高等材料化學(xué)第九章：無機非金屬材料的制備目錄01概述02無機非金屬材料粉體的制備方法03無機非金屬材料的成型04無機非金屬材料的燒結(jié)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、氯酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。無機非金屬材料:晶體結(jié)構(gòu)：無自由電子、更強的離子鍵和混合鍵化學(xué)鍵：高鍵能、高鍵強基本屬性：高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性、寬廣的導(dǎo)電性、隔熱性、透光性和良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性主要特點:9.1無機非金屬材料概述金剛石鉆頭壓電陶瓷玻璃藍寶石光纖無機非金屬材料分類：通常把它們分為普通的（傳統(tǒng)的）和先進的（新型的）無機非金屬材料兩大類傳統(tǒng)無機材料主要是指硅酸鹽材料，包括水泥、玻璃、陶瓷以及耐火材料等，與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，它們產(chǎn)量大、用途廣。新型無機材料按其結(jié)構(gòu)與功能特性可分為結(jié)構(gòu)材料與功能材料，功能材料主要是指具有熱敏、光敏以及聲敏等特殊功能的材料。主要有先進陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。9.1無機非金屬材料概述無機非金屬材料分類9.2無機非金屬材料粉體的制備方法

9.2.1粉體的定義與分類粉體的定義顆粒是在一特定范圍內(nèi)具有特定形狀的幾何體。大小一般在毫米到納米之間。粉體大量顆粒的集合體，即顆粒群，又稱粉末。顆粒是粉體的組成單元，是粉體中的個體。顆粒是以粉體這種集合體的形式出現(xiàn)。特性：純度、粒徑和形態(tài)，決定材料性能的關(guān)鍵。關(guān)系：粉體的分類按分散狀態(tài)分：原級顆粒（一次顆粒）、聚集體顆粒（二次顆粒）、

凝聚體顆粒（三次顆粒）、絮凝體顆粒9.2無機非金屬材料粉體的制備方法按成因分：

天然粉體與人工粉體按顆粒大?。剑┓郑?/p>

9.2.1粉體的定義與分類粗碎（<40～50mm)、中碎（<0.5mm）、細碎（<0.06mm）、

超細碎（<0.02mm）、

9.2無機非金屬材料粉體的制備方法1.物理法又分為機械（粉碎）法

9.2.2粉體的制備方法借用各種外力，如機械力、化學(xué)能、聲能、熱能等使現(xiàn)有的塊狀物料粉碎成超細粉體。2.化學(xué)法利用化學(xué)反應(yīng)獲得粉體的方法。包括沉淀法、溶膠－凝膠法、水熱法、冷凍干燥法、噴霧法及氣相反應(yīng)法等，同時可以分為液相法和氣相法。9.2.2.1機械粉碎法粉體表面活性增強的機理粉體顆粒在機械力作用下粉碎生成新表面、粒度減小、比表面積增大、粉體表面自由能增大、活性增強；粉體顆粒在機械力作用下，表面層發(fā)生晶格畸變,

貯存能量，從而使表面層能量升高，活化能降低,活性增強；粉體顆粒在機械力作用下，通過反復(fù)破碎，不斷形成新表面,

而表面層離子的極化變形與重排使表面晶格畸變，有序度降低；破碎過程中系統(tǒng)消耗能量的較大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使粉體顆粒表面溫度升高，這也在很大程度上提高了顆粒表面活性。9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法粉碎的方式

a顎式破碎機；

b

圓錐破碎機；

c反擊式破碎機；d沖擊式破碎機9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法典型的滾筒式球磨機原理：工作時，磨料與試料在研磨罐內(nèi)高速翻滾產(chǎn)生強大的壓力和摩擦力，對物料產(chǎn)生強力沖擊、碾壓、剪切從而達到粉碎、研磨物料的目的。組成：由給料部、出料部、回轉(zhuǎn)部、傳動部等主要部分組成。球磨機及其工作原理示意圖9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法典型的滾筒式球磨機

型鋼

高鋁陶瓷

聚氨酯

尼龍

聚四氟乙烯

氧化鋁球

氧化鋯球

瑪瑙球

金屬球內(nèi)襯材料：研磨球：9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法化學(xué)合成法

9.2.2粉體的制備方法:化學(xué)合成法1.固相（反應(yīng)）法優(yōu)點：粉體顆粒無團聚、填充性好、成本低、產(chǎn)量大、制備工藝簡單；缺點：能耗大、效率低、粉體不夠細、易混入雜質(zhì)。固相法通常具有以下特點：1）固相反應(yīng)一般包括物質(zhì)在相界面上的反應(yīng)和物質(zhì)遷移兩個過程；2）一般需要在高溫下進行；3）固態(tài)物質(zhì)間的反應(yīng)活性較低；4）整個固相反應(yīng)速度由最慢的速度所控制；5）固相反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物具階段性：原料→最初產(chǎn)物→中間產(chǎn)物→最終產(chǎn)物。固體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新固體產(chǎn)物（粉體）的方法。9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法固相反應(yīng)的分類反應(yīng)機理反應(yīng)物狀態(tài)擴散控制過程、化學(xué)反應(yīng)速度控制過程、晶核成核速率控制過程和升華控制過程純固相反應(yīng)、氣固相反應(yīng)（有氣體參與的反應(yīng)）、液固相反應(yīng)（有液體參與的反應(yīng)）及氣液固相反應(yīng)（有氣體和液體參與的三相反應(yīng)）反應(yīng)性質(zhì)氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加成反應(yīng)、置換反應(yīng)和分解反應(yīng)等9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法固相反應(yīng)的原理固相反應(yīng)的原理為兩種或兩種以上的物質(zhì)(質(zhì)點)通過化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)。其微觀過程應(yīng)該是：反應(yīng)物分子或離子接觸+反應(yīng)生成新物質(zhì)(鍵的斷裂和形成)，如圖所示。固相反應(yīng)是反應(yīng)物通過顆粒接觸面在晶格中擴散進行的，擴散速率通常是固相反應(yīng)速度和程度的決定因素。9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法

固相反應(yīng)法—熱分解反應(yīng)法是利用固體原料的熱分解生成新的固相顆粒的方法。

A(s)→B(s)+C(g)(1)A(s)→B(s)+C(g)+D(g)(2)A(s)→B(s)+C(s)(3)固體物料的分解的三種情況（s代表固相，g代表氣相）：氣體的生成和排出，可防止生成物的收縮和聚團9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法常用熱分解原料（1）硫酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽等，熱分解反應(yīng)獲得特種陶瓷用氧化物粉體。如硫酸鋁銨在空氣中進行熱分解即可制備出性能良好的氧化鋁粉末。

Al2(NH4)2(SO4)4·24H2OAl2(SO4)3·(NH4)2SO4·H2O+23H2O↑

200℃

A12(SO4)3·(NH4)2SO4·H2OAl2(SO4)3+2NH3↑十SO3↑+2H2O

500~600℃

Al2(SO4)3Al2O3+3SO3↑

800~900℃γ-Al2O3α-Al2O3

1300℃9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法常用熱分解原料（2）有機酸鹽，如草酸鹽。優(yōu)點：有機酸鹽易于金屬提純，容易制成含兩種以上金屬的復(fù)合鹽，分解溫度比較低，產(chǎn)生的氣體組成為C、H、O。

MC2O4·nH2OMC2O4

-H2O-CO-CO2

MO-CO-CO2

MCO3MO

9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法

固相反應(yīng)法—高溫固相反應(yīng)法兩種或兩咱以上的固體粉末，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)合粉末，有時也伴隨氣體逸出。

反應(yīng)的基本形式為：A(s)+B(s)→C(s)+D(g)高溫固相反應(yīng)分兩步進行：將反應(yīng)物充分均勻混合，再壓成坯體，于適當高溫下煅燒發(fā)生固相反應(yīng)。（顆粒長大，固體橋聯(lián)團聚）將合成好的熟料塊體用粉磨機械磨至所需粒度。9.2.2無機非金屬材料粉體的制備方法常用的反應(yīng)物為氧化物、碳酸鹽、氫氧化物鈦酸鋇粉末、尖晶石粉末、莫來石粉末的合成反應(yīng)如下：常用于制備成分復(fù)雜的電子陶瓷原料

固相反應(yīng)法—高溫固相反應(yīng)法

BaCO3+TiO2

→BaTiO3+CO2Al2O3+MgO→MgAlO43Al2O3+2SiO2

→3Al2O3·2SiO2

9.2.2無