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第二章  功能陶瓷材料的合成与制备 一、陶瓷研究的发展历程 二、功能陶瓷的定义、范围和分类 先进陶瓷从性能上可分： 结构陶瓷(structural ceramics) 功能陶瓷(functional ceramics) 结构陶瓷：指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷（现陶），特别适于高温下使用的则称为高温结构陶瓷。 功能陶瓷：指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷（现陶）。 三、陶瓷的性能与工艺特征 四、功能陶瓷的应用和展望1 四、功能陶瓷的应用和展望2 功能陶瓷今后在性能方面应向高效能、高可靠性、低损耗、多功能、超高功能以及智能化方向发展。 一些功能陶瓷的应用实例 §2.2 功能陶瓷的制备工艺 §2.2 .1 原料粉体 一、原料粉体的制备 原料粉体的制备方法 （一）固相法 1.机械粉磨法 机械粉磨即球磨。 球磨：就是在一个圆筒形容器（球磨罐）中，通过球磨介质进行的研磨。 当球磨罐旋转高于临界转速时，将产生离心运动，使球磨效率大大降低，临界转速 ωc可由下式求得： 在某一转速下可能会发生滑落状态。这取决于球磨罐的大小，填充物的性质及数量。 通常转速：干法为0.7～0.8 ； 湿法为0.5～0.65 球状研磨体通常填充球磨罐的一半，剩余空间用于填充粉料。 干法：加入25％（体积）粉料同时加入约1％（质量）润滑剂（如硬脂酸或油酸）。 湿法：填充30％～40％ （体积）粉料，并在液体介质（如水、酒精）中加入1％ （质量）的分散剂，球磨时间较长，有时甚至长达100h。 研磨介质： 通常为具有良好耐磨性的玛瑙（矿物SiO2)。但密度低（2.2g/cm3)。 其它的有瓷球（2.3g/cm3)、氧化铝球（3.8/cm3)、氧化锆球（5.6g/cm3)、钢球（7.7g/cm3)或硬质合金（WC-CO15.6g/cm3),后两种金属磨介会使粉料中引入大量金属杂质，可通过酸洗除杂。 2.固相反应法 固相反应法：是将金属盐或金属氧化物按一定比例充分混合、研磨后进行煅烧，通过发生固相反应直接制得粉体。 直接化合的固相反应通式可表示为：Me+X MeX 式中， Me代表金属元素；X代表非金属元素。 目前，用碳化物直接发生固相反应是制取碳化物粉末最主要的工业方法。常用金属氧化物代替金属，此时反应通式变 为： MeO+2X MeX+XO 或在温度较低时为： 2MeO+3X 2MeX+XO2 此法制备氮化物时，有时用NH3做氮化气氛代替N2，反应式变为： 2Me+2NH3 2MeN+3H2 许多情况上式常有碳参加，表示为 2Me+ N2(或NH3)+2C 2MeN+2CO+(H2O +H2 ) 两种固态化合物粉直接反应可生成复杂化合物粉。 例如： 最常见的BaTiO3就是将TiO2和BaCO3等物质的量混合后在1000～1200 ℃下煅烧，发生固相反应 TiO2＋BaCO3 BaTiO3＋CO2 合成的BaTiO3再进行粉碎。 3.固相热分解法 该法是利用金属化合物的热分解来制备陶瓷粉体。即 A(s) B(s) + C(g) 例如，硫酸铝铵在空气中加热分解生成Al2O3、NH3、SO3和H2O，可获得性能良好的Al2O3粉体，主要反应如下： Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O Al2 (SO4)3·(NH4)2 SO4·H2O+23H2O Al2 (SO4)3·(NH4)2 SO4·H2O Al2 (SO4)3 +2NH3+ SO3 +2H2O Al2 (SO4)3 - Al2O3 + 3SO3 - Al2O3 - Al2O3 4.自蔓延高温合成法（Self-Propagating High-Temperature Synthesis,简称SHS） 自蔓延高温合成；也称燃烧合成，是一种快速高温反应过程。主要是利用生成化合物时放出的反应热，使合成反应自维持下去直至反应结束，从而在很短时间里合成出所需材料的一种方法。 特点：是利用外部提供的必要的能量诱发高放热化学反应体系局部发生化