尖端材料与膜模拟化学：第七章 高级陶瓷.pptx

第七章高级陶瓷;但是它们也有缺点，诸如：脆性和低抗拉强度。通过把陶瓷颗粒加人到辅助基质中，从而产生例如陶瓷-金属(合金陶瓷)和陶瓷-聚合物(聚合物陶瓷)复合材料，已能克服这些问题。传统的陶瓷来源于天然的粘土矿物、硅酸盐和氧化物。相反，高级陶瓷则由化学合成或从天然材料高度精制而得。

生产陶瓷的传统路线为：从溶液中沉淀、于燥、研磨以减小尺寸以及熔合。提供所需尺寸的单分散颗粒是形成高级陶瓷的必要条件。陶瓷材料密度与其组织颗粒大小和堆积之间的关系巳从理论上进行过考察以及在实验上进行了模型的研究。胶体与表面化学方法己被发展来用于可重复地制备出陶瓷颗粒。这些方法包括：(i)均相溶液的控制沉淀；(ii)相转变；(iii)蒸发沉积和分解；(iv)等离子体和激光诱导反应。;胶体化学家大大地完善了控制沉淀的技术以形成均匀的颗粒。特别在所谓的“强制水解”中，人们应用了提高温度、控制溶液pH值和选择最合适的对离子等方法。在最佳条件下，其水解速率和随后的成核速率可控制到能获得均匀生长和较窄颗粒分布的粒子。人们利用这一方法己制备出单分散微米级铝、铬、钛、铁和铁氧化物或氢氧化物颗粒。在金属盐溶液存在时，调节实验条件控制阴离子从有机分子中释放的速率(例如：从硫代乙酰胺释放硫离子或从硒脲释放硒离子)也可制备微米级窄分布的颗粒。同样，在OH-存在时，控制阳离子从有机金属复合物中缓慢释放，也可以产生单分散微米级金属氧化物。用这一方法己制备出胶体氧化铜、氧化铁、氧化钴和氧化镍。在高度控制条件下两种或更多物质同时或共沉淀也可得到单分散复合胶体颗粒。;控制已制备好的颗粒的相转变同样可以增强尺寸控制和提高单分散度。溶胶-凝胶的相转变，即所谓的溶胶-凝胶过程，是这一方法最好的例子。最简单的溶胶-凝胶过程包括：(i)将金属盐转变为可分散的氧化物颗粒；(ii)在水中形成分散胶体(溶胶)；(iii)从溶胶除去水或除去阴离子以制备在所需形貌下的凝胶(即相转变)；(iv)干燥和烧结(或锻烧)凝胶以得到陶瓷材料。在最佳条件下的简单溶解-沉淀或重结晶，同样会改善胶体??粒的单分散性。下图给出了一些制备陶瓷材料的胶体化学方法。;;;人们发现溶液的蒸发分解和喷雾高温热解对于制备亚微米氧化物和非氧化物颗粒很有用处，利用均匀气溶胶液滴(例如，乙醇中的乙醇钛)与蒸汽反应(例如水)制备出可控制大小和粒径分布的球形胶体颗粒是另一个汽相方法。化学气相沉积技术(CVD)同样被推广来制备陶瓷颗粒。

膜模拟方法势必能为陶瓷颗粒提供优越的尺寸，形貌和单分散性。在这一领域中相对少量的文献令人吃惊。由于受到生物矿化和把金属的、催化的和半导体颗粒结合进膜模拟小区的模型研究的鼓舞，可以期望在此领域也将有蓬勃而持久的研究工作。;;;思考题