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1、4.2.3 气相法制备粉末气相法制备粉末 1蒸发蒸发-凝聚法凝聚法将原料在一定的气氛（惰性气氛）下加热至高温，使其蒸发将原料在一定的气氛（惰性气氛）下加热至高温，使其蒸发气化，然后骤冷凝聚成微粒状粉末。气化，然后骤冷凝聚成微粒状粉末。加热方法加热方法:电弧、电子束、等离子体、激光束及和火焰等。电弧、电子束、等离子体、激光束及和火焰等。适用于制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物或金属的微粉。适用于制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物或金属的微粉。调节气氛气压、蒸发物质的分压可控制生成粉末的颗粒大小。调节气氛气压、蒸发物质的分压可控制生成粉末的颗粒大小。例如，用等离子或电弧加热蒸发硅砂或块状例如，用等
2、离子或电弧加热蒸发硅砂或块状SiO2（温度（温度2000左右），然后受控凝聚可制得超细左右），然后受控凝聚可制得超细SiO2粉末。粉末。包括包括:蒸发蒸发-凝聚法、气相化学反应法和气相热分解法。凝聚法、气相化学反应法和气相热分解法。2气相化学反应法气相化学反应法 通过挥发性金属化合物的蒸发在气相进行化学反应制备粉末。通过挥发性金属化合物的蒸发在气相进行化学反应制备粉末。气相化学反气相化学反应应aA(g)+bB(g)cC(s)+dD(g)产产物物C的形的形态态随随反反应应体系种体系种类类和反和反应应条件的条件的改改变变而而变变化。化。产物可能的形态：产物可能的形态：薄膜薄膜（多晶或非晶态）（多晶
3、或非晶态）晶须晶须（长（长/径径15）单晶单晶（颗粒）（颗粒）粉末粉末（多晶或非晶态）（多晶或非晶态）化学气相淀积过程化学气相淀积过程 在气相中生成粉末在气相中生成粉末颗颗粒包括均匀成核和核成粒包括均匀成核和核成长长两个两个过过程。程。大量成核有助于粉末生成，要求大量成核有助于粉末生成，要求产产物物C保持高的保持高的过饱过饱和度；和度；而生而生长长薄膜及析出薄膜及析出单单晶晶时时，通常要保持低的，通常要保持低的过饱过饱和度。和度。反应系统的反应系统的总过饱和度总过饱和度（记为（记为ss）表示为：）表示为：式中式中k为平衡常数，上标为平衡常数，上标“”表示非平衡状态表示非平衡状态。aA(g)+b
4、B(g)cC(s)+Dd(g)ss越大，单位体积内成核数量就多，有利于粉末颗粒形成；越大，单位体积内成核数量就多，有利于粉末颗粒形成；ss越小，有利于形成薄膜和晶须越小，有利于形成薄膜和晶须。k值大的反应系统易生成粉末。值大的反应系统易生成粉末。增大反应物浓度，及时排出气体产物，有利于粉末的形成。增大反应物浓度，及时排出气体产物，有利于粉末的形成。添加成核剂也可提高粉末的生成率添加成核剂也可提高粉末的生成率。例如例如,上述上述反反应应中中 引入百分之几的水蒸汽引入百分之几的水蒸汽时时，由于，由于TiCl4与水蒸汽的反与水蒸汽的反应应 TiCl4+2H2O=TiO2+4HCl 比比TiCl4与与
5、O2的反的反应应性性强强，可以加速，可以加速TiO2核的形成，核的形成，提高粉末的收率。提高粉末的收率。平衡常数平衡常数k值值适中的反适中的反应应系系统统，如，如:TiCl4+O2=TiO2+2Cl2根据气体根据气体组组成的情况，成的情况，产产物形物形态态可从可从粉末粉末过过渡到渡到单单晶晶。气相反应法制备粉末应用举例气相反应法制备粉末应用举例 挥发挥发性性金属金属氯氯化物化物与与 O2或水蒸气在一定温度下反或水蒸气在一定温度下反应应可可 制得相制得相应应金属的氧化物粉末，反金属的氧化物粉末，反应应通式：通式：MXn(g)+O2(g)MO(g)+X2(g)MXn(g)+H2O(g)MO(s)+
6、nHX(g)例如例如：TiCl4 4+O2 TiO2+Cl2TiCl4+2H2O TiO2+4HCl (氯氯化法制化法制备备金金红红石石钛钛白的反白的反应应)TiCl4+2CO2+2H2 TiO2+2CO+4HCl （间间接法引入水蒸气）接法引入水蒸气）（a）制备氧化物粉末）制备氧化物粉末 SiCl4-O2系系统统在在1000以上反以上反应应可制得可制得0.020.3的非晶的非晶态态球形球形SiO2粉末粉末：SiCl4+2H2O SiO2+4HCl （SiCl4 在在氢氢氧火焰中水解，气相白炭黑制氧火焰中水解，气相白炭黑制备备方法）方法）FeCl2、FeCl3和和O2在在7001000反反应应
7、可制得可制得1以下的以下的单单晶晶Fe2O3粉末粉末；ZrCl4-O2系系统统在在1000反反应应可制得粒径可制得粒径1.4的球形或片的球形或片状状单单晶晶ZrO2粉末。粉末。挥发挥发性金属化合物（一般性金属化合物（一般为氯为氯化物）与化物）与NH3或或N2反反应应可制可制得相得相应应金属氮化物粉末。金属氮化物粉末。例例：3SiCl4 4NH3 Si3N4 12HCl 3SiH4 4NH3 Si3N4+12H2（b）制备氮化物粉末）制备氮化物粉末（c）制备碳化物粉末）制备碳化物粉末3.气相热分解法气相热分解法利用利用单单一化合物的气相一化合物的气相热热分解反分解反应应制制备备粉末粉末。A(g)
8、B(s)+C(g)例如：例如：Si(OC2H5)4 SiO2+2H2O+4C2H4 2Al(OC3H7)4 Al2O3+6C3H6+3H2O 3Si(NH2)4 Si3N4+8NH3 CH3SiCl3 SiC 3HCl4.3 陶瓷材料的成型陶瓷材料的成型 成型成型是将粉末原料是将粉末原料(坯料坯料)，用适当的工艺方法加工，用适当的工艺方法加工成具有一定形状和尺寸的坯体（生坯）的过程。成具有一定形状和尺寸的坯体（生坯）的过程。材料成型技术与方法对制备性能优良的制品具有重要意义。材料成型技术与方法对制备性能优良的制品具有重要意义。新型陶瓷材料的成型技术和方法，种类多，内容丰富。新型陶瓷材料的成型技
9、术和方法，种类多，内容丰富。不同技术和方法都具有各自不同的特点，通常要据制品的不同技术和方法都具有各自不同的特点，通常要据制品的性能要求、形状、大小、厚薄、产量和经济效益等方面来性能要求、形状、大小、厚薄、产量和经济效益等方面来选择不同的成型方法。选择不同的成型方法。4.3.1成型前粉料的预处理成型前粉料的预处理 1、原料煅烧原料煅烧煅煅烧预处烧预处理的主要目的：理的主要目的：（a）除去原料中易）除去原料中易挥发挥发的的杂质杂质及化学及化学结结合和物理吸附合和物理吸附 的水分、气体、有机物等，从而提高的水分、气体、有机物等，从而提高纯纯度。度。（b）使原料）使原料颗颗粒致密化及粒致密化及结结晶
10、晶长长大，减少在之后大，减少在之后烧结烧结 中的收中的收缩缩，提高，提高产产品的合格率。品的合格率。（c）完成同）完成同质质异晶的晶型异晶的晶型转变转变，形成，形成稳稳定的定的结结晶相。晶相。如：如：-Al2O3 煅煅烧烧成成-Al2O3。预处理的目的是调整和改善粉末的物理、化学性质，预处理的目的是调整和改善粉末的物理、化学性质，使之适应后续工序和产品性能的要求。预处理包括：使之适应后续工序和产品性能的要求。预处理包括：陶瓷的制陶瓷的制备备中，常常需要使用两种或两种以上的原料，中，常常需要使用两种或两种以上的原料，或加入一些微量的添加或加入一些微量的添加剂剂，这这就需要原料混合。就需要原料混合
11、。混合的均匀程度直接影响到混合的均匀程度直接影响到产产品的性能。品的性能。当被混合的当被混合的物料的比重、配料比物料的比重、配料比相差相差悬悬殊殊，物料性，物料性质质十十 分特殊分特殊时时，就增加了混料的，就增加了混料的难难度。度。原料混合可采取原料混合可采取干混干混也可以也可以湿混。湿混。湿混介湿混介质质：水、酒精或其它有机物：水、酒精或其它有机物质质。混合混合设备设备：球磨机，：球磨机，V型、型、锥锥形、螺旋形等混料机。形、螺旋形等混料机。2 2、原料的混合、原料的混合塑化是在物料中加入塑化塑化是在物料中加入塑化剂剂使物料具有可塑性的使物料具有可塑性的过过程程。塑化塑化剂剂是使物是使物质质
12、具有可塑性能力的物具有可塑性能力的物质质。对对于精于精细细陶瓷，陶瓷，一般采用有机塑化一般采用有机塑化剂剂。通常由三种物。通常由三种物质组质组成：成：粘粘结剂结剂通常有聚乙通常有聚乙烯烯醇、聚醋酸乙醇、聚醋酸乙烯酯烯酯，石蜡等；，石蜡等；增塑增塑剂剂通常有甘油、乙酸三甘醇、草酸等；通常有甘油、乙酸三甘醇、草酸等；溶溶剂剂能溶解粘能溶解粘结剂结剂和增塑和增塑剂剂并和物料构成可塑胶状并和物料构成可塑胶状物物质质，常用的有水、无水酒精、醋酸乙，常用的有水、无水酒精、醋酸乙酯酯等。等。选选择择塑塑化化剂剂要要根根据据成成形形方方法法、物物料料性性质质、制制品品性性能能要要求求、塑化塑化剂剂的价格以及的
13、价格以及烧结时烧结时塑化塑化剂剂的排除的排除难难易决定。易决定。3 3、塑化、塑化颗颗粒粒细细的粉料，有利于高温的粉料，有利于高温烧结烧结，可降低，可降低烧烧成温度，成温度，获获得得良好的良好的烧结烧结性能，提高最性能，提高最终产终产品的性能。品的性能。但但细颗细颗粒不利于成型，尤其粒不利于成型，尤其对对干干压压成型，粉体成型，粉体颗颗粒越粒越细细，流流动动性反而差，不能均匀地填充模具的每一个角落，易性反而差，不能均匀地填充模具的每一个角落，易产产生空洞，且不利于生空洞，且不利于进进行自行自动压动压制。制。其解决其解决办办法是成型前先制粒（造粒）。法是成型前先制粒（造粒）。方法方法：在粉料中加
14、入一定的塑化：在粉料中加入一定的塑化剂剂，然后在，然后在专门专门的制粒的制粒机上造粒；或在机上造粒；或在较较低低压压力下力下预压预压成成块块，然后粉碎，然后粉碎过筛过筛；或；或 喷雾喷雾制粒制粒（先制（先制浆浆，然后，然后雾雾化，干燥）。化，干燥）。造粒后得到具有一定流造粒后得到具有一定流动动性的性的团团粒，粒度粒，粒度2080目。目。4 4、制粒、制粒4.3.2 主要成型方法主要成型方法 1注浆成型注浆成型工艺过程：工艺过程：在粉料中加入适量的水或有机液体及少量的在粉料中加入适量的水或有机液体及少量的电解质形成相对电解质形成相对稳定的悬浮浆液稳定的悬浮浆液，将其注入多孔性模具内，将其注入多孔
15、性模具内，由于模具的吸水性，泥浆在贴近模壁的一侧被模具吸水而由于模具的吸水性，泥浆在贴近模壁的一侧被模具吸水而形成一均匀的泥层，并随时间的延长而加厚，当达到所需形成一均匀的泥层，并随时间的延长而加厚，当达到所需厚度时，将多余的泥浆倾出，最后该泥层继续脱水收缩而厚度时，将多余的泥浆倾出，最后该泥层继续脱水收缩而与模具脱离，得到生坯。与模具脱离，得到生坯。特特 点：点：a、适于成型形状复杂、不规则、薄壁及体积较大的制品，、适于成型形状复杂、不规则、薄壁及体积较大的制品，如花瓶、汤碗、椭圆形盘、茶壶等。如花瓶、汤碗、椭圆形盘、茶壶等。b、坯体结构均匀，但含水量大且不均匀，干燥烧成收缩大。、坯体结构均
16、匀，但含水量大且不均匀，干燥烧成收缩大。（1）浆料成型法）浆料成型法 空心注浆法（单面注浆）空心注浆法（单面注浆）实心注浆实心注浆 (双面注浆双面注浆)（2）热压注成型）热压注成型 主要工序：制备腊浆、浇注成型、排腊。主要工序：制备腊浆、浇注成型、排腊。制蜡浆时，一般在粉料中加入（制蜡浆时，一般在粉料中加入（0.40.8%）的表面活性剂，）的表面活性剂，如油酸、硬脂酸等使具有极性的颗粒粉体表面（亲水性）与如油酸、硬脂酸等使具有极性的颗粒粉体表面（亲水性）与非极性的石蜡（亲油性）间接地吸附在一起。形成稳定的浆非极性的石蜡（亲油性）间接地吸附在一起。形成稳定的浆液，这样可减少石蜡用量，改善成形性能。液，这样可减少石蜡用量，改善成形性能。将含有石蜡的浆料（简称蜡浆）在一定的温度和压力下注将含有石蜡的浆料（简称蜡浆）在一定的温度和压力下注入金属模中，待坯体冷却凝固后再进行脱模的成型方法。入金属模中，待坯体冷却凝固后再进行脱模的成型方法。2可塑成型可塑成型 可塑可塑泥料泥料与与粉浆粉浆的重要差别的重要差别在于固液比不同，在于固液比不同，可塑泥料含水一般为可塑泥料含水一般为1925%，而粉浆含水高
