固相法是以固態(tài)物質(zhì)為原料,遁過一定的物理與化學(xué)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(tài)(相)變化,制得的固相粉體和最初固相原料可以是同一物質(zhì),也可以不是同一物質(zhì)。
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(xué)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(tǒng)固相法。而氧化物陶瓷則采用工業(yè)氧化物原料為固相材料,是結(jié)構(gòu)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(jīng)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(tài),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(shè)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(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)是在固相之間發(fā)生的,所以也稱為固相反應(yīng)(亦稱合成)。作為固相反應(yīng),事實上包含有很多內(nèi)容,如化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、固溶反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、出溶反應(yīng)以及相變等。實際工作中往往幾種反應(yīng)同時發(fā)生,并且反應(yīng)生成物需要粉碎。這里側(cè)重介紹如下幾種反應(yīng)。
(1)化合反應(yīng)法
化合反應(yīng)法是兩種或者兩種以上的粉末,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,有時也伴有一些氣體逸出。
(2)熱分解反應(yīng)法
熱分解反應(yīng)不僅僅限于固相,氣體和液體也可發(fā)生熱分解反應(yīng)。
(3)氧化物還原法
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)。
(4)自蔓延高溫合成法
自蔓延高溫合成法技術(shù)最早于1967年由蘇聯(lián)科學(xué)冼結(jié)構(gòu)宏觀動力學(xué)研究所研究成功,現(xiàn)已經(jīng)能用這一技術(shù)生產(chǎn)近千種化合物粉末。該技術(shù)制取粉末可橛括為以下兩大方向。
①元素合成
如果反應(yīng)中無氣相反應(yīng)物也無氣相產(chǎn)物,則稱為無氣相燃燒。如果反應(yīng)在固相和氣相混雜系統(tǒng)中進行,則稱為氣相滲透燃燒。
如果反應(yīng)中無氣相反應(yīng)物也無氣相產(chǎn)物,則稱為無氣相燃燒。如果反應(yīng)在固相和氣相混雜系統(tǒng)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(yīng)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。
4.細化過程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(yīng)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(yīng)制備微粉的方法,足一種連續(xù)粉體制備工藝,制備出的粉體呈球形,尺寸一般在20~30nm范圍。
爆炸法是利用瞬間的高溫高壓反應(yīng)制備微粉的方法,足一種連續(xù)粉體制備工藝,制備出的粉體呈球形,尺寸一般在20~30nm范圍。
經(jīng)合成后獲得具有所需物相的物料,再經(jīng)過細化,才能成為制備陶瓷產(chǎn)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(shè)備有振動磨機、球磨機、膠體磨機、氣流粉碎機等,之后又發(fā)展并出現(xiàn)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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