第十章-固相法PPT课件.ppt

第十章固相法注意：
第八章中介绍的超微粉的各种物理制备方法，由于在微粉形成过程中，往往因高能量的存在，物质在形成超微粉的过程中伴随物理化学变化，因而现在通常会把这些制备方法也归结为固相合成法。因此，现在通常把微粉的制备法简单的分为固相法、液相法和气相法三种；而不再传统地区分为化学法和物理法。固相反应的特征一、高能球磨法制备超微粉体材料滚动球磨搅拌磨搅拌磨振动球磨振动磨行星磨胶体磨气流磨气流磨高能球磨法已成功地制备出以下几类纳米晶材料:纳米晶纯金属，互不相溶体系的固溶体，纳米金属间化合物及纳米金属-陶瓷粉复合材料。例1：纳米晶纯金属制备。高能球磨过程中，纯金属纳米晶的形成是纯机械驱动下的结构演变。
几种纯金属元素高能球磨后晶粒尺寸(真空或氩气分保护下制备）。例2：不互溶体系纳米固体的形成。用机械合金化（高能球磨）的方法，可将相图上几乎不互溶的几种元素制成固溶体、这是用常规熔炼方法根本无法实现的。从这个意义上来说，机械合金化方法制成的新型纳米合金，为发展新材料开辟了新的途径。近10年来，用此法已成功地制备多种纳米固溶体。例3：制备纳米金属间化合物。金属间化合物是一类用途广泛的合金纳米金属间化合物。金属间化合物是一类用途广泛的合金材料，纳米金属间化合物，特别是一些高熔点的金属间化合物，在制备上比较困难。目前已在Fe—B、Ti—Si、Ti—B、Ti—Al(—B)、Ni—Si、V—C、W—C、Si—C、Pd—Si、Ni—Mo、Nb—A1等10多个合金体系中用高能球磨的方法，制备了不同晶粒尺寸的纳米金属间化合物。例4：纳米尺度的金属-陶瓷粉复合材料。高能球磨法也是制备纳米复合材料的行之有效的方法。它可以把金属与陶瓷粉(纳米氧化物、碳化物等)复合在一起，获得具有特殊性质的新型纳米复合材料。如把几十纳米的Y203粉体复合到Co-Ni-Zr合金中。Y203仅占1-5％。它们在合金中呈弥散分布状态，使得Co-Ni-Zr合金的矫顽力可提高约两个数量级。
特点：高能球磨法制备的纳米金属与合金结构材料产量高、工艺简单，并能制备出用常规方法难以获得的高熔点的金属或合金纳米材料。近年来已越来越受到材料科学研究者的重视。但是，晶粒尺寸不均匀，易引入某些杂质。二、固相合成法制备超微粉体材料固相合成法主要工艺1、热分解法显然要通过热分解法制备粉体，必须利用反应式(1)或反应式(2)。
这是因为气体的生成和排出，可防止生成物收缩和聚团，并且可在反应物母体上产生巨大应变能使所生成的颗粒迅速与母体脱离，防止颗粒的长大，不用再对产品进行分离，易得到高纯产品。
常用作热分解原料的有碳酸盐、草酸盐、硫酸盐等。
例如：草酸盐的分解反应为：

硫酸铝铵[Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O]在空气中热分解可获得
性能良好的Al2O3粉体。特点2、高温固相反应法钛酸钡粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成：
BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2
Al2O3+MgO→MgAlO4
3Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2
特点3、还原反应法Acheson法制备SiC粉体就是采用这种工艺，将SiO2与碳粉混合，在1460～1600℃的加热条件下，逐步还原碳化。其大致历程如下：
SiO2+C→SiO+CO
SiO+2C→SiC+CO
SiO+C→Si+CO
Si+C→SiC另一种典型工艺是碳热还原法合成氮化铝。其反应是：

该反应原料通常是市售的三氧化二铝和炭黑，入炉前将二者充分混合，合成温度以1650℃左右为宜。优点：纯度高；
缺点：粒度较大，一般在数微米左右。
此外，还可用此法合成氮化硅和硼的金属化合物。
在N2条件下，通过SiO2与C的还原-氮化。反应温度在1600℃附近。其基本反应如下：
3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO