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先進陶瓷粉體的固相合成法

固相法是一種設備和工藝簡單、便于工業化生產的粉體制備方法,也是目前在科研和工業化生產中采用的最主要的一種先進陶瓷粉體制備方法。
固相法是以固態物質為原料,遁過一定的物理與化學過程制備陶瓷粉體的方法:它不像氣相法和液相法伴隨有氣相一固相、液相一固相那樣的狀態(相)變化,制得的固相粉體和最初固相原料可以是同一物質,也可以不是同一物質。
 
1.原料的準備
固相原料可以是天然礦物、化工原料(氧化物)、化學試劑等。最早固相法的起始原料多為天然礦物,如黏土、長石、石英、滑石、方解石、膨潤土、菱鎂礦、硅灰石等,通常被稱為傳統固相法。而氧化物陶瓷則采用工業氧化物原料為固相材料,是結構陶瓷、裝置陶瓷和絕緣陶瓷基片等所常采用的。
 
2. 配料及混合
陶瓷所需組分的固相原料按照制品要求的比例稱重后.要經過充分混合(其中也包含著一定的細化作用),使其分布均勻,各原料之間處于充分接觸的狀態,以利于混合物在下一階段的合成。混合是一個物理過程,一般可分為干混與濕混兩種,混合的主要設備有振動磨機與球磨機等。
 
3. 原料的合成
混合物在一定的溫度下,各組分之間的化學反應進行得比較充分和完全,才能獲得所需的物相。由于這種化學反應是在固相之間發生的,所以也稱為固相反應(亦稱合成)。作為固相反應,事實上包含有很多內容,如化合反應、分解反應、固溶反應、氧化還原反應、出溶反應以及相變等。實際工作中往往幾種反應同時發生,并且反應生成物需要粉碎。這里側重介紹如下幾種反應。
(1)化合反應法
化合反應法是兩種或者兩種以上的粉末,經混合后在一定的熱力學條件和氣氛下反應而成為復合物粉末,有時也伴有一些氣體逸出。
(2)熱分解反應法
熱分解反應不僅僅限于固相,氣體和液體也可發生熱分解反應。
(3)氧化物還原法
在現代工業生產中,非氧化物陶瓷的原料粉末一般采用氧化物還原方法制備.或通過還原碳化,或者還原氮化實現。
(4)自蔓延高溫合成法  
自蔓延高溫合成法技術最早于1967年由蘇聯科學冼結構宏觀動力學研究所研究成功,現已經能用這一技術生產近千種化合物粉末。該技術制取粉末可橛括為以下兩大方向。
①元素合成
如果反應中無氣相反應物也無氣相產物,則稱為無氣相燃燒。如果反應在固相和氣相混雜系統中進行,則稱為氣相滲透燃燒。
②化合物合成
用金屬或非金屬氧化物為氧化劑、活性金屬為還原劑(如Al、Mg等)的反應即為一例。這實際上是前面談到的化合法,或稱之為Al(或Mg)熱法。
(5)爆炸法
爆炸法是利用瞬間的高溫高壓反應制備微粉的方法,足一種連續粉體制備工藝,制備出的粉體呈球形,尺寸一般在20~30nm范圍。
 
4.細化過程
經合成后獲得具有所需物相的物料,再經過細化,才能成為制備陶瓷產品所需的粉體(或瓷料)。在固相法中,細化均采用機械方法,因而也稱粉碎,對于先進陶瓷而言.最常用的粉碎設備有振動磨機、球磨機、膠體磨機、氣流粉碎機等,之后又發展并出現了偏心球磨機和砂磨機等。


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本文“先進陶瓷粉體的固相合成法”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2017-02-20 14:48:28
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