第三章粉体表征和制备技术3-1-(精选·公开·课件).pptVIP

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第三章 陶瓷粉体的表征与制备 ?? 超细颗粒:尺寸介于原子、分子与块状固体之间, 通常泛指尺度为 1 – 1000 nm之间的微小固体颗粒, 是微观粒子与宏观物体之间的过渡区。 ★超细陶瓷粉体是获得高技术先进陶瓷的基础 由超细陶瓷粉体可以制备各种形态的新陶瓷材料(块,板,带, 膜,条, 纤维) ★ 陶瓷粉体本身是材料的一种应用形态。 人们可以直接利用它们的功能性质: - 力学性能: 磨料,研磨膏,润滑剂,增强填料 - 热学性能:保温涂层,热交换膜层。。。 - 电学性能:导电涂层,绝缘涂层, - 光学性能:发光粉,荧光粉。。。 - 磁学性能: 磁粉 - 催化性能:催化剂,环保涂料 - 能量转换功能:发光粉(电致发光),热电材料,气敏材料 ★ 粉体浆料- 利用粉体与各种有机辅助剂(黏合剂、表面活性剂,增绸剂等)复合形成的高 分散体系,作为材料应用(如磁流体)和陶瓷涂层的前驱体。 ★ 粉体超细化后性能上出现与大块固体完全不同的行为, 成为“物质新状态”,行将发展多种高新技术应用,构成了一个极为活跃的新研究领域 ★先进无机材料是现代科技和社会经济持续发展的重要支柱, 特别是新型无机功能材料是高新技术的物质基础,而超细陶瓷粉体是获得高技术无机新材料的前题和条件。 ★无机非金属(陶瓷)材料超细粉体的制备原理、技术与工艺、设备和操作,以及粉体结构和性能与制备工艺的关系。 ★侧重介绍各种超细粉体, 特别是纳米粉体的化学制备方法、原理、技术与工艺过程基础, 以及粉体的物相、晶体结构、微结构、粒径尺寸与形貌、装填性能、烧结特性、化学性能和各种功能性质的表征方法等。 ●粉体定义: 固体粒子的集合体。与均一的气体或液体相比较,粉体中没有任何两个组分粒子完全一样。 超细粉体:尺寸介于原子、分子与块状固体之间, 通常泛指尺度为 1 – 1000 nm之间的微小固体颗粒, 是微观粒子与宏观物体之间的过渡区。 ●超细粉体构成特征: 1) 一次粒子: 普通电镜下放大倍数再增加,也只能看到具有明显轮廓的单个粒子。由XRD 衍射峰变宽效应可以计算纳米尺寸粒径。 一次粒子可能是:单晶, 如 ?-Al2O3 ,或多晶, ? -FeOOH(取向一致)或 CaCO3(取向不一致) 2)二次或高次粒子: 多个一次粒子(坚固的或松散的)聚集体(团聚体) 超细粉体按颗粒尺寸进行分类 ●纳米粉体:1- 100 nm 的微小颗粒的集合体。最突出地代表微细粉体的特性 超细粉体的结构特征: ★ 比表面积大:考虑半径为r的球形粒子,其比表面积: σF = S/V = 4πr2/ (4/3πr3) = 3/r , 非球形颗粒σF 将更大。 直径2μm的球状颗粒的σF = 3/10-4 =3 x 104(cm-1), 1 cm3的粉体总表面积 = 30000 cm2 = 3 m2(1 cm3 的表面积为6 cm2) 100 nm 粒径, 每cm3 具有 3/(0.05 x 10 –4) = 60 m2 的表面积 ★ 表面原子数多:设定,边长为d的立方型原子, 总体积V 的微粒中有 V/d3 个原子,在表面上的原子数为 V/d2 表面原子分数 Σb = (S/d2)/ (V/d3) = dS/V 若为半径为r的球状颗粒, Σb = d S/V = d. 4πr2/ 4πr3/3 = 3 d/r 可见取决于d/r之比的大小 其他形状的粒子此值更大 表1 一个颗粒中的原子数和表面原子所占的比例 ★ 表面能高,表面张力大:Es = ΣA σ ★ 晶界和粒子的体积比大,5nm时 V晶界/V粒子=1:1, 例如粒子、粒界相对电阻变化,使材料性能变化 纳米陶瓷粉体的效应 奇异效应(固体物理知识):将导致新的功能性质和应用 小尺寸效应: 表面效应: 量子尺寸效应: 宏观量子隧道效应: 纳米陶瓷粉体性能变化 1)力学性能的变化 纳米材料的强度比常规材料有了很大提高。 纳米材料的韧性和塑性比常规材料有了很大提高。 纳米材料的硬度有反常变化。 纳米陶瓷粉体性能变化 2)光学性能的变化 纳米材料的反光能力大大降低,能够全吸收太阳光,利用这一特性可以制成隐身材料。 有些纳米粉体具有很好的透光

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