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先进陶瓷粉体的固相合成法

固相法是一种设备和工艺简单、便于工业化生产的粉体制备方法,也是目前在科研和工业化生产中采用的最主要的一种先进陶瓷粉体制备方法。
固相法是以固态物质为原料,遁过一定的物理与化学过程制备陶瓷粉体的方法:它不像气相法和液相法伴随有气相一固相、液相一固相那样的状态(相)变化,制得的固相粉体和最初固相原料可以是同一物质,也可以不是同一物质。
 
1.原料的准备
固相原料可以是天然矿物、化工原料(氧化物)、化学试剂等。最早固相法的起始原料多为天然矿物,如黏土、长石、石英、滑石、方解石、膨润土、菱镁矿、硅灰石等,通常被称为传统固相法。而氧化物陶瓷则采用工业氧化物原料为固相材料,是结构陶瓷、装置陶瓷和绝缘陶瓷基片等所常采用的。
 
2. 配料及混合
陶瓷所需组分的固相原料按照制品要求的比例称重后.要经过充分混合(其中也包含着一定的细化作用),使其分布均匀,各原料之间处于充分接触的状态,以利于混合物在下一阶段的合成。混合是一个物理过程,一般可分为干混与湿混两种,混合的主要设备有振动磨机与球磨机等。
 
3. 原料的合成
混合物在一定的温度下,各组分之间的化学反应进行得比较充分和完全,才能获得所需的物相。由于这种化学反应是在固相之间发生的,所以也称为固相反应(亦称合成)。作为固相反应,事实上包含有很多内容,如化合反应、分解反应、固溶反应、氧化还原反应、出溶反应以及相变等。实际工作中往往几种反应同时发生,并且反应生成物需要粉碎。这里侧重介绍如下几种反应。
(1)化合反应法
化合反应法是两种或者两种以上的粉末,经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末,有时也伴有一些气体逸出。
(2)热分解反应法
热分解反应不仅仅限于固相,气体和液体也可发生热分解反应。
(3)氧化物还原法
在现代工业生产中,非氧化物陶瓷的原料粉末一般采用氧化物还原方法制备.或通过还原碳化,或者还原氮化实现。
(4)自蔓延高温合成法  
自蔓延高温合成法技术最早于1967年由苏联科学冼结构宏观动力学研究所研究成功,现已经能用这一技术生产近千种化合物粉末。该技术制取粉末可橛括为以下两大方向。
①元素合成
如果反应中无气相反应物也无气相产物,则称为无气相燃烧。如果反应在固相和气相混杂系统中进行,则称为气相渗透燃烧。
②化合物合成
用金属或非金属氧化物为氧化剂、活性金属为还原剂(如Al、Mg等)的反应即为一例。这实际上是前面谈到的化合法,或称之为Al(或Mg)热法。
(5)爆炸法
爆炸法是利用瞬间的高温高压反应制备微粉的方法,足一种连续粉体制备工艺,制备出的粉体呈球形,尺寸一般在20~30nm范围。
 
4.细化过程
经合成后获得具有所需物相的物料,再经过细化,才能成为制备陶瓷产品所需的粉体(或瓷料)。在固相法中,细化均采用机械方法,因而也称粉碎,对于先进陶瓷而言.最常用的粉碎设备有振动磨机、球磨机、胶体磨机、气流粉碎机等,之后又发展并出现了偏心球磨机和砂磨机等。


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本文“先进陶瓷粉体的固相合成法”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2017-02-20 14:48:28
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