無機(jī)精細(xì)化學(xué)品與材料

1、第二章第二章 無機(jī)精細(xì)化學(xué)品與材料無機(jī)精細(xì)化學(xué)品與材料2CaCOCaCO3 3電子材料工業(yè)、光化學(xué)材料工業(yè)、傳感器材料等精細(xì)化常見無機(jī)化合物常見無機(jī)化合物34v概 述v無機(jī)精細(xì)化工就是精細(xì)化工中的無機(jī)部分，在整個(gè)精細(xì)化工大家族中，起步相以較晚，產(chǎn)品較少，然而近幾年來發(fā)展趨勢越來越明顯。5v2.1 概述v2.2精細(xì)化工藝技術(shù)v2.3無機(jī)精細(xì)化學(xué)品62.1 2.1 概述概述無機(jī)精細(xì)化學(xué)品屬于無機(jī)化合物的精細(xì)化工產(chǎn)品。一、分類與研究范疇陶瓷零件陶瓷零件7無機(jī)精細(xì)化工無機(jī)精細(xì)化工無機(jī)精細(xì)化學(xué)品和無機(jī)精細(xì)材料無機(jī)精細(xì)化學(xué)品和無機(jī)精細(xì)材料 l無機(jī)精細(xì)化學(xué)品無機(jī)精細(xì)化學(xué)品單質(zhì)鋰、鈉、鎂、硅等鋰、鈉、鎂、硅等

2、無機(jī)化合物無機(jī)過氧化物堿土金屬化合物硼族化合物氮族化合物硫族化合物過渡金屬化合物.l無機(jī)精細(xì)材料無機(jī)精細(xì)材料工程材料（精細(xì)陶瓷）（精細(xì)陶瓷）功能材料（纖維材料、阻燃材料、超細(xì)分體材料纖維材料、阻燃材料、超細(xì)分體材料）8v 從應(yīng)用來說從應(yīng)用來說，無機(jī)精細(xì)材料無機(jī)精細(xì)材料已被開發(fā)應(yīng)用作為：高性能結(jié)構(gòu)材料（精細(xì)陶瓷）、纖維材料（石棉、玻璃纖維 ）、能源功能材料（太陽能電池）、阻燃材料(氫氧化鋁、氫氧化鎂) 、微孔材料(分子篩)、超細(xì)粉體材料、電子信息材料、涂料和顏料、水處理材料、試劑和高純物質(zhì)等。v 從應(yīng)用角度而言從應(yīng)用角度而言，可以概括為工程材料工程材料（即結(jié)構(gòu)材料）和功能材料功能材料兩大類。由此

3、可見，無機(jī)精細(xì)化工材料的開發(fā)，標(biāo)志著一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平。9無機(jī)精細(xì)化工在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)中的作用無機(jī)精細(xì)化工在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)中的作用v國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，在當(dāng)今世界新技術(shù)革命中，無機(jī)精細(xì)化工是信息科學(xué)信息科學(xué)、生命科學(xué)生命科學(xué)和材材料科學(xué)料科學(xué)三大前沿科學(xué)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。v特殊的優(yōu)異的性能，比如說具有高硬、高強(qiáng)、輕質(zhì)、不燃、耐高溫、耐腐蝕、耐磨擦等。 10v 以前對(duì)無機(jī)化合物的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用主要只停留在表面的，近代化學(xué)和物理的發(fā)展為揭示物質(zhì)本質(zhì)的奧秘提供了理論依據(jù)，各種分析方法和精密度測試技術(shù)的確立有力地推動(dòng)了對(duì)無機(jī)物物性的更深層次的認(rèn)識(shí)。v 人們在充分認(rèn)識(shí)了各種材料物性規(guī)律的基礎(chǔ)上，

4、一方面為合成新材料提供了理論和方法，更重要的是，大量為改善已有材料的性能和挖掘已有材料的潛在特殊功能開辟了道路。無機(jī)精細(xì)化學(xué)品在很大程度上就是通過物理和化學(xué)新工藝，對(duì)已有的無機(jī)物進(jìn)行精細(xì)化工加工而制得的。精細(xì)化工藝技術(shù)精細(xì)化工藝技術(shù)11l立足于豐富資源，積極發(fā)展系列化、多規(guī)格、多性能、高質(zhì)量的產(chǎn)品。（碳化硅陶瓷,碳化硅纖維）l注意發(fā)展與信息科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)有關(guān)的無機(jī)精細(xì)化工產(chǎn)品。l開發(fā)新的精細(xì)化工藝藝技術(shù)，大力發(fā)掘無機(jī)物潛在的特殊功能l面對(duì)現(xiàn)狀，積極研制當(dāng)前急需的產(chǎn)品，為深入發(fā)展無機(jī)精細(xì)化工打好基礎(chǔ)。三、發(fā)展趨勢三、發(fā)展趨勢12三、研究重點(diǎn)三、研究重點(diǎn) 和有機(jī)精細(xì)化學(xué)品有大的區(qū)別。 不

5、是合成更多的化合物，而是改變現(xiàn)有物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，賦予其新功能。13單晶體單晶體是整個(gè)固體中的原子規(guī)則有序排列的結(jié)構(gòu)一、單晶化工藝技術(shù) 多晶體多晶體是許多微小單晶的聚合體，即由許多取向不同的晶粒組成。 非非晶體晶體是短程有序而宏觀無序的周期性結(jié)構(gòu)14v晶體的熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)等性質(zhì)都與晶體內(nèi)部原子排列的特點(diǎn)緊密相關(guān)。 如果利用某種技術(shù)，將尋常多晶態(tài)物質(zhì)制成具有一定使用尺寸的單晶體或非晶體，都可賦于原物質(zhì)新的特性和功能，變成新型功能材料，使其具有更多更大的應(yīng)用價(jià)值。15v焰熔法焰熔法：顧名思義，就是采用2000度以上的火焰，將材料熔融，然后生成一定形狀晶體的方法。這種方法具有設(shè)備簡單

6、，晶體生長速率快等優(yōu)點(diǎn)，是目前生長高熔點(diǎn)單晶體常用工藝。單晶化工藝主要有：16v 引上法引上法（又稱提拉法）：是丘克拉斯基(J.Czochralski)在1917年發(fā)明的從熔體中提拉生長高質(zhì)量單晶的方法。就是在鉬片或鉑片做成的坩堝中裝入高純原料，然后用電阻進(jìn)行加熱，在原料熔化后加入籽晶，在受控條件下，使籽晶和熔體在交界面上不斷進(jìn)行原子或分子的重新排列，緩慢地把籽晶向上提，從籽晶開始單晶體就會(huì)逐漸長大。17v導(dǎo)模法導(dǎo)模法：從熔體人工制取單晶的方法之一，同樣是在鉬制的坩堝中加入原料，在電爐中加熱，然后在熔融的原料中插入一個(gè)中間開槽的導(dǎo)模，通過導(dǎo)模進(jìn)行拉片，就得到片狀單晶體。運(yùn)用此種方法可以直接制得

7、片狀單晶體。18v梯度法梯度法：與前面幾種一樣，也是先將原料熔融，只不過是事先在坩堝中央放有一粒籽晶，然后緩慢降低爐溫，控制氣體流量，就能得到長成大塊的單晶體。使用該方法，可以得到直徑達(dá)到30厘米，厚度12厘米的藍(lán)寶石晶體。19v非晶態(tài)（無定形材料、無序材料、玻璃態(tài)材料）是物質(zhì)的另一種結(jié)構(gòu)形態(tài)。非晶態(tài)是由晶態(tài)轉(zhuǎn)變而來的。v與晶態(tài)相比，有兩個(gè)最基本的區(qū)別： 二、非晶化工藝技術(shù)原子排列不具有周期性非晶態(tài)材料屬于熱力學(xué)的亞穩(wěn)態(tài)。有繼續(xù)釋放能量、向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向但必須克服一定的能壘，因此非晶態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)區(qū)別于晶態(tài)的穩(wěn)定性，位壘越高，非晶態(tài)越穩(wěn)定，越不容易結(jié)晶化。位壘的高低也直接關(guān)系到非晶態(tài)材料的實(shí)用

8、價(jià)值和使用壽命。20v目前非晶態(tài)材料包括非晶態(tài)金屬及合金、非晶態(tài)半導(dǎo)體、非晶態(tài)電介質(zhì)、非晶態(tài)離子導(dǎo)體、非晶態(tài)高聚物和氧化物玻璃。21非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金v 是在研究晶態(tài)合金快速淬火處理的過程中意外發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的。大多數(shù)純金屬無法非晶化。制備方法制備方法：液相急冷法、氣相沉積法和鍍層法三種。要制備非晶態(tài)合金，最主要的條件條件是有足夠快的冷卻速度，冷卻到材料的再結(jié)晶溫度以下。22v 高強(qiáng)度高韌性的力學(xué)性能高強(qiáng)度高韌性的力學(xué)性能 u 高導(dǎo)磁、低鐵損的軟磁性能高導(dǎo)磁、低鐵損的軟磁性能 耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕的化學(xué)特性耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕的化學(xué)特性 非晶態(tài)金屬材料的性能非晶態(tài)金屬材料的性能 23三、超細(xì)化工藝技術(shù)三、

9、超細(xì)化工藝技術(shù)名稱名稱粒徑粒徑粉末或細(xì)顆粒粉末或細(xì)顆粒小小1mm微細(xì)顆粒微細(xì)顆粒0.110um超細(xì)顆粒超細(xì)顆粒小于小于0.1um，通常指，通常指0.10.01um之間之間1. 1.超細(xì)顆粒簡介超細(xì)顆粒簡介24v超細(xì)顆粒具有的奇特性質(zhì)：熔點(diǎn)低、化學(xué)活性高、磁性強(qiáng)、熱傳導(dǎo)好、對(duì)電磁波的異常吸收。起因于“表面效應(yīng)表面效應(yīng)”和“體積效應(yīng)體積效應(yīng)”。252.超細(xì)化的原因物質(zhì)化學(xué)活性的影響因素 表面效應(yīng)表面效應(yīng)：固體的表面原子因和內(nèi)部原子因所處的環(huán)：固體的表面原子因和內(nèi)部原子因所處的環(huán)境不同，而呈現(xiàn)比較高的化學(xué)活性的現(xiàn)象。境不同，而呈現(xiàn)比較高的化學(xué)活性的現(xiàn)象。 體積效應(yīng)：體積效應(yīng)：相同體積下，粒經(jīng)越小，比

10、表面積越大，相同體積下，粒經(jīng)越小，比表面積越大，也即表面原子數(shù)目越多，化學(xué)活性越高。也即表面原子數(shù)目越多，化學(xué)活性越高。26v制備方法：機(jī)械力粉碎機(jī)械力粉碎和化學(xué)及物理方法化學(xué)及物理方法v物理方法很難達(dá)到微米級(jí)以下，化學(xué)及物理方法主要有氣相法氣相法、液相法液相法和固相法固相法等。27化學(xué)法v 1、沉淀法、沉淀法（1 1） 定義：在原料溶液中添加適當(dāng)?shù)某恋韯乖现械年栯x子定義：在原料溶液中添加適當(dāng)?shù)某恋韯?，使原料中的陽離子形成各種形成各種細(xì)顆粒細(xì)顆粒形式的沉淀物。形式的沉淀物。（2 2）不利因素）不利因素 直接加入沉淀劑，會(huì)造成沉淀劑局部濃度過高，使沉淀中極易夾帶其他雜質(zhì)直接加入沉淀劑，會(huì)造

11、成沉淀劑局部濃度過高，使沉淀中極易夾帶其他雜質(zhì)和產(chǎn)生顆粒粒度不均勻。和產(chǎn)生顆粒粒度不均勻。28（3）常用改進(jìn)方法 預(yù)先加入某種物質(zhì)，獲得粒度均勻、純度高的超細(xì)粒預(yù)先加入某種物質(zhì)，獲得粒度均勻、純度高的超細(xì)粒子，常采用尿素。子，常采用尿素。（NH2）2CO + 3H2O2NH4OH +CO229 生成的生成的NH4OH與金屬離子作用形成沉淀，也即與金屬離子作用形成沉淀，也即NH4OH起沉淀劑作用。起沉淀劑作用。 通過控制化學(xué)反應(yīng)可以控制通過控制化學(xué)反應(yīng)可以控制NH4OH的生成速度，也的生成速度，也即控制了沉淀劑的加入速度，進(jìn)而可以控制超細(xì)顆粒的即控制了沉淀劑的加入速度，進(jìn)而可以控制超細(xì)顆粒的生長

12、速度。生長速度。30v2、醇鹽法、醇鹽法v醇鹽法是利用金屬醇鹽水解制備超細(xì)粉體材料。金屬醇鹽容易水解，產(chǎn)生構(gòu)成醇鹽的金屬氧化物、氫氧化物或水合物沉淀。v典型的例子：由金屬醇鹽合成鈦酸鋇和鈦酸鍶。將Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4以等摩爾混合水解，再經(jīng)后處理得到粒徑小于15nm，純度達(dá)到99.98%以上的BaTiO3超細(xì)粉。31v水熱反應(yīng)是指在水溶液中，或大量水蒸汽存在下，高溫高壓下或高溫常壓下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過程。初步研究認(rèn)為水熱條件-高溫高壓下可以加速水溶液中的離子反應(yīng)和促進(jìn)水解反應(yīng)，有利于原子、離子的再分配和重結(jié)晶，具有很廣的實(shí)用價(jià)值。比如說：ZrO2、Al2O3、TiO2、CrO

13、2等3、水熱法32表面改性技術(shù)絲光羊毛衫與普通羊毛衫絲光羊毛衫與普通羊毛衫表面改性表面改性對(duì)固體物質(zhì)的表面通過改性劑的物理、化學(xué)作用或某一種工藝過程，改變其原來表面的性能或功能。改性方法改性方法可以分為可以分為無機(jī)改性、有機(jī)改性無機(jī)改性、有機(jī)改性和和復(fù)合改性復(fù)合改性三大類。三大類。33v表面改性的目的： 改善超細(xì)粉體材料易團(tuán)聚的缺點(diǎn) 改善粉體材料的某些性能341、無機(jī)改性 主要有鋁、鈦、鋯、硅、磷、氟化物等的鹽類或水溶液，利用其在主要有鋁、鈦、鋯、硅、磷、氟化物等的鹽類或水溶液，利用其在粉體的表面形成一層氧化物包膜或復(fù)合氧化物包膜，從而提高粉體粉體的表面形成一層氧化物包膜或復(fù)合氧化物包膜，從而

14、提高粉體的熱穩(wěn)定性、耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性以及在有機(jī)物中的分散性的適度的熱穩(wěn)定性、耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性以及在有機(jī)物中的分散性的適度改善。如無機(jī)物如羥基磷灰石組成與人體骨類似，具有良好的生物改善。如無機(jī)物如羥基磷灰石組成與人體骨類似，具有良好的生物相容性、生物活性、骨傳導(dǎo)性等優(yōu)點(diǎn)相容性、生物活性、骨傳導(dǎo)性等優(yōu)點(diǎn), 但是脆性、降解速率太慢但是脆性、降解速率太慢, 滿滿足不了骨修復(fù)的要求而限制了其應(yīng)用。有機(jī)聚合物材料具有較好的足不了骨修復(fù)的要求而限制了其應(yīng)用。有機(jī)聚合物材料具有較好的韌性，但缺乏生物活性。采用表面改性可以有效改變復(fù)合材料的相韌性，但缺乏生物活性。采用表面改性可以有效改變復(fù)合材料的相界面，提

15、高復(fù)合材料的各方面性能。界面，提高復(fù)合材料的各方面性能。35v主要用于高聚物，常用的主要有兩類：表面活性劑和偶聯(lián)劑。2、有機(jī)改性36v用于高聚物的各種填料、粉體助劑，為了提高耐熱性、耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性，往往先用無機(jī)改性劑進(jìn)行包膜，然后再用有機(jī)改性劑處理，增強(qiáng)無機(jī)粉體材料與聚合物的親合力，從而取得更理想的綜合效果。3、復(fù)合改性37五、薄膜化技術(shù)v薄膜是物質(zhì)的一種形態(tài)，其膜材非常廣泛，單質(zhì)、化合物或復(fù)合物，可用無機(jī)材料或有機(jī)材料來制作薄膜?，F(xiàn)有的制膜工藝有涂布法、溶膠-凝膠法、化學(xué)溶液鍍膜法、離子成膜法、物理蒸發(fā)法、化學(xué)堆積法和分子束外延法等。38v磷酸鹽是無機(jī)鹽工業(yè)中的重要產(chǎn)品系列，化合物品種達(dá)

16、120種以上。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展磷酸鹽正從肥料轉(zhuǎn)向功能材料。近年來，特種磷酸鹽、高純磷酸鹽、功能磷酸鹽等得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。3 無機(jī)精細(xì)化學(xué)品393 無機(jī)精細(xì)化學(xué)品一、磷酸鹽精細(xì)化學(xué)品 磷酸鹽作為重要的精細(xì)產(chǎn)品，可做涂料、粘結(jié)劑、防銹顏料、催化劑、食品添加劑和品質(zhì)改良劑等。 主要有： 磷酸鹽系涂料；磷酸鹽系涂料； 磷酸鹽系顏料；磷酸鹽系顏料； 磷酸鹽系催化劑；磷酸鹽系催化劑； 磷酸鹽系離子交換劑；磷酸鹽系離子交換劑； 磷酸鹽系食品添加劑；磷酸鹽系食品添加劑； 磷酸鹽系熒光材料等。磷酸鹽系熒光材料等。40物化性質(zhì)物化性質(zhì)（可通過化工辭典（可通過化工辭典/食品百科查取）食品百科查?。?以氯化磷酸

17、三鈉為例，以氯化磷酸三鈉為例，通用的表達(dá)式是：通用的表達(dá)式是： 4（Na3PO4.11H2O）.NaOCl白色針狀或棒條狀晶體。熔點(diǎn)白色針狀或棒條狀晶體。熔點(diǎn)62。微有氯氣氣味。易溶于水，溶液。微有氯氣氣味。易溶于水，溶液呈堿性。常溫下較穩(wěn)定，受熱易分解。在水溶液中可直接與鈣、鎂及呈堿性。常溫下較穩(wěn)定，受熱易分解。在水溶液中可直接與鈣、鎂及重金屬離子形成不溶性磷酸鹽結(jié)晶，使水軟化，同時(shí)可使溶液中不溶重金屬離子形成不溶性磷酸鹽結(jié)晶，使水軟化，同時(shí)可使溶液中不溶性雜質(zhì)凝聚而沉降。性雜質(zhì)凝聚而沉降。41和主要用途 在醫(yī)院、食品加工、牛奶廠、啤酒廠、洗衣店和在醫(yī)院、食品加工、牛奶廠、啤酒廠、洗衣店和其

18、他行業(yè)中廣泛用于器械的消毒處理，餐館及家其他行業(yè)中廣泛用于器械的消毒處理，餐館及家用餐具的清洗和消毒，浴池、游泳池公用水、飲用餐具的清洗和消毒，浴池、游泳池公用水、飲用水的凈化，廢舊棉織品的清洗消毒，墨漬、血用水的凈化，廢舊棉織品的清洗消毒，墨漬、血漬、汗?jié)n、茶垢等的去除等。漬、汗?jié)n、茶垢等的去除等。422.主要生產(chǎn)方法（2）以一定配比的磷酸和氫氧化鈉與氯氣逆相接觸，對(duì)）以一定配比的磷酸和氫氧化鈉與氯氣逆相接觸，對(duì)形成的液體混合物后處理得產(chǎn)品。形成的液體混合物后處理得產(chǎn)品。（1） 磷酸三鈉和次氯酸鈉的水溶液混合，反應(yīng)生成復(fù)合磷酸三鈉和次氯酸鈉的水溶液混合，反應(yīng)生成復(fù)合物，再經(jīng)過一系列的后處理過

19、程得產(chǎn)品；物，再經(jīng)過一系列的后處理過程得產(chǎn)品；43v工業(yè)上一般用工業(yè)上一般用第一種第一種主要工藝條件：主要工藝條件：a.溶解反應(yīng)溶解反應(yīng) 磷酸三鈉加入到過量的次氯酸鈉水溶中，控制反應(yīng)溫磷酸三鈉加入到過量的次氯酸鈉水溶中，控制反應(yīng)溫度（度（60）左右，快速攪拌，在）左右，快速攪拌，在1520min內(nèi)快速完成。內(nèi)快速完成。44b.冷卻結(jié)晶冷卻結(jié)晶c.干燥干燥 溫度溫度2535，時(shí)間，時(shí)間1h為宜；為宜； 干燥過程隨溫度的升高，產(chǎn)品中有效氯成分分解加快；干燥過程隨溫度的升高，產(chǎn)品中有效氯成分分解加快；一般采用干燥空氣一般采用干燥空氣3550對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干燥，以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干燥，以35干燥干燥最好。最好。

20、45v含硼化合物的精細(xì)化工產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于日用化工、醫(yī)藥、輕紡、玻璃、陶瓷、搪瓷、治金、機(jī)械、電子、建材、石油化工及軍工、尖端技術(shù)等各部門的各學(xué)科領(lǐng)域中。硼能與許多種金屬形成硼化物，不僅熔點(diǎn)高、硬度大，而且有良好的導(dǎo)電性?？捎脕碜龈邷?zé)犭娕疾牧?、半?dǎo)體及原子反應(yīng)堆材料等。比如過硼酸鈉和硼酸鋅等。二、硼化物精細(xì)化學(xué)品46二、硼化物精細(xì)化學(xué)品二、硼化物精細(xì)化學(xué)品如硼酸鋅為阻燃劑如：過硼酸鈉NaBO2H2O23H2O 1、用途 氧化劑，織物的漂白和脫脂，及用作消毒劑和殺菌劑，也用作洗滌劑、脫臭劑、電鍍?nèi)芤旱奶砑觿⒎治鲈噭?、有機(jī)合成聚合劑以及制造牙膏、化妝品等的助劑。 47v鎢、鉬化工產(chǎn)品是冶金工業(yè)、

21、電器和電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)以及玻璃、陶瓷工業(yè)重要的中間體和原材料。比如二硫化鎢是新型固體潤滑劑，鉬酸鋅是新一代無公害白色無毒防繡顏料。三、鎢、鉬化合物48v早年，鋰主要用于醫(yī)藥工業(yè)。隨著對(duì)鋰各種性能的進(jìn)一步研究，應(yīng)用范圍越來越廣。比如說用鋰片做陰極的鋰電池 ，能源密度相當(dāng)于錳電池的10倍。用于電視機(jī)顯像管添加劑、耐熱玻璃、多孔玻璃及鎮(zhèn)靜劑的碳酸鋰。溴化鋰是高效的水汽吸收劑和空氣濕度調(diào)節(jié)劑等。三、鋰化物三、鋰化物49三、鋰化物三、鋰化物如：溴化鋰 1、用途 高效的水汽吸收劑和空氣濕度調(diào)節(jié)劑，天然纖維(如人發(fā)、羊毛等)的膨脹劑，催眠劑和鎮(zhèn)靜劑等 2、合成 中和法、溴化鐵法、尿素還原法等。50v無機(jī)精

22、細(xì)材料是近年科技發(fā)展中展現(xiàn)新領(lǐng)域，從無機(jī)精細(xì)材料是近年科技發(fā)展中展現(xiàn)新領(lǐng)域，從應(yīng)用角度可概括為應(yīng)用角度可概括為工程材料工程材料（結(jié)構(gòu)材料）和（結(jié)構(gòu)材料）和功能功能材料材料兩大類。兩大類。3.43.4無機(jī)精細(xì)材料無機(jī)精細(xì)材料513.43.4無機(jī)精細(xì)材料無機(jī)精細(xì)材料l精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷l纖維材料纖維材料l阻燃材料阻燃材料52一、精細(xì)陶瓷 1、精細(xì)陶瓷定義采用高度精選原料，具有能精確控制的化學(xué)組成，按照便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制方法進(jìn)行制造、加工的，具有優(yōu)異特性的陶瓷稱為精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷。陶瓷陶瓷和金屬材料金屬材料、高分子材料高分子材料并列為當(dāng)代三大固體材料。三者的主要區(qū)別在于化學(xué)鍵，即原子間的相互作用力

23、不同，因而表現(xiàn)出性質(zhì)上極大的差異。陶瓷材料是以離子鍵及共價(jià)鍵為主要結(jié)合力的無機(jī)非金屬材料。工程陶瓷高性能結(jié)構(gòu)材料是指在高溫下仍具有高強(qiáng)度、高剛度、耐磨、耐腐蝕性能的材料。如切削工具、各種軸承及各種發(fā)動(dòng)機(jī)。功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷指在應(yīng)用時(shí)主要利用其非力學(xué)性能的材料，這類材料通常具有一種或多種功能。功能陶瓷已在能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)生物技術(shù)和環(huán)境科學(xué)行領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。（1）光學(xué)陶瓷光學(xué)陶瓷 具有光學(xué)性能的陶瓷稱為光學(xué)陶瓷。比如說光纖陶瓷、電光陶瓷、激光陶瓷等。（2）電子陶瓷電子陶瓷 利用電磁反應(yīng)為應(yīng)用目的的陶瓷稱為電子陶瓷，比如說介電陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷

24、、電絕緣體陶瓷、磁性陶瓷等。（3）生物陶瓷生物陶瓷 與生命科學(xué)、生物工程學(xué)相關(guān)的陶瓷稱為生物陶瓷。例如人工骨骼、人工牙根及人工關(guān)節(jié)等。552、精細(xì)陶瓷制備流程精細(xì)原料精細(xì)原料 計(jì)量計(jì)量 混合混合 塑化塑化 成型成型燒結(jié)燒結(jié)制品制品56v 精細(xì)陶瓷的制備實(shí)際上是將精細(xì)制作的超細(xì)粉體原料經(jīng)過成型、燒結(jié)，最終成為制品的過程。v 在成型前須要塑化塑化，就是利用塑化劑使原來無塑性的坯料具有可塑性的過程。v 燒結(jié)燒結(jié)是使精細(xì)陶瓷獲得預(yù)期顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵程序。v 燒結(jié)的方法有：（1）熱壓燒結(jié)法； （2）熱等靜壓法； v 從上到下（1050MPa）邊加熱邊升溫 各個(gè)方向 50200MPa,2000v （3）化學(xué)

25、氣相沉積法；（4）反應(yīng)燒結(jié)法。v 將原料氣體加熱，反應(yīng)沉積 反應(yīng)同時(shí)燒結(jié)v （5）等離子噴射 熔化物料高速噴射2、精細(xì)陶瓷的制備過程573、陶瓷材料的相組成、陶瓷材料的相組成特點(diǎn)特點(diǎn)陶瓷材料通常由三種陶瓷材料通常由三種不同的相組成，即不同的相組成，即晶相晶相(1)、玻璃相玻璃相(2)和氣相和氣相(3)氣孔氣孔。58l晶相晶相是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理化學(xué)性質(zhì)的主要是晶相?；瘜W(xué)性質(zhì)的主要是晶相。l玻璃相玻璃相的作用是充填晶粒間隙、粘結(jié)晶粒、提高材的作用是充填晶粒間隙、粘結(jié)晶粒、提高材 料致密度、降低燒料致密度、降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒結(jié)溫度

26、和抑制晶粒長大。長大。l 氣相氣相是在工藝過是在工藝過程中形成并保留下程中形成并保留下來的。來的。59v 4、陶瓷材料的工藝特點(diǎn)、陶瓷材料的工藝特點(diǎn)v 陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通過粉體成型和高溫?zé)Y(jié)來陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通過粉體成型和高溫?zé)Y(jié)來成形的，因此陶瓷是燒結(jié)體成形的，因此陶瓷是燒結(jié)體。v 燒結(jié)體也是晶粒的聚集體，有晶粒和晶界，所存在的問題是燒結(jié)體也是晶粒的聚集體，有晶粒和晶界，所存在的問題是其存在一定的氣孔率。其存在一定的氣孔率。 Al2O3粉末的燒結(jié)組織粉末的燒結(jié)組織ZrO2陶瓷中的氣孔陶瓷中的氣孔60v 氮化硅（氮化硅（Si3N4）陶瓷）陶瓷v 氮化硅是由四面體組成的共

27、氮化硅是由四面體組成的共 價(jià)鍵固體。價(jià)鍵固體。v 氮化硅的制備與燒結(jié)工藝氮化硅的制備與燒結(jié)工藝v 工業(yè)硅直接氮化：工業(yè)硅直接氮化：3Si+2N2Si3N4v 二氧化硅還原氮化：二氧化硅還原氮化：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié) 燒結(jié)時(shí)幾乎沒有收縮，能得到燒結(jié)時(shí)幾乎沒有收縮，能得到復(fù)雜的形狀復(fù)雜的形狀 密度低，強(qiáng)度低，耐蝕性差密度低，強(qiáng)度低，耐蝕性差 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié) 用較少的助劑就能致密化，強(qiáng)用較少的助劑就能致密化，強(qiáng)度、耐蝕性最好度、耐蝕性最好 只能制造簡單形狀，燒結(jié)助只能制造簡單形狀，燒結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低劑使高溫強(qiáng)度降低 工程

28、陶瓷工程陶瓷61v 性能特點(diǎn)及應(yīng)用性能特點(diǎn)及應(yīng)用v 氮化硅的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量高；硬度僅次于金剛石、氮化硅的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量高；硬度僅次于金剛石、碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為0.10.2；熱膨脹系數(shù)小；抗熱震；熱膨脹系數(shù)?。豢篃嵴鹦源蟠蟾哂谄渌沾刹牧?；化學(xué)穩(wěn)定性高。性大大高于其他陶瓷材料；化學(xué)穩(wěn)定性高。l熱壓燒結(jié)氮化硅熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡單、用于形狀簡單、精度要求不高的精度要求不高的零件，如切削刀零件，如切削刀具、高溫軸承等。具、高溫軸承等。Si3N4軸承軸承62v 反應(yīng)燒結(jié)氮化硅用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件，反應(yīng)燒結(jié)氮化硅用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件，

29、如機(jī)械密封環(huán)等。如機(jī)械密封環(huán)等。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片氣閥等零件葉片氣閥等零件63v 碳化硅（碳化硅（SiC）陶瓷）陶瓷v 碳化硅是通過鍵能很高的碳化硅是通過鍵能很高的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。v 碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙(SiO2)加加焦碳直接加熱至高溫還原焦碳直接加熱至高溫還原而成而成：SiO2+3CSiC+2CO。l碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié)兩種。由于碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié)兩種。由于碳化硅表面有一層薄氧化膜，因此很難燒結(jié)，需添碳化硅表面有一層薄氧化膜，因此很難燒結(jié)，需添加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)，常加的助劑有硼、碳、鋁等。加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)，常加的助劑有硼

30、、碳、鋁等。常壓燒結(jié)碳化硅常壓燒結(jié)碳化硅64v 碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。泵的密封圈、拉絲成型模具等。 SiC陶瓷件陶瓷件SiC陶瓷件陶瓷件SiC軸承軸承二、纖維材料無機(jī)纖維具有耐高溫、密度小、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、無機(jī)纖維具有耐高溫、密度小、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、保溫及吸音性能好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。已在冶金、導(dǎo)熱率低、保溫及吸音性能好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。已在冶金、機(jī)械、石油化工、電子及輕工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。其機(jī)械、石油化