粉體的制備與合成課件

第一節(jié)概述粉體(Powder)，就是大量固體粒子的集合系。它表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，既不同于氣體、液體，也不完全同于固體。粒徑是粉體最重要的物理性能，對粉體的比表面積、可壓縮性、流動性和工藝性能有重要影響。粉體的制備方法一般可分為粉碎法和合成法兩種。第二章粉體的制備與合成10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理第一節(jié)概述粉體(Powder)，就是大量固體粒子的集合系1一、粉體顆粒粉體顆粒――指在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細化得到的固態(tài)基本顆粒。一次顆粒――指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元的顆粒。二次顆粒――指存在有在一定程度上團聚了的顆粒。團聚――一次顆粒之間由于各種力的作用而聚集在一起稱為二次顆粒的現(xiàn)象。團聚的原因：（1）分子間的范德華引力；（2）顆粒間的靜電引力；（3）吸附水分產(chǎn)生的毛細管力；（4）顆粒間的磁引力；（5）顆粒表面不平滑引起的機械糾纏力。第二節(jié)粉體的物理性能及其表征

2.2.1粉體的粒度與粒度分布10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理一、粉體顆粒團聚的原因：第二節(jié)粉體的物理性能及其表征

22粒度――顆粒在空間范圍所占大小的線性尺寸。粒度的表示方法：體積直徑，Stoke’s直徑等。體積直徑――某種顆粒所具有的體積用同樣體積的球來與之相當(dāng)，這種球的直徑，就代表該顆粒的大小，即體積直徑。斯托克斯徑――也稱為等沉降速度相當(dāng)徑，斯托克斯假設(shè)：當(dāng)速度達到極限值時，在無限大范圍的粘性流體中沉降的球體顆粒的阻力，完全由流體的粘滯力所致。這時可用下式表示沉降速度與球徑的關(guān)系：由此式確定的顆粒直徑即為斯托克斯直徑。二、粉體顆粒的粒度10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理粒度――顆粒在空間范圍所占大小的線性尺寸。二、粉體顆粒的粒度3三、粉體顆粒的粒度分布粒度分布：分為頻率分布和累積分布，常見的表達形式有粒度分布曲線、平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、分布寬度等。頻率分布――表示與各個粒徑相對應(yīng)的粒子占全部顆粒的百分含量。累積分布――表示小于或大于某一粒徑的粒子占全部顆粒的百分含量，累積分布是頻率分布的積分形式。粒度分布曲線：包括累積分布曲線和頻率分布曲線。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粉體顆粒的粒度分布粒度分布：分為頻率分布和累積分布，常見4粒度分布曲線頻率分布曲線累積分布曲線10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理粒度分布曲線頻率分布曲線累積分布曲線10/22/2025四、粉體顆粒的測試方法及原理方法條件技術(shù)和儀器顯微鏡法干或濕光學(xué)顯微鏡干電子和掃描電子顯微鏡篩分法干自動圖像與分析儀干或濕編織篩和微孔篩濕自動篩沉降法干/重力沉降微粒沉降儀濕/重力沉降移液管，密度差光學(xué)沉降儀，β射線返回散射儀，沉降天平，X射線沉降儀濕/離心沉降移液管，X射線沉降儀，光透儀，累積沉降儀感應(yīng)區(qū)法濕電阻變化技術(shù)濕或干光散射，光衍射，遮光技術(shù)10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、粉體顆粒的測試方法及原理方法條件技術(shù)和儀器顯微鏡法干或濕6續(xù)表方法條件技術(shù)和儀器X射線法干吸收技術(shù)，低角度散射和線疊加濕β射線吸收表面積法干外表面積滲透干總表面積、氣體吸收或壓力變化，重力變化，熱導(dǎo)率變化濕脂肪酸吸收，同位素，表面活性劑，溶解熱其他方法干或濕全息照相，超聲波衰減，動量傳遞，熱金屬絲蒸發(fā)與冷卻10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理續(xù)表方法條件技術(shù)和儀器X射線法干吸收技術(shù)，低角度散射和線疊加72.2.2顆粒形狀、表面積和掃描技術(shù)獲取顆粒形貌的主要目的是獲取顆粒反應(yīng)活性的信息，要準(zhǔn)確知道顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、總的表面積和顆粒的體積分布等變量。還可以根據(jù)顆粒尺寸分布狀況來判斷燒成過程種收縮的影響因素，判斷細顆粒的含量對燒成收縮的影響等。有關(guān)的圖象處理計數(shù)軟件很多，如KontronMOP和LeitzASM，LEICA等。描述粒徑分布的方式：一是將獲得的數(shù)據(jù)擬合成標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)分布（標(biāo)準(zhǔn)分布、對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)分布）；另一種方法是利用繪圖來表示有關(guān)結(jié)果。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.2.2顆粒形狀、表面積和掃描技術(shù)獲取顆粒形貌的主要目的82.2.3粉體顆粒的化學(xué)表征一、粉體化學(xué)成分確定(1)分析化學(xué)方法(2)X射線熒光技術(shù)(X-rayfluorescencetechnique)(XRF)(3)質(zhì)譜(massspectroscopy)(MS)(4)中子激活分析(neutronactivationanalysis)(5)電子微探針(electronprobemicroanalyzer)(EPMA)(6)離子微探針(ionprobemicroanalyer)(IPMA)上面所介紹的探針技術(shù)在樣品內(nèi)的穿透深度大約是1m。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.2.3粉體顆粒的化學(xué)表征一、粉體化學(xué)成分確定10/29二、表面化學(xué)成分(1)X射線質(zhì)子發(fā)射譜(X-rayphotoemissionspectroscopy)(XPS)或化學(xué)分析電子(electronspectroscopyforchemicalanalysis)(ESCA)(2)俄歇電子譜(Augerelectronspectroscopy)(AES)(3)二次離子質(zhì)譜(secondary-ionmassspectrometry)(SIMS)(4)掃描俄歇電子顯微鏡(scanningAugermicroscopy)(SAM)表面分析要求電子束或離子束在樣品內(nèi)的傳統(tǒng)深度小于200nm。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、表面化學(xué)成分10/22/2022河南省精品課程——陶瓷工102.2.4粉體顆粒晶態(tài)的表征1.X射線衍射法(X-RayDiffraction，XRD)

基本原理是利用X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象必須滿足布拉格(Bragg)公式：nλ=2dsinθ具體的X射線衍射方法有勞厄法、轉(zhuǎn)晶法、粉末法、衍射儀法等，其中常用于納米陶瓷的方法為粉末法和衍射儀法。2.電子衍射法(E1ectronDiffraction)

電子衍射法與X射線法原理相同，遵循勞厄方程或布拉格方程所規(guī)定的衍射條件和幾何關(guān)系。電子衍射法包括以下幾種：選區(qū)電子衍射、微束電于衍射、高分辨電子衍射、高分散性電子衍射、會聚束電子衍射等。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.2.4粉體顆粒晶態(tài)的表征1.X射線衍射法(X-Ray11第三節(jié)機械法制備粉體

2.3.1機械沖擊式粉碎（破碎）一、鄂式破碎機(a)簡單擺動型(b)復(fù)雜擺動擺動型(c)綜合擺動型1-定顎；2-動顎；3-推動板；4-連桿；5-偏心軸；6-懸掛軸主要用于塊狀料的前級處理。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，產(chǎn)量高。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理第三節(jié)機械法制備粉體2.3.1機械沖擊式粉碎（破碎）12二、圓錐破碎機

按用途可分為粗碎（旋回破碎機）和細碎（菌形破碎機）兩種按結(jié)構(gòu)又可分為懸掛式和托軸式兩種。圓錐破碎機的優(yōu)點是：產(chǎn)能力大，破碎比大，單位電耗低。缺點是：構(gòu)造復(fù)雜，投資費用大，檢修維護較困難。1-動錐；2-定錐；3-破碎后的物料；4-破碎腔10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、圓錐破碎機按用途可分為粗碎（旋回破碎機）和細碎（菌形破13三、錘式破碎機錘式破碎機的主要工作部件為帶有錘子的轉(zhuǎn)子。通過高速轉(zhuǎn)動的錘子對物料的沖擊作用進行粉碎。由于各種脆性物料的抗沖擊性差，因此，在作用原理上這種破碎機是較合理的。錘式破碎機的優(yōu)點是生產(chǎn)能力高，破碎比大，電耗低，機械結(jié)構(gòu)簡單，緊湊輕便，投資費用少，管理方便。缺點是：粉碎堅硬物料時錘子和篦條磨損較大，金屬消耗較大，檢修時間較長，需均勻喂料，粉碎粘濕物料時生產(chǎn)能力降低明顯，甚至因堵塞而停機。為避免堵塞，被粉碎物料的含水量應(yīng)不超過10%—15％。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、錘式破碎機錘式破碎機的主要工作部件為帶有錘子的轉(zhuǎn)子。通過14四、反擊式破碎機反擊式破碎機的破碎作用：(1)自由破碎(2)反彈破碎(3)銑削破碎錘式破碎機和反擊式破碎機主要是利用高速沖擊能量的作用使物料在自由狀態(tài)下沿其脆弱面破壞，因而粉碎效率高，產(chǎn)品粒度多呈立方塊狀，尤其適合于粉碎石灰石等脆性物。1-高速轉(zhuǎn)子；2-板錘；3-反擊板10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、反擊式破碎機反擊式破碎機的破碎作用：錘式破碎機和反擊式破15五、輪碾機在輪碾機中，物料原料在碾盤與碾輪之間的相對滑動及碾輪的重力作用下被研磨﹑壓碎。碾輪越重﹑尺寸越大，粉碎力越強。輪碾機?？煞譃檩嗈D(zhuǎn)式和盤轉(zhuǎn)式兩種用作破碎時，產(chǎn)品的平均尺寸為3～8mm；粉磨時為0.3～0.5mm。輪碾機粉碎效率較低，但它在粉磨過程中同時具有破揉和混合作用，從而可改善物料的工藝性能；同時碾盤的碾輪均可用石材制作，能避免粉碎過程中出鐵質(zhì)摻入而造成物料的污染；另外，可較方便地控制產(chǎn)品的粒度。16-固定小刮板；17-固定大刮板；18-刮板架；19-欄桿10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理五、輪碾機在輪碾機中，物料原料在碾盤與碾輪之間的相對滑動及碾162.3.2球磨粉碎1-電動機；2-離合器操縱桿；3-減速器；4-摩擦離合器；5-大齒圈；6-筒身；7-加料口；8-端蓋；9-旋塞閥；10-卸料管；11-主軸頭；12-軸承座；13-機座；14-襯板；15-研磨當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時帶動研磨體旋轉(zhuǎn)，靠離心力和摩擦力的作用，將磨球帶到一定高度。當(dāng)離心力小于其自身重量時，研磨體下落，沖擊下部研體及筒壁，而介于其間的粉料便受到?jīng)_擊和研磨。球磨機對粉料的作用可以分成兩個部分。一是研磨體之間和研磨體與筒體之間的研磨作用；二是研磨體下落時的沖擊作用。進料粒度為6mm，球磨細度為1.5~0.075mm。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.2球磨粉碎1-電動機；2-離合器操縱桿；3-減速器17影響粉碎效率因素球磨機的轉(zhuǎn)速；研磨體的比重、大小及形狀；球磨方式（球磨方式有濕法和干法兩種）；裝料方式；球磨機直徑；球磨機內(nèi)襯的材質(zhì)。一般情況下用不同大小的瓷球研磨普通陶瓷坯料時，料：球：水的比例約為1:(1.5～2.0):(0.8～1.2)。目前生產(chǎn)中趨向于增多磨球，減少水分，從而提高研磨效率的方法。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理影響粉碎效率因素球磨機的轉(zhuǎn)速；一般情況下用不同大小的瓷球研磨182.3.3行星式研磨行星式研磨有以下顯著特點：（1）進料粒度：980μm左右；出料粒度：小于74μm(最小粒度可達0.5μm)。（2）球磨罐轉(zhuǎn)速快(不為罐體尺寸所限制)，球磨效率高。公轉(zhuǎn)：±37~250r/min，自轉(zhuǎn)78~527r/min。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。密封取樣，安全可靠，噪聲低，無污染，無損耗。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.3行星式研磨行星式研磨有以下顯著特點：10/22/192.3.4振動粉碎粉碎原理：振動粉碎是利用研磨體在磨機內(nèi)作高頻振動而將物料粉碎的。進料粒度一般在2mm以下，出料粒度小于60μm(干磨最細粒度可達5μm，濕磨可達1μm，甚至可達0.1μm)。振動粉碎效率的影響因素A.頻率和振幅B.研磨體的比重、大小、數(shù)量C.添加劑振動頻率與粉料比表面積的關(guān)系10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.4振動粉碎粉碎原理：振動粉碎是利用研磨體在磨機內(nèi)作202.3.5行星式振動粉碎

粉碎原理：行星式振動磨的磨筒既作行星運動，同時又發(fā)生振動。磨筒內(nèi)部的粉磨介質(zhì)處在離心力場之中，既在一定高度上拋落或瀉落，又不斷發(fā)生振動，其加速度可以達到重力加速度的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，在這一過程中，對物料施加強烈的碰擊力和磨剝力，從而使物料粉碎。行星式振動磨示意圖10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.5行星式振動粉碎

粉碎原理：行星式振動磨的磨筒既作212.3.6雷蒙磨粉碎過程：物料由機體側(cè)部通過給料機和溜槽給入機內(nèi)，在輥子和磨環(huán)之間受到粉碎作用。氣流從磨環(huán)下部以切線方向吹入，經(jīng)過輥子同圓盤之間的粉碎區(qū)，夾帶微粉排入盤磨機上部的風(fēng)力分級機中。梅花架上懸有3～5個輥子，繞集體中心軸線公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，輥子向外張開，壓緊磨環(huán)并在其上面滾動。給入磨機內(nèi)的物料由鏟刀鏟起并送入輥子與磨環(huán)之間進行磨碎。鏟刀與梅花架連接在一起，每個輥子前面有一把傾斜安裝的鏟刀，可使物料連續(xù)送至輥子與磨環(huán)之間。破碎的物料又經(jīng)排放風(fēng)機和分離器進行粒度分級處理,大顆粒重新回到磨機破碎,合格產(chǎn)品則被排出。出料粒度一般在325目～400目之間。1-梅花架；2-輥子；3-磨環(huán)；4-鏟刀；5-給料部；6-返回風(fēng)箱；7-排料部10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.6雷蒙磨粉碎過程：物料由機體側(cè)部通過給料機和溜槽給222.3.7氣流粉碎扁平式氣流粉碎機管道式氣流粉碎機1－頂蓋；2－管子；3－蓋板；4－管子；5－縫隙通道；6－導(dǎo)向環(huán)；7－環(huán)；8－底板；9－噴嘴；10－磨室；11－管子；12－出料口10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.7氣流粉碎扁平式氣流粉碎機管道式氣流粉碎機1－頂232.3.7氣流粉碎粉碎原理：利用高壓流體(壓縮空氣或過熱蒸汽)作為介質(zhì)，將其高速通過細的噴嘴射入粉碎室內(nèi)，此時氣流體積突然膨脹、壓力降低、流速急劇增大(可以達到音速或超音速)，物料在高速氣流的作用下，相互撞擊、摩擦、剪切而迅速破碎，然后自動分級，達到細度的顆粒被排出磨機。粗顆粒將進一步循環(huán)、粉碎，直至達到細度要求。進料粒度約在１～0.1mm之間，出料細度可達１m左右。優(yōu)點：不需要任何固體研磨介質(zhì)，故可以保證物料的純度；在粉碎過程中，顆粒能自動分級，粒度較均勻；能夠連續(xù)操作，有利于生產(chǎn)自動化。缺點是耗電量大，附屬設(shè)備多；干磨時，噪音和粉塵都較大。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.7氣流粉碎粉碎原理：利用高壓流體(壓縮空氣或過熱蒸242.3.8攪拌磨粉碎連續(xù)濕式攪拌磨間歇干式攪拌磨進料粒度應(yīng)在1mm以下，出料粒度為0.1m。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.8攪拌磨粉碎連續(xù)濕式攪拌磨25攪拌磨又稱摩擦磨、砂磨，是較先進的粉磨方法，其粉碎原理與球磨類似。適于制備軋膜成型和流延法成型用的漿料。攪拌研磨具有下列特點：（1）研磨時間短、研磨效率高，是滾筒式磨的10倍。（2）物料的分散性好，微米級顆粒粒度分布非常均勻。（3）能耗低，為滾筒式磨機的l/4。（4）生產(chǎn)中易于監(jiān)控，溫控極好。（5）對于研磨鐵氧體磁性材料，可直接用金屬磨筒及鋼球介質(zhì)進行研磨。進料粒度應(yīng)在1mm以下，出料粒度為0.1m。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理攪拌磨又稱摩擦磨、砂磨，是較先進的粉磨方法，其粉碎原理與球磨262.3.9膠體磨粉碎粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋轉(zhuǎn)磨體(轉(zhuǎn)子)的相對運動產(chǎn)生強烈的剪切、摩擦和沖擊等力。被處理的料漿通過兩磨體之間的微小間隙，在上述各力及高頻振動的作用下被有效地粉碎、混合、乳化及微粒化。膠體磨的主要特點如下：（1）可在較短時間內(nèi)對顆粒、聚合體或懸濁液等進行粉碎、分散、均勻混合、乳化處理；處理后的產(chǎn)品粒度可達幾微米甚至亞微米。（2）由于兩磨體間隙可調(diào)(最小可達1μm)，因此，易子控制產(chǎn)品粒度。（3）結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，占地面積小。（4）由于固定磨體和高速旋轉(zhuǎn)磨體的間隙小，因此加工精度高。進料粒度為1mm，出料粒度可達1m以下。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.9膠體磨粉碎粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋272.3.10高能球磨粉碎粉碎原理：利用球磨的轉(zhuǎn)動或振動，使硬球?qū)υ线M行強烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納米級微粒的方法。如果將兩種或兩種以上粉末同時放入球磨罐中進行高能球磨，粉末顆粒經(jīng)壓延、壓合、碾碎、再壓合的反復(fù)過程(冷焊－粉碎－冷焊的反復(fù)進行)，最后獲得組織和成分分布均勻的合金粉末。高能球磨的特點：磨球運動速度較大，使粉末產(chǎn)生塑性形變及固相形變，而傳統(tǒng)的球磨工藝只對粉末起混合均勻的作用；球磨過程中還會發(fā)生機械能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，致使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、化學(xué)變化及物理化學(xué)變化。影響高能球磨效率和機械力化學(xué)作用的主要因素有：原料性質(zhì)、球磨強度、球磨環(huán)境、球磨氣氛、球料比、球磨時間和球磨溫度等。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.10高能球磨粉碎粉碎原理：利用球磨的轉(zhuǎn)動或振動，使282.3.11助磨劑粉碎原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它由親水基團（如羧基－COOH，羥基－OH）和憎水的非極性基團（如烴鏈）組成。在粉碎過程中，助磨劑的親水集團易緊密地吸附在顆粒表面，憎水集團則一致排列向外，從而使粉體顆粒的表面能降低。而助磨劑進入粒子的微裂縫中，積蓄破壞應(yīng)力，產(chǎn)生劈裂作用，從而提高研磨效率。表面活性物質(zhì)對鈦酸鈣瓷料比表面積的影響10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.11助磨劑粉碎原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它29常用助磨劑：液體助磨劑如醇類（甲醇、丙三醇）、胺類（三乙醇胺、二異丙醇胺）、油酸及有機酸的無機鹽類（可溶性質(zhì)素磺酸鈣、環(huán)烷酸鈣）氣體助磨劑如丙酮氣體、惰性氣體固體助磨劑如六偏磷酸鈉、硬脂酸鈉或鈣、硬脂酸、滑石粉等。助磨劑選擇：一般來說，助磨劑與物料的潤濕性愈好，則助磨作用愈大。當(dāng)細碎酸性物料（如二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鈷）時，可選用堿性表面活性物質(zhì)，如羧甲基纖維素、三羥乙基胺磷脂等；當(dāng)細碎堿性物料（如鋇、鈣、鎂的鈦酸鹽及鎂酸鹽鋁酸鹽等）時，可選用酸性表面活性物質(zhì)（如環(huán)烷基、脂肪酸及石蠟等）。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理常用助磨劑：10/22/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原30第四節(jié)化學(xué)法合成粉體

2.4.1固相法一、熱分解反應(yīng)法熱分解反應(yīng)基本形式(S代表固相，G代表氣相)：Sl→S2十G1很多金屬的硫酸鹽、硝酸鹽等，都可以通過熱分解法而獲得特種陶瓷用氧化物粉末。如將硫酸鋁銨（Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O）在空氣中進行熱分解，即可制備出Al2O3粉末。利用有機酸鹽制備粉體，優(yōu)點是：有機酸鹽易于金屬提純，容易制成含兩種以上金屬的復(fù)合鹽，分解溫度比較低，產(chǎn)生的氣體組成為C、H、O。如草酸鹽的熱分解。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理第四節(jié)化學(xué)法合成粉體2.4.1固相法一、熱分解31二、化合反應(yīng)法兩種或兩種以上的固體粉末，經(jīng)混合后在一定的熱力學(xué)條件和氣氛下反應(yīng)而成為復(fù)合物粉末，有時也伴隨氣體逸出。化合反應(yīng)的基本形式：A(s)+B(s)→C(s)+D(g)鈦酸鋇粉末、尖晶石粉末、莫來石粉末的合成都是化學(xué)反應(yīng)法：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2Al2O3+MgO→MgAlO43Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO210/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、化合反應(yīng)法兩種或兩種以上的固體粉末，經(jīng)混合后在一定的熱32三、氧化還原法

非氧化物特種陶瓷的原料粉末多采用氧化物還原方法制備。或者還原碳化，或者還原氮化。如SiC、Si3N4等粉末的制備。SiC粉末的制備：將SiO2與碳粉混合，在1460～1600℃的加熱條件下，逐步還原碳化。其大致歷程如下：SiO2+C→SiO+CO(2-25)SiO+2C→SiC+CO(2-26)SiO+C→Si+CO(2-27)Si+C→SiC(2-28)Si3N4粉末的制備：在N2條件下，通過SiO2與C的還原-氮化。反應(yīng)溫度在1600℃附近。其基本反應(yīng)如下：

3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO(2-29)10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、氧化還原法非氧化物特種陶瓷的原料粉末多采用氧化物還原332.4.2液相法液相法是目前實驗室和工業(yè)上最為廣泛的合成超微粉體材料的方法。與固相法比較，液相法可以在反應(yīng)過程中利用多種精制手段；另外，通過所得到的超微沉淀物，很容易制取各種反應(yīng)活性好的超微粉體材料。液相法制備超微粉體材料可簡單地分為物理法和化學(xué)法兩大類。物理法是從水溶液中迅速析出金屬鹽，一般是將溶解度高的鹽的水溶液霧化成小液滴，使液滴中的鹽類呈球狀迅速析出，然后將這些微細的粉末狀鹽類加熱分解，即得到氧化物超微粉體材料?；瘜W(xué)法是通過溶液中反應(yīng)生成沉淀，通常是使溶液通過加水分解或離子反應(yīng)生成沉淀物，如氫氧化物、草酸鹽、碳酸鹽、氧化物、氮化物等，將沉淀加熱分解后，可制成超微粉體材料。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.4.2液相法液相法是目前實驗室和工業(yè)上最為廣泛的合成超34一、沉淀法（1）直接沉淀法采用直接沉淀法合成BaTiO3微粉：a.將Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在異丙醇或苯中，加水分解（水解），就能得到顆粒直徑為5～15nm（凝聚體的大小<1μm）的結(jié)晶性較好的、化學(xué)計量的BaTiO3微粉。b.在Ba(OH)2水溶液中滴入Ti(OR)4(R：丙基)后也能得到高純度的、平均顆粒直徑為10mm左右的、化學(xué)計量比的BaTiO3微粉。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理一、沉淀法（1）直接沉淀法10/22/2022河南省精品課程35（2）均勻沉淀法均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)，使溶液中的構(gòu)晶離子（構(gòu)晶負離子或構(gòu)晶正離子）由溶液中緩慢、均勻地產(chǎn)生出來的方法。均勻沉淀法有兩種：①溶液中的沉淀劑發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致氫離子濃度變化和溶液PH值的升高，使產(chǎn)物溶解度逐漸下降而析出沉淀。②沉淀劑在溶液中反應(yīng)釋放沉淀離子，使沉淀離子的濃度升高而析出沉淀。例：隨著尿素水溶液的溫度逐漸升高至70℃附近，尿素會發(fā)生分解，即：(NH2)2CO十3H2O→2NH4OH十CO2↑(2-30)由此生成的沉淀劑NH4OH在金屬鹽的溶液中分布均勻，濃度低，使得沉淀物均勻地生成。由于尿素的分解速度受加熱溫度和尿素濃度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理（2）均勻沉淀法均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)，使溶液中的構(gòu)晶36（3）共沉淀法共沉淀法是在混合的金屬鹽溶液(含有兩種或兩種以上的金屬離子)中加入合適的沉淀劑，反應(yīng)生成組成均勻的沉淀，沉淀熱分解得到高純超微粉體材料。共沉淀法的關(guān)鍵在于保證沉淀物在原子或分子尺度上均勻混合。例：四方氧化鋯或全穩(wěn)定立方氧化鋯的共沉淀制備。以ZrOCl2·8H2O和Y2O3(化學(xué)純)為原料來制備ZrO2-Y2O3的納米粉體的過程如下：Y2O3用鹽酸溶解得到Y(jié)Cl3，然后將ZrOCl2·8H2O和YCl3配制成—定濃度的混合溶液，在其中加NH4OH后便有Zr(OH)4和Y(OH)3的沉淀粒子緩慢形成。反應(yīng)式如下：ZrOCl2+2NH4OH+H2O→Zr（OH）4↓+2NH4Cl(2-31)YCl3+3NH4OH→Y（OH）3↓+3NH4Cl(2-32)得到的氫氧化物共沉淀物經(jīng)洗滌、脫水、煅燒可得到具有很好燒結(jié)活性的ZrO2（Y2O3）微粒。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理（3）共沉淀法共沉淀法是在混合的金屬鹽溶液(含有兩種或兩種以37二、醇鹽水解法醇鹽水解制備超微粉體的工藝過程包括兩部分，即水解沉淀法和溶膠凝膠法。金屬醇鹽是用金屬元素置換醇中羥基的氫的化合物總稱，通式為M(OR)n，其中M代表金屬元素，R是烷基（羥基）。金屬醇鹽由金屬或者金屬鹵化物與醇反應(yīng)合成，它很容易和水反應(yīng)生成氧化物、氫氧化物和水化物。氫氧化物和其它水化物經(jīng)煅燒后可以轉(zhuǎn)化為氧化物粉體。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、醇鹽水解法醇鹽水解制備超微粉體的工藝過程包括兩部分，即水38醇鹽水解法的特點：水解過程中不需要添加堿，因此不存在有害負離子和堿金屬離子；反應(yīng)條件溫和、操作簡單產(chǎn)品純度高；制備的超微粉體具有較大的活性；粉體粒子通常呈單分散狀態(tài)，在成型體中表現(xiàn)出良好的填充性；具有良好的低溫?zé)Y(jié)性能。醇鹽水解法的缺點是成本昂貴。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理醇鹽水解法的特點：10/22/2022河南省精品課程——陶瓷39溶膠-凝膠法是指將金屬氧化物或氫氧化物的溶膠變?yōu)槟z，再經(jīng)干燥、煅燒，制得氧化物粉末的方法。即先造成微細顆粒懸浮在水溶液中（溶膠），再將溶膠滴入一種能脫水的溶劑中使粒子凝聚成膠體狀，即凝膠，然后除去溶劑或讓溶質(zhì)沉淀下來。溶液的pH值、溶液的離子或分子濃度、反應(yīng)溫度和時間是控制溶膠凝膠化的四個主要參數(shù)。溶膠－凝膠法優(yōu)點：通過受控水解反應(yīng)能夠合成亞微米級（0.1μm～1.0μm）、球狀、粒度分布范圍窄、物團聚或少團聚且無定形態(tài)的超細氧化物陶瓷粉體，并能加速粉體再燒成過程中的動力學(xué)過程，降低燒成溫度。三、溶膠－凝膠法10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理溶膠-凝膠法是指將金屬氧化物或氫氧化物的溶膠變?yōu)槟z，再經(jīng)干40四、溶劑蒸發(fā)法溶劑蒸發(fā)法以金屬鹽溶液制備超微粉體10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、溶劑蒸發(fā)法溶劑蒸發(fā)法以金屬鹽溶液制備超微粉體10/2241(1)冰凍干燥法將配制好的陽離子鹽溶液噴入到低溫有機液體中（用干冰或丙酮冷卻的乙烷浴內(nèi)），使液體進行瞬間冷凍和沉淀在玻璃器皿的底部，將冷凍球狀液滴和乙烷篩選分離后放入冷凍干燥器，在維持低溫降壓條件下，溶劑升華、脫水，再在煅燒爐內(nèi)將鹽分解，可制得超細粉體，這一方法稱冰凍干燥法冰凍干燥法原料及實驗裝置（a）冰凍裝置；（b）真空干燥裝置10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理(1)冰凍干燥法將配制好的陽離子鹽溶液噴入到低溫有機液體中42冷凍干燥法的突出優(yōu)點：a.在溶液狀態(tài)下均勻混合，適合于極微量組分的添加，有效地合成復(fù)雜的陶瓷功能粉體材料并精確控制其最終組成；b.制備的超微粉體粒度分布范圍窄，一般在10～500nm范圍內(nèi)，冷凍干燥物在煅燒時內(nèi)含氣體極易逸出，容易獲得易燒結(jié)的陶瓷超微粉體，由此制得的大規(guī)模集成電路基片平整度好，用來制備催化劑，則其表面積和反應(yīng)活性均較一般過程高；c.操作簡單，特別適合于高純陶瓷材料用超微粉體的制備。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理冷凍干燥法的突出優(yōu)點：10/22/2022河南省精品課程——43（2）噴霧干燥法噴霧干燥法是將溶液分散成小液滴噴入熱風(fēng)中，使之快速干燥的方法。在干燥室內(nèi)，用噴霧器把混合的鹽（如硫酸鹽）水溶液霧化成10~20μm或更細的球狀液滴，這些液滴在經(jīng)過燃料燃燒產(chǎn)生的熱氣體時被快速干燥，得到類似中空球的圓粒粉料，并且成分保持不變。（3）噴霧熱解法噴霧熱解法是將金屬鹽溶液噴霧至高溫氣氛中，溶劑蒸發(fā)和金屬鹽熱解在瞬間同時發(fā)生，從而直接合成氧化物粉末的方法。該方法也稱為噴霧焙燒法、火焰噴霧法、溶液蒸發(fā)分解法等。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理（2）噴霧干燥法噴霧干燥法是將溶液分散成小液滴噴入熱442.4.3氣相法氣相制粉法有兩種：一種是系統(tǒng)中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的蒸發(fā)-凝聚法（PVD）；另一種是氣相化學(xué)反應(yīng)法(CVD)。1.蒸發(fā)-凝聚法蒸發(fā)-凝聚法是將原料加熱至高溫(用電弧或等離子流等加熱)，使之氣化，接著在具有很大溫度梯度的環(huán)境中急冷，凝聚成微粒狀物料的方法。這一過程不伴隨化學(xué)反應(yīng)。采用這種方法能制得顆粒直徑在5nm～100nm范圍的微粉，適于制備單一氧化物、復(fù)合氧化物、碳化物或金屬的微粉。使金屬在惰性氣體中蒸發(fā)－凝聚，通過調(diào)節(jié)氣壓，就能控制生成的金屬顆粒的大小。液體的蒸汽壓低，如果顆粒是按照蒸發(fā)-液體-固體那樣經(jīng)過液相中間體后生成的，那么顆粒成為球形或接近球狀。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.4.3氣相法氣相制粉法有兩種：一種是系統(tǒng)中不發(fā)生化學(xué)反452.氣相化學(xué)反應(yīng)法氣相化學(xué)反應(yīng)法是將揮發(fā)性金屬化合物的蒸氣通過化學(xué)反應(yīng)合成所需物質(zhì)的方法。氣相化學(xué)反應(yīng)可分為兩類：一類為單一化合物的熱分解（A(G)→B(s)+C(g)）;另一類為兩種以上化學(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)(A(g)+B(g)→C(s)+D(g))。氣相反應(yīng)法除適用于制備氧化物外，還適用于制備液相法難于直接合成的金屬、氮化物、碳化物、硼化物等非氧化物。制備容易、蒸氣壓高、反應(yīng)性較強的金屬氯化物常用作氣相化學(xué)反應(yīng)的原料。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.氣相化學(xué)反應(yīng)法氣相化學(xué)反應(yīng)法是將揮發(fā)性金屬化合物的蒸氣46從氣相析出的固相形態(tài)隨著反應(yīng)系統(tǒng)的種類和析出條件而變化。析出物的形態(tài)有下列幾種：在固體表面上析出薄膜、晶須和晶粒，在氣體中生成微粉。氣相中微粒的生成包括均勻成核和核長大兩個過程，為了獲得顆粒，首先要在氣相中生成很多核，為此必須達到高的過飽和度。在固體表面上生長薄膜、晶須時，并不希望在氣相生成微粒，故應(yīng)使之在較低的過飽和度條件下析出。從氣相析出的固體的各種形態(tài)10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理從氣相析出的固相形態(tài)隨著反應(yīng)系統(tǒng)的種類和析出條件而變化。從氣47第一節(jié)概述粉體(Powder)，就是大量固體粒子的集合系。它表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，既不同于氣體、液體，也不完全同于固體。粒徑是粉體最重要的物理性能，對粉體的比表面積、可壓縮性、流動性和工藝性能有重要影響。粉體的制備方法一般可分為粉碎法和合成法兩種。第二章粉體的制備與合成10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理第一節(jié)概述粉體(Powder)，就是大量固體粒子的集合系48一、粉體顆粒粉體顆粒――指在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，分散或細化得到的固態(tài)基本顆粒。一次顆粒――指沒有堆積、絮聯(lián)等結(jié)構(gòu)的最小單元的顆粒。二次顆粒――指存在有在一定程度上團聚了的顆粒。團聚――一次顆粒之間由于各種力的作用而聚集在一起稱為二次顆粒的現(xiàn)象。團聚的原因：（1）分子間的范德華引力；（2）顆粒間的靜電引力；（3）吸附水分產(chǎn)生的毛細管力；（4）顆粒間的磁引力；（5）顆粒表面不平滑引起的機械糾纏力。第二節(jié)粉體的物理性能及其表征

2.2.1粉體的粒度與粒度分布10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理一、粉體顆粒團聚的原因：第二節(jié)粉體的物理性能及其表征

249粒度――顆粒在空間范圍所占大小的線性尺寸。粒度的表示方法：體積直徑，Stoke’s直徑等。體積直徑――某種顆粒所具有的體積用同樣體積的球來與之相當(dāng)，這種球的直徑，就代表該顆粒的大小，即體積直徑。斯托克斯徑――也稱為等沉降速度相當(dāng)徑，斯托克斯假設(shè)：當(dāng)速度達到極限值時，在無限大范圍的粘性流體中沉降的球體顆粒的阻力，完全由流體的粘滯力所致。這時可用下式表示沉降速度與球徑的關(guān)系：由此式確定的顆粒直徑即為斯托克斯直徑。二、粉體顆粒的粒度10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理粒度――顆粒在空間范圍所占大小的線性尺寸。二、粉體顆粒的粒度50三、粉體顆粒的粒度分布粒度分布：分為頻率分布和累積分布，常見的表達形式有粒度分布曲線、平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、分布寬度等。頻率分布――表示與各個粒徑相對應(yīng)的粒子占全部顆粒的百分含量。累積分布――表示小于或大于某一粒徑的粒子占全部顆粒的百分含量，累積分布是頻率分布的積分形式。粒度分布曲線：包括累積分布曲線和頻率分布曲線。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粉體顆粒的粒度分布粒度分布：分為頻率分布和累積分布，常見51粒度分布曲線頻率分布曲線累積分布曲線10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理粒度分布曲線頻率分布曲線累積分布曲線10/22/20252四、粉體顆粒的測試方法及原理方法條件技術(shù)和儀器顯微鏡法干或濕光學(xué)顯微鏡干電子和掃描電子顯微鏡篩分法干自動圖像與分析儀干或濕編織篩和微孔篩濕自動篩沉降法干/重力沉降微粒沉降儀濕/重力沉降移液管，密度差光學(xué)沉降儀，β射線返回散射儀，沉降天平，X射線沉降儀濕/離心沉降移液管，X射線沉降儀，光透儀，累積沉降儀感應(yīng)區(qū)法濕電阻變化技術(shù)濕或干光散射，光衍射，遮光技術(shù)10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、粉體顆粒的測試方法及原理方法條件技術(shù)和儀器顯微鏡法干或濕53續(xù)表方法條件技術(shù)和儀器X射線法干吸收技術(shù)，低角度散射和線疊加濕β射線吸收表面積法干外表面積滲透干總表面積、氣體吸收或壓力變化，重力變化，熱導(dǎo)率變化濕脂肪酸吸收，同位素，表面活性劑，溶解熱其他方法干或濕全息照相，超聲波衰減，動量傳遞，熱金屬絲蒸發(fā)與冷卻10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理續(xù)表方法條件技術(shù)和儀器X射線法干吸收技術(shù)，低角度散射和線疊加542.2.2顆粒形狀、表面積和掃描技術(shù)獲取顆粒形貌的主要目的是獲取顆粒反應(yīng)活性的信息，要準(zhǔn)確知道顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、總的表面積和顆粒的體積分布等變量。還可以根據(jù)顆粒尺寸分布狀況來判斷燒成過程種收縮的影響因素，判斷細顆粒的含量對燒成收縮的影響等。有關(guān)的圖象處理計數(shù)軟件很多，如KontronMOP和LeitzASM，LEICA等。描述粒徑分布的方式：一是將獲得的數(shù)據(jù)擬合成標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)分布（標(biāo)準(zhǔn)分布、對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)分布）；另一種方法是利用繪圖來表示有關(guān)結(jié)果。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.2.2顆粒形狀、表面積和掃描技術(shù)獲取顆粒形貌的主要目的552.2.3粉體顆粒的化學(xué)表征一、粉體化學(xué)成分確定(1)分析化學(xué)方法(2)X射線熒光技術(shù)(X-rayfluorescencetechnique)(XRF)(3)質(zhì)譜(massspectroscopy)(MS)(4)中子激活分析(neutronactivationanalysis)(5)電子微探針(electronprobemicroanalyzer)(EPMA)(6)離子微探針(ionprobemicroanalyer)(IPMA)上面所介紹的探針技術(shù)在樣品內(nèi)的穿透深度大約是1m。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.2.3粉體顆粒的化學(xué)表征一、粉體化學(xué)成分確定10/256二、表面化學(xué)成分(1)X射線質(zhì)子發(fā)射譜(X-rayphotoemissionspectroscopy)(XPS)或化學(xué)分析電子(electronspectroscopyforchemicalanalysis)(ESCA)(2)俄歇電子譜(Augerelectronspectroscopy)(AES)(3)二次離子質(zhì)譜(secondary-ionmassspectrometry)(SIMS)(4)掃描俄歇電子顯微鏡(scanningAugermicroscopy)(SAM)表面分析要求電子束或離子束在樣品內(nèi)的傳統(tǒng)深度小于200nm。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、表面化學(xué)成分10/22/2022河南省精品課程——陶瓷工572.2.4粉體顆粒晶態(tài)的表征1.X射線衍射法(X-RayDiffraction，XRD)

基本原理是利用X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象必須滿足布拉格(Bragg)公式：nλ=2dsinθ具體的X射線衍射方法有勞厄法、轉(zhuǎn)晶法、粉末法、衍射儀法等，其中常用于納米陶瓷的方法為粉末法和衍射儀法。2.電子衍射法(E1ectronDiffraction)

電子衍射法與X射線法原理相同，遵循勞厄方程或布拉格方程所規(guī)定的衍射條件和幾何關(guān)系。電子衍射法包括以下幾種：選區(qū)電子衍射、微束電于衍射、高分辨電子衍射、高分散性電子衍射、會聚束電子衍射等。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.2.4粉體顆粒晶態(tài)的表征1.X射線衍射法(X-Ray58第三節(jié)機械法制備粉體

2.3.1機械沖擊式粉碎（破碎）一、鄂式破碎機(a)簡單擺動型(b)復(fù)雜擺動擺動型(c)綜合擺動型1-定顎；2-動顎；3-推動板；4-連桿；5-偏心軸；6-懸掛軸主要用于塊狀料的前級處理。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，產(chǎn)量高。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理第三節(jié)機械法制備粉體2.3.1機械沖擊式粉碎（破碎）59二、圓錐破碎機

按用途可分為粗碎（旋回破碎機）和細碎（菌形破碎機）兩種按結(jié)構(gòu)又可分為懸掛式和托軸式兩種。圓錐破碎機的優(yōu)點是：產(chǎn)能力大，破碎比大，單位電耗低。缺點是：構(gòu)造復(fù)雜，投資費用大，檢修維護較困難。1-動錐；2-定錐；3-破碎后的物料；4-破碎腔10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、圓錐破碎機按用途可分為粗碎（旋回破碎機）和細碎（菌形破60三、錘式破碎機錘式破碎機的主要工作部件為帶有錘子的轉(zhuǎn)子。通過高速轉(zhuǎn)動的錘子對物料的沖擊作用進行粉碎。由于各種脆性物料的抗沖擊性差，因此，在作用原理上這種破碎機是較合理的。錘式破碎機的優(yōu)點是生產(chǎn)能力高，破碎比大，電耗低，機械結(jié)構(gòu)簡單，緊湊輕便，投資費用少，管理方便。缺點是：粉碎堅硬物料時錘子和篦條磨損較大，金屬消耗較大，檢修時間較長，需均勻喂料，粉碎粘濕物料時生產(chǎn)能力降低明顯，甚至因堵塞而停機。為避免堵塞，被粉碎物料的含水量應(yīng)不超過10%—15％。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、錘式破碎機錘式破碎機的主要工作部件為帶有錘子的轉(zhuǎn)子。通過61四、反擊式破碎機反擊式破碎機的破碎作用：(1)自由破碎(2)反彈破碎(3)銑削破碎錘式破碎機和反擊式破碎機主要是利用高速沖擊能量的作用使物料在自由狀態(tài)下沿其脆弱面破壞，因而粉碎效率高，產(chǎn)品粒度多呈立方塊狀，尤其適合于粉碎石灰石等脆性物。1-高速轉(zhuǎn)子；2-板錘；3-反擊板10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、反擊式破碎機反擊式破碎機的破碎作用：錘式破碎機和反擊式破62五、輪碾機在輪碾機中，物料原料在碾盤與碾輪之間的相對滑動及碾輪的重力作用下被研磨﹑壓碎。碾輪越重﹑尺寸越大，粉碎力越強。輪碾機常可分為輪轉(zhuǎn)式和盤轉(zhuǎn)式兩種用作破碎時，產(chǎn)品的平均尺寸為3～8mm；粉磨時為0.3～0.5mm。輪碾機粉碎效率較低，但它在粉磨過程中同時具有破揉和混合作用，從而可改善物料的工藝性能；同時碾盤的碾輪均可用石材制作，能避免粉碎過程中出鐵質(zhì)摻入而造成物料的污染；另外，可較方便地控制產(chǎn)品的粒度。16-固定小刮板；17-固定大刮板；18-刮板架；19-欄桿10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理五、輪碾機在輪碾機中，物料原料在碾盤與碾輪之間的相對滑動及碾632.3.2球磨粉碎1-電動機；2-離合器操縱桿；3-減速器；4-摩擦離合器；5-大齒圈；6-筒身；7-加料口；8-端蓋；9-旋塞閥；10-卸料管；11-主軸頭；12-軸承座；13-機座；14-襯板；15-研磨當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時帶動研磨體旋轉(zhuǎn)，靠離心力和摩擦力的作用，將磨球帶到一定高度。當(dāng)離心力小于其自身重量時，研磨體下落，沖擊下部研體及筒壁，而介于其間的粉料便受到?jīng)_擊和研磨。球磨機對粉料的作用可以分成兩個部分。一是研磨體之間和研磨體與筒體之間的研磨作用；二是研磨體下落時的沖擊作用。進料粒度為6mm，球磨細度為1.5~0.075mm。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.2球磨粉碎1-電動機；2-離合器操縱桿；3-減速器64影響粉碎效率因素球磨機的轉(zhuǎn)速；研磨體的比重、大小及形狀；球磨方式（球磨方式有濕法和干法兩種）；裝料方式；球磨機直徑；球磨機內(nèi)襯的材質(zhì)。一般情況下用不同大小的瓷球研磨普通陶瓷坯料時，料：球：水的比例約為1:(1.5～2.0):(0.8～1.2)。目前生產(chǎn)中趨向于增多磨球，減少水分，從而提高研磨效率的方法。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理影響粉碎效率因素球磨機的轉(zhuǎn)速；一般情況下用不同大小的瓷球研磨652.3.3行星式研磨行星式研磨有以下顯著特點：（1）進料粒度：980μm左右；出料粒度：小于74μm(最小粒度可達0.5μm)。（2）球磨罐轉(zhuǎn)速快(不為罐體尺寸所限制)，球磨效率高。公轉(zhuǎn)：±37~250r/min，自轉(zhuǎn)78~527r/min。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。密封取樣，安全可靠，噪聲低，無污染，無損耗。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.3行星式研磨行星式研磨有以下顯著特點：10/22/662.3.4振動粉碎粉碎原理：振動粉碎是利用研磨體在磨機內(nèi)作高頻振動而將物料粉碎的。進料粒度一般在2mm以下，出料粒度小于60μm(干磨最細粒度可達5μm，濕磨可達1μm，甚至可達0.1μm)。振動粉碎效率的影響因素A.頻率和振幅B.研磨體的比重、大小、數(shù)量C.添加劑振動頻率與粉料比表面積的關(guān)系10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.4振動粉碎粉碎原理：振動粉碎是利用研磨體在磨機內(nèi)作672.3.5行星式振動粉碎

粉碎原理：行星式振動磨的磨筒既作行星運動，同時又發(fā)生振動。磨筒內(nèi)部的粉磨介質(zhì)處在離心力場之中，既在一定高度上拋落或瀉落，又不斷發(fā)生振動，其加速度可以達到重力加速度的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，在這一過程中，對物料施加強烈的碰擊力和磨剝力，從而使物料粉碎。行星式振動磨示意圖10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.5行星式振動粉碎

粉碎原理：行星式振動磨的磨筒既作682.3.6雷蒙磨粉碎過程：物料由機體側(cè)部通過給料機和溜槽給入機內(nèi)，在輥子和磨環(huán)之間受到粉碎作用。氣流從磨環(huán)下部以切線方向吹入，經(jīng)過輥子同圓盤之間的粉碎區(qū)，夾帶微粉排入盤磨機上部的風(fēng)力分級機中。梅花架上懸有3～5個輥子，繞集體中心軸線公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，輥子向外張開，壓緊磨環(huán)并在其上面滾動。給入磨機內(nèi)的物料由鏟刀鏟起并送入輥子與磨環(huán)之間進行磨碎。鏟刀與梅花架連接在一起，每個輥子前面有一把傾斜安裝的鏟刀，可使物料連續(xù)送至輥子與磨環(huán)之間。破碎的物料又經(jīng)排放風(fēng)機和分離器進行粒度分級處理,大顆粒重新回到磨機破碎,合格產(chǎn)品則被排出。出料粒度一般在325目～400目之間。1-梅花架；2-輥子；3-磨環(huán)；4-鏟刀；5-給料部；6-返回風(fēng)箱；7-排料部10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.6雷蒙磨粉碎過程：物料由機體側(cè)部通過給料機和溜槽給692.3.7氣流粉碎扁平式氣流粉碎機管道式氣流粉碎機1－頂蓋；2－管子；3－蓋板；4－管子；5－縫隙通道；6－導(dǎo)向環(huán)；7－環(huán)；8－底板；9－噴嘴；10－磨室；11－管子；12－出料口10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.7氣流粉碎扁平式氣流粉碎機管道式氣流粉碎機1－頂702.3.7氣流粉碎粉碎原理：利用高壓流體(壓縮空氣或過熱蒸汽)作為介質(zhì)，將其高速通過細的噴嘴射入粉碎室內(nèi)，此時氣流體積突然膨脹、壓力降低、流速急劇增大(可以達到音速或超音速)，物料在高速氣流的作用下，相互撞擊、摩擦、剪切而迅速破碎，然后自動分級，達到細度的顆粒被排出磨機。粗顆粒將進一步循環(huán)、粉碎，直至達到細度要求。進料粒度約在１～0.1mm之間，出料細度可達１m左右。優(yōu)點：不需要任何固體研磨介質(zhì)，故可以保證物料的純度；在粉碎過程中，顆粒能自動分級，粒度較均勻；能夠連續(xù)操作，有利于生產(chǎn)自動化。缺點是耗電量大，附屬設(shè)備多；干磨時，噪音和粉塵都較大。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.7氣流粉碎粉碎原理：利用高壓流體(壓縮空氣或過熱蒸712.3.8攪拌磨粉碎連續(xù)濕式攪拌磨間歇干式攪拌磨進料粒度應(yīng)在1mm以下，出料粒度為0.1m。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.8攪拌磨粉碎連續(xù)濕式攪拌磨72攪拌磨又稱摩擦磨、砂磨，是較先進的粉磨方法，其粉碎原理與球磨類似。適于制備軋膜成型和流延法成型用的漿料。攪拌研磨具有下列特點：（1）研磨時間短、研磨效率高，是滾筒式磨的10倍。（2）物料的分散性好，微米級顆粒粒度分布非常均勻。（3）能耗低，為滾筒式磨機的l/4。（4）生產(chǎn)中易于監(jiān)控，溫控極好。（5）對于研磨鐵氧體磁性材料，可直接用金屬磨筒及鋼球介質(zhì)進行研磨。進料粒度應(yīng)在1mm以下，出料粒度為0.1m。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理攪拌磨又稱摩擦磨、砂磨，是較先進的粉磨方法，其粉碎原理與球磨732.3.9膠體磨粉碎粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋轉(zhuǎn)磨體(轉(zhuǎn)子)的相對運動產(chǎn)生強烈的剪切、摩擦和沖擊等力。被處理的料漿通過兩磨體之間的微小間隙，在上述各力及高頻振動的作用下被有效地粉碎、混合、乳化及微?；Ｄz體磨的主要特點如下：（1）可在較短時間內(nèi)對顆粒、聚合體或懸濁液等進行粉碎、分散、均勻混合、乳化處理；處理后的產(chǎn)品粒度可達幾微米甚至亞微米。（2）由于兩磨體間隙可調(diào)(最小可達1μm)，因此，易子控制產(chǎn)品粒度。（3）結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，占地面積小。（4）由于固定磨體和高速旋轉(zhuǎn)磨體的間隙小，因此加工精度高。進料粒度為1mm，出料粒度可達1m以下。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.9膠體磨粉碎粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋742.3.10高能球磨粉碎粉碎原理：利用球磨的轉(zhuǎn)動或振動，使硬球?qū)υ线M行強烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納米級微粒的方法。如果將兩種或兩種以上粉末同時放入球磨罐中進行高能球磨，粉末顆粒經(jīng)壓延、壓合、碾碎、再壓合的反復(fù)過程(冷焊－粉碎－冷焊的反復(fù)進行)，最后獲得組織和成分分布均勻的合金粉末。高能球磨的特點：磨球運動速度較大，使粉末產(chǎn)生塑性形變及固相形變，而傳統(tǒng)的球磨工藝只對粉末起混合均勻的作用；球磨過程中還會發(fā)生機械能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，致使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、化學(xué)變化及物理化學(xué)變化。影響高能球磨效率和機械力化學(xué)作用的主要因素有：原料性質(zhì)、球磨強度、球磨環(huán)境、球磨氣氛、球料比、球磨時間和球磨溫度等。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.10高能球磨粉碎粉碎原理：利用球磨的轉(zhuǎn)動或振動，使752.3.11助磨劑粉碎原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它由親水基團（如羧基－COOH，羥基－OH）和憎水的非極性基團（如烴鏈）組成。在粉碎過程中，助磨劑的親水集團易緊密地吸附在顆粒表面，憎水集團則一致排列向外，從而使粉體顆粒的表面能降低。而助磨劑進入粒子的微裂縫中，積蓄破壞應(yīng)力，產(chǎn)生劈裂作用，從而提高研磨效率。表面活性物質(zhì)對鈦酸鈣瓷料比表面積的影響10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.3.11助磨劑粉碎原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它76常用助磨劑：液體助磨劑如醇類（甲醇、丙三醇）、胺類（三乙醇胺、二異丙醇胺）、油酸及有機酸的無機鹽類（可溶性質(zhì)素磺酸鈣、環(huán)烷酸鈣）氣體助磨劑如丙酮氣體、惰性氣體固體助磨劑如六偏磷酸鈉、硬脂酸鈉或鈣、硬脂酸、滑石粉等。助磨劑選擇：一般來說，助磨劑與物料的潤濕性愈好，則助磨作用愈大。當(dāng)細碎酸性物料（如二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鈷）時，可選用堿性表面活性物質(zhì)，如羧甲基纖維素、三羥乙基胺磷脂等；當(dāng)細碎堿性物料（如鋇、鈣、鎂的鈦酸鹽及鎂酸鹽鋁酸鹽等）時，可選用酸性表面活性物質(zhì)（如環(huán)烷基、脂肪酸及石蠟等）。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理常用助磨劑：10/22/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原77第四節(jié)化學(xué)法合成粉體

2.4.1固相法一、熱分解反應(yīng)法熱分解反應(yīng)基本形式(S代表固相，G代表氣相)：Sl→S2十G1很多金屬的硫酸鹽、硝酸鹽等，都可以通過熱分解法而獲得特種陶瓷用氧化物粉末。如將硫酸鋁銨（Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O）在空氣中進行熱分解，即可制備出Al2O3粉末。利用有機酸鹽制備粉體，優(yōu)點是：有機酸鹽易于金屬提純，容易制成含兩種以上金屬的復(fù)合鹽，分解溫度比較低，產(chǎn)生的氣體組成為C、H、O。如草酸鹽的熱分解。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理第四節(jié)化學(xué)法合成粉體2.4.1固相法一、熱分解78二、化合反應(yīng)法兩種或兩種以上的固體粉末，經(jīng)混合后在一定的熱力學(xué)條件和氣氛下反應(yīng)而成為復(fù)合物粉末，有時也伴隨氣體逸出?；戏磻?yīng)的基本形式：A(s)+B(s)→C(s)+D(g)鈦酸鋇粉末、尖晶石粉末、莫來石粉末的合成都是化學(xué)反應(yīng)法：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2Al2O3+MgO→MgAlO43Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO210/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、化合反應(yīng)法兩種或兩種以上的固體粉末，經(jīng)混合后在一定的熱79三、氧化還原法

非氧化物特種陶瓷的原料粉末多采用氧化物還原方法制備?；蛘哌€原碳化，或者還原氮化。如SiC、Si3N4等粉末的制備。SiC粉末的制備：將SiO2與碳粉混合，在1460～1600℃的加熱條件下，逐步還原碳化。其大致歷程如下：SiO2+C→SiO+CO(2-25)SiO+2C→SiC+CO(2-26)SiO+C→Si+CO(2-27)Si+C→SiC(2-28)Si3N4粉末的制備：在N2條件下，通過SiO2與C的還原-氮化。反應(yīng)溫度在1600℃附近。其基本反應(yīng)如下：

3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO(2-29)10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、氧化還原法非氧化物特種陶瓷的原料粉末多采用氧化物還原802.4.2液相法液相法是目前實驗室和工業(yè)上最為廣泛的合成超微粉體材料的方法。與固相法比較，液相法可以在反應(yīng)過程中利用多種精制手段；另外，通過所得到的超微沉淀物，很容易制取各種反應(yīng)活性好的超微粉體材料。液相法制備超微粉體材料可簡單地分為物理法和化學(xué)法兩大類。物理法是從水溶液中迅速析出金屬鹽，一般是將溶解度高的鹽的水溶液霧化成小液滴，使液滴中的鹽類呈球狀迅速析出，然后將這些微細的粉末狀鹽類加熱分解，即得到氧化物超微粉體材料?；瘜W(xué)法是通過溶液中反應(yīng)生成沉淀，通常是使溶液通過加水分解或離子反應(yīng)生成沉淀物，如氫氧化物、草酸鹽、碳酸鹽、氧化物、氮化物等，將沉淀加熱分解后，可制成超微粉體材料。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理2.4.2液相法液相法是目前實驗室和工業(yè)上最為廣泛的合成超81一、沉淀法（1）直接沉淀法采用直接沉淀法合成BaTiO3微粉：a.將Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在異丙醇或苯中，加水分解（水解），就能得到顆粒直徑為5～15nm（凝聚體的大小<1μm）的結(jié)晶性較好的、化學(xué)計量的BaTiO3微粉。b.在Ba(OH)2水溶液中滴入Ti(OR)4(R：丙基)后也能得到高純度的、平均顆粒直徑為10mm左右的、化學(xué)計量比的BaTiO3微粉。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理一、沉淀法（1）直接沉淀法10/22/2022河南省精品課程82（2）均勻沉淀法均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)，使溶液中的構(gòu)晶離子（構(gòu)晶負離子或構(gòu)晶正離子）由溶液中緩慢、均勻地產(chǎn)生出來的方法。均勻沉淀法有兩種：①溶液中的沉淀劑發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致氫離子濃度變化和溶液PH值的升高，使產(chǎn)物溶解度逐漸下降而析出沉淀。②沉淀劑在溶液中反應(yīng)釋放沉淀離子，使沉淀離子的濃度升高而析出沉淀。例：隨著尿素水溶液的溫度逐漸升高至70℃附近，尿素會發(fā)生分解，即：(NH2)2CO十3H2O→2NH4OH十CO2↑(2-30)由此生成的沉淀劑NH4OH在金屬鹽的溶液中分布均勻，濃度低，使得沉淀物均勻地生成。由于尿素的分解速度受加熱溫度和尿素濃度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低。10/31/2022河南省精品課程——陶瓷工藝原理（2）均勻沉淀法均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)，使溶液中的構(gòu)晶83（3）共沉淀法共沉淀法是在混合的金屬鹽溶液(含有兩種或兩種以上的金屬離子)中加入合適的沉淀劑，反應(yīng)生成組成均勻的沉淀，沉淀熱分解得到高純超微粉體材料。共沉淀法的關(guān)鍵在于保證沉淀物在原子或分子尺度上均勻混合。例：四方氧化鋯或全穩(wěn)定立方氧化鋯的共沉淀制備。以ZrOCl2·8H2O和Y2O3(化學(xué)純)為原料來制備ZrO2-Y2O3的納米粉體的過程如下：Y2O3用鹽酸溶解得到Y(jié)Cl3，然后將ZrOCl2·8H2O和YCl3配制成—定濃度的混合溶液，在其中加NH4OH后便有Zr(OH)4和Y(OH)3的沉淀粒子緩慢形成。反應(yīng)式如下：ZrOCl2+2NH4OH+H2O→Zr（OH）4↓+2NH4Cl(2-31)YCl3+3NH