系。 在凝胶中通常还含有大量的液相，需要借助萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应物质化合物微粒。—凝胶法制备纳米颗粒过程中，最重要的就是溶胶和凝胶的生成，过程中依次要发生水解反应和缩聚反应。 ???? 其典型的反应式为 M（OR）n十xH2O→M（OH）x（OR）nx十xROH 一M—OH十HO—M→一M—O—M十H2O??? 一M—OR十HO—M→一M—O－M十ROH??? （失醇缩聚） 控制溶胶—凝胶化的参数很多，pH值、溶液的浓度、反应温度和反应时间四个主要参数对溶胶—凝胶化过程有重要影响。?气相化学反应物系活化方式：????电阻炉加热、化学火焰加热、等离子体加热、激光诱导、γ射线辐射等多种方式 Si3N4 + 12HCl 粉体表征手段 1. 粉体的粒度与粒度分布 粒度是指粉体粒子大小的量度。粒度的表征包括粒子大小的表征(平均直径)和粒度分布的表征。超细粉体一般为多分散颗粒体系，即体系由粒径大小不等的粒子组成，粒径分布又称粒度分布，分为频