粉体体的合成第二章.doc

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1、分体的合成2.1引言正如第一章所述，粉体的特征对随后的加工过程有着显著的影响，例如将粉体合成生胚和烧结成理想的显微结构。总之，粉体的合成对陶瓷制备的全过程非常重要。在本章中我们首先定义，一般的术语，粉体作为生产优质陶瓷所应具有的理想特征，然后考虑一些用于合成粉体陶瓷的主要方法。实际运用中，选着一种制备粉体的方法需要考虑生产成本和用这种方法所能达到一系列特定理想特征的能力。为了方便起见，我们将合成粉体的方法分为两类：机械法和化学法。在过去的25年，用化学方法合成的粉体已在陶瓷的生产领域获得很高的收益，也

2、经历了相当大的改变。不久的将来，在这一领域的进一步发展是完全可能的。2.2理想粉体的特征一般而言，传统陶瓷相对与先进陶瓷来说需满足所需的具体特殊性能较少，它在化学组成上可不均一，也可以由复杂的显微结构。不像先进陶瓷那样在烧结过程中必须有化学反应产生。因此，制备传统陶瓷的初材料含有一些能进行选择性反应的粉体混合物。例如，生产绝缘陶瓷的初材料粉体很可能混有粘土（--50wt%），长石(--25wt%)和二氧化硅(--25wt%)。对于好的化学反应需要精细颗粒尺寸的粉体。为了防止收缩和形变扭曲，需选择具有高

3、密度的粉体材料。对于许多传统陶瓷来说，在初始混合时，粘土是主要组成部分，而且能提供精细颗粒尺寸结构。一般地，低成本的制备方法主要用于制作传统陶瓷。先进陶瓷必须满足所需的特殊性能，而且其化学构成和纤维结构必须能进行有效控制。需仔细检测初料粉体的质量。对先进陶瓷而言，重要的粉体特性就是尺寸大小、尺寸分配、形状、凝聚状态、化学组成和相结构。表面结构和表面化学同样很重要。尺寸、尺寸分配、形状和非均匀状态对凝固过程和烧结体的显微结构有重要影响。由于处置时间非常短，颗粒尺寸大于1um的一般会阻碍胶体凝固方法的使用

4、。然而，颗粒尺寸的深层次影响在烧结上。正如后面所显示的那样，体材料的致密化速率随着颗粒尺寸的降低而加强。通常，如果其他因素在烧结过程不会产生严重的困难，在一个合理的时间段（如几小时）内，颗粒尺寸小于1um的可以得到更高致密度的材料。然而，颗粒尺寸较宽的（有时涉及多分散系粉体）粉体也许会导致生成更高堆积密度的素胚，在微观结构控制的烧结过程中所产生的困难致使这种益处常会超重。一个常见的问题就是在耗用小颗粒时大颗粒会迅速变粗糙，致使不能达到高致密度的可控尺寸颗粒。小尺寸分布的粉体（如接近单分散系的粉体）的装

5、备均一性通常可对显微结构进行较强的控制。球状或等轴形状对于填料的堆垛统一性十分有益。凝聚结块一起素胚的复杂多样性，反过来，素胚在烧结时产生不同的烧结快。当体材料各部分以不同的速率收缩时，不同的烧结快也就出现了。这会引起一些严重的问题，如在烧结块中产生大气孔和裂缝（见图1.24）。另外，素胚致密化的速率大致和与凝聚块有相等尺寸大小的粗颗粒体的相似。因此，当需要高致密度和良好显微结构的颗粒时，凝聚粉体严重限制了陶瓷的制备。凝结块可分为两类：颗粒由弱范德华力聚在一起的软结块和颗粒由强化学键连接在一起的硬结块

6、。理想情况是避免在粉体内生成凝结块。然而，在很多情况下这是不可能的。在这些情形下，我们宁愿选择含软凝结块而非硬凝结块。软凝结块相对容易用机械方式将其粉碎（例如压印，碾磨）或在液相时驱散开来。凝结块不可轻易粉碎，因此必须防止其生成或从粉体中移除。表面杂质可能对粉体的液态分散有重要影响，但最主要的影响是在烧结过程中化学结构的改变。在烧结温度上，杂志可能导致形成一少部分的液相，这会导致大量单个颗粒有选择性的生长（图1.23）。在这种情况下，很有可能制得尺寸精细均一的颗粒。在不完全反应相间的化学反应也可能是引

7、起这些问题的一个因素。因此，在烧结时，我们不希望粉体内发生化学上的改变。对于有些材料，晶体结构中的多形态变异也是难以控制显微结构的一个重要原因。普遍来看，像ZrO2,其裂痕对于冷却就是一个严重的问题。还有γ-Al2O3，α相转变导致颗粒快速生成和以致密化速率生长。总结，用于制备先进陶瓷的理想粉体特征列于表2.1.2.3粉体的合成方法现存有很多合成陶瓷粉体的方法。在本书中，我们将其分为两类：机械方法和化学方法。机械方法一般用于制备传统陶瓷粉体，这些粉体是自然为加工的原始原料。用化学方法制备的粉体用于陶瓷

8、加工一个相当成熟的领域，但它的新发展领域很小。然而，在最近几年，甬高速碾磨的机械方法制备的精细的先进陶瓷粉体已经获得相当可观的收益。化学方法一般用于从合成材料或从已在很大程度上通过化学改良的天然未加工原料制备先进陶瓷粉体。一些归类于化学方法的同时在加工部分中也含有机械碾磨步骤。为了粉碎烧结块和为了生产具有理想物理性能的粉体，如颗粒尺寸大小均一和颗粒尺寸分布均匀，碾磨步骤通常都是很有必要的。在过去的25年中，用化学方法制备的粉体在陶瓷加工生产领域有新的突破