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氧化锆超细粉的绿色合成及粉末性能表征
The Process and Properties of Nano meter Zirconia Po wder by
Enviro nmental Benig n M ethod
黄传勇,唐子龙,张中太,金 苗,陈清明HU AN G Chuan-yo ng,T ANG Zi-long,ZHAN G Zho ng-tai,JIN Miao,C HEN Qing-ming (清华大学材料科学与工程系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京100084) (State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Pro cessing,Department o f M aterials Science and Engineering,Tsing hua Univ ersity,Beijing100084,China)
摘要:以低温强碱绿色合成法制备的氧化锆为研究对象,借助于X射线荧光光谱、X射线衍射、透射电镜、粒径分析等测试方法对粉末性能进行了表征。研究表明,绿色合成法具有较大的参数可调容量,制备的粉末纯度高、杂质少,没有检测到较难清除的氯离子并对此进行了分析。粉末主晶相为四方/立方相的氧化锆,无单斜相存在;其一次颗粒尺寸约为7nm,二次颗粒分布狭窄约为1μm;粉末团聚体完全破碎时的压力为250M Pa;其单斜相和四方/立方相保持平衡共存的临界粒径为12.6nm。
关键词:氧化锆;超细粉;绿色合成;粉末性能
中图分类号:T F123 文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2000)08-0021-04
Abstract:Nano meter zirco nia pow der w as prepared by the env iro nmental benig n metho d and the proper ties o f ultra fine zirco nia w ere studied w ith aids o f XRF,X RD,TEM,particle size a nalysis, etc.The ex periments show tha t the m ethod has g reat accomm oda tion and the pow ders hav e high purity,activ ity and less chlorion.The cause w as a lso inv estig ated in the paper.In the pow der the main phase is t/c zirco nia and no mo noclinic zirco nia is https://www.doczj.com/doc/1044327.html, pared with the par ticle size o f po wder(abo ut7nm),the agg lomerate is nar ro w ly distributed a t about1μm and is crushed under the pressure of nea rly250M Pa.The coexisting critical size o f m a nd t/c phase is12.6nm.
Key words:zirconia;nanom eter pow der;environmental prepara tion;properties
纳米陶瓷是由尺度为纳米数量级的粒子固化而成的,因此纳米陶瓷粉体的制备便成为纳米陶瓷材料制备的基础。粉体的制备方法及工艺过程都显著地影响着粉体的最终质量。粉体的形状、颗粒尺寸、粒径分布、粉体的纯度及结晶化程度明显地受着制备工艺过程的影响[1,2]。近几年来,在粉体的制备、质量评价方法、粉体性能对材料性能的影响方面也作了大量工作[3,4]。由于氧化锆具有良好的力学、电学、光学及热学性能,广泛应用于结构材料、光学元件、气敏元件及燃料电池等方面,因而许多工作集中在由液相法(共沉淀法、醇盐水解法及水热反应法)制备氧化锆超细粉的性能上。
在环境日益恶化的情况下,液相法本身的不足——能耗大、污染重,便日益突出。本文旨在借鉴前人对液相法制备氧化锆超细粉所取得成果的基础上,探讨由绿色合成方法——低温强碱法制备的氧化锆超细粉性能。1 实验过程
采用分析纯的氢氧化钠和氯氧化锆,按图1所示工艺过程制备氧化锆超细粉。为保证氯氧化锆分子在反应过程中始终处于强碱环境,氢氧化钠适当过量。将氯氧化锆逐步加入到氢氧化钠中进行搅拌、研磨、反应,搅拌时间约为1h。用蒸馏水混合物后发现沉淀物快速沉降,经清洗、过滤、醇洗后烘干,烘干温度控制在60℃左右。在不同温度下预烧并保温2h后即可得到超细粉。
氢氧化钠
氯氧化锆
搅拌研磨→洗出混合物
↓
烘干预烧←清洗过滤←静置沉降
图1 绿色合成工艺流程示意图
Fig.1 Sch ematic process of preparing zirconia
pow ders by environmental b enign meth od
用日产岛津顺序型XRF -1700X 射线荧光光谱仪分析粉体的化学成分,用日本理学Rega KuD /max 型
X 射线衍射仪(Cu -K α
线)对反应混合物进行材料物相分析并计算晶粒尺寸,用日产JEOL -200CX 型透射电子显微镜观察粉末形貌并测量粒径大小,用Zeta-plus Par ticle Sizing Softwa re (Broo khav en Instru-m ents Corp .)分析团聚体平均粒径及分布,用压汞仪测量粉体经压制后生坯密度,以期获得有关团聚体强度的信息。
2 结果与讨论
2.1 化学成分分析 由过量5%,15%,25%氢氧化钠制备的粉末分别记为Z0,Z1,Z2。将所得的烘干料进行X 射线荧光光谱化学成分分析,在不同条件下其主要成分结果如表1所示。
表1 化学成分分析结果
Table 1
The results o f chemical compo sitio n a nalysis 测试内容ZrO 2(标样)
Z0Z1Z2ZrO 299.5299.499.399.2HfO 20.070.080.080.08Fe 2O 30.050.080.070.06Na 2O
—
0.02
0.03
0.15
氧化锆标样采用日本高纯度化学研究所制备的
氧化锆粉末,除了上述杂质外,还有微量的NiO 和NbO ;而在Z 0,Z 1,Z 2中还有微量Rb 2O 和CaO 存在。从表中可见,三种粉末的纯度较高。若提高原材
料的纯度,减少杂质含量,粉末纯度还可以进一步提高。但是三种自制的粉末中均含有少量的Na 2O ,而没有发现如液相法制备的氧化锆粉末中容易残存的Cl
-
存在。在本方法制备的氧化锆超细粉中,Cl -含量检测
不到,即小于仪器的检测精度(<10×10-6
),而且氢氧化钠用量的大范围增加也没有引起氯离子含量的增加,即对过量5%和25%氢氧化钠制备的氧化锆超细粉,氯离子都检测不到。尽管Na 2O 的清除有待于进一步的研究,但是本法与液相法制备的沉淀物应当在结构上是不同的。
若此方法也如液相法制得的沉淀物一样存在着如下水解反应(反应式(1))平衡的话[5],则表面也应该容易吸附带负电荷的氯离子,但是检测结果正好相反,因而设想由于氯氧化锆分子的强碱环境以及由于反应和机械研磨产生的热量,使得反应物晶核主要以氧化锆分子的形式存在,而反应物中的四聚物单元
末端由于有残余或吸附的羟基存在而导致了Na +
的吸附,使其不易清除。这与液相法显著不同。
[Zr (O H)2·
4H 2O ]48+
[Zr (O H)2+x ·
(4-x )H 2O ]4(8-4x)++4x H +
(1) 有关液相法制备氧化锆超细粉的研究都很重视
氯氧化锆及沉淀剂的浓度及pH 值[6]
,因为这些因素都明显影响凝胶程度、交联状态、粉末团聚情况,而此法中氢氧化钠的用量并不需要精确控制,产物物相、化学成分及晶粒尺寸未发生显著变化。这对大规模生产创造了有利条件。2.2 XRD 和TEM 分析
用XRD 分析氧化锆超细粉经不同温度热处理后物质晶相的组成,其结果如图2所示。
图2 经不同温度热处理后氧化锆超细粉XRD 衍射分析图
Fig.2 X RD pattern of differen t powd ers after calcining at differen t temperatu re
从图2a 中可以看出,粉末经200℃热处理后衍射
图有极宽的峰出现,说明此时粉末主要以无定形为主,随着热处理温度的提高,经400℃煅烧的粉末便有四方/立方相氧化锆的特征峰出现,图中没有发现单
斜相。经500℃热处理后粉末的XRD 表明,除了衍射峰变窄、变高以外,无其他新相出现。这与图2b 和图
2c 的过程相一致。这表明工艺有很大的可调容量,而且粉末具有热处理温度低的优点。考虑操作过程中的方便及保证氯氧化锆分子的强碱环境的一致性、均匀性,工艺参数选取用过量25%的氢氧化钠。
由Scherrer 公式可知,晶粒尺寸L 可由下式计算:
L =K λ/U co s θ(2)其中,K 为校正系数;λ为衍射波波长;U 为衍射峰半高宽(弧度);θ为衍射角考虑衍射仪器本身的误差、测量误差,经校正后选用K 为0.9。对上述经500℃热处理后粉末晶粒尺寸进行计算,Z0,Z1,Z2的晶粒尺寸依次为 5.49nm , 6.33nm , 6.86nm 。对Z2经过500℃热处理后粉末进行透射电镜观测(如图3所示),其粉末粒径约7nm ,比计算值稍大一些。这可能是由于制备透射样品、视场的选择和颗粒大小测量过程中引入的误差所致。但在实验允许的范围内,计算值与观察值是一致的。对Z2经过500℃热处理后的粉末进行粒度分析,其结果如图4所示。从图4可以看出,二次颗粒粒径分布狭窄,粒径尺寸均匀,粒径约为1μm 左右
。
图3 500℃处理后Z2粉末的TEM 照片F ig .3
TEM ph oto of Z 2after calcining at 500
℃图4 500℃处理后Z2粉末的粒度分布图Fig.4 The multimodal size distribu tion of Z2after
calcining at 500
℃2.3 团聚体强度测试
图5显示了Z 2粉末经过双面加压后素坯的相对密度D 与压制压力对数lg P 的关系曲线。由图可见,粉末团聚体在压制过程中发生破碎,曲线斜率在破碎过程中不断变化,曲线可以近似地分成低压区、高压区及中压连续过渡区。若按Niesez 等人的方法[7],将低压区与高压区直线延长,用延长线的交点来表征团聚体的破碎强度,则可求出其破碎强度约为30M Pa 左右。但是由图可见,在压制过程中粉末颗粒重排列及团聚体破碎不是在某一压力发生突变,而是在一个宽的压力范围内破碎,因而用某一压力来表征团聚体破碎强度是不妥当的。
设低压区和高压区斜率为k 1和k 2,中压过渡区某点斜率为k ,则可推导出[8]粉末素坯中未破碎残余团聚体质量分数f 为:
f =k 1k 2-k 1(k 2
k
-1)(3)
用线性回归(相关系数大于0.99)求出k 1和k 2,据图5和公式(3)计算出团聚体破碎率(1-f )与压制压力关系图(如图6所示)。由图可知,粉末团聚体达到完全破碎时压力为250M Pa 左右。这对于制定和优化粉末压制工艺参数有一定的指导作用
。
图5 素坯相对密度与压力的关系图Fig.5 Density-pres su re compaction cu rves of
Z2
图6 粉末团聚体破碎率与压制压力关系图Fig .6
Relations hip betw een th e crushing ratio and th e applied pressu re during com paction
2.4 单斜相的临界尺寸
将Z2在不同温度下(500～800℃)预烧后作X RD测试,可以得到不同温度下粉末的平均粒径与单斜相的体积分数的关系曲线,从而确定单斜相的临界尺寸,其测试结果如图7所示,其中用式(4)计算单斜相的含量[9]。图7中还引入了文献[10]的相应曲线。
Vm=[Im(111)+Im(111)]/[Im(111)
+Im(111)+It(111)](
4)
图7 单斜相含量与平均粒径D的关系
Fig.7 Rela tio nship betwee n the co nte nt o f m
pha se a nd pa rticle size of Z2
实验表明,随着温度的升高,单斜相的含量不断增加,即颗粒尺寸越大时,四方/立方相在室温下越不稳定。由于纳米颗粒尺寸按正态分布,因而可以将单斜相含量为50%时的平均颗粒尺寸作为t/c和m两相平衡共存的临界晶粒尺寸Dc。由图7可以看出,氧化锆的Dc值为12.6nm。同文献[10]中用化学共沉淀法制备的氧化锆(Dc=17.5nm)相比,利用本方法制备粉末的热处理温度低,物相纯度好,烧结活性较高。
3 结论
(1)低温强碱法的工艺参数有较大的可调容量,制备出的氧化锆超细粉热处理温度低、烧结活性好,化学纯度高,没有出现液相法中常存在的氯离子问题,这主要是由于反应产物结构不同所致。
(2)制备的氧化锆超细粉主要以四方/立方相为主,一次颗粒尺寸约为7nm左右,二次颗粒的粒度分布狭窄,粒子大小约为1μm。
(3)Z2粉末中团聚体完全破碎时压力约为250M Pa左右。
(4)Z2粉末中单斜相和四方/立方相保持平衡共存的晶粒粒径为12.6nm。
参考文献
[1] Bi Shiou Chiou,W.Y.Hsu.J.M ater.Sci.Lett.,1986,5:
931
[2] 徐真祥,朱宣惠.硅酸盐学报,1988,16(3):225
[3] 李懋强,胡敦忠,迟卓男.硅酸盐学报,1991,19(1):75
[4] M ats umoto,R.L.K..J.Am.Ceram.Soc.,1990,73(2):465
[5] Koj i M atsui,M ichiharu Ohgai.J.Am.Ceram.Soc.,1997,80
(8):1949
[6] 徐跃萍,郭景坤.硅酸盐学报,1993,21(3):280
[7] Nies z D. E.,Ben nett R. B..Am.Ceram.Soc.Bull.,1972,51
(9):677
[8] 葛荣德,赵天从,朱宣惠.硅酸盐学报,1993,21(3):229
[9] R. C.Garvie.J.Am.Ceram.Soc.,1972,55:303
[10] 陈大明,张晨,孟国文等.材料研究学报,1995,9(3):259
～261
基金项目:先进复合材料国防科技重点实验室基金资助项目(98JS49.5.1J W0104);清华大学博士论文基金
收稿日期:1999-08-31
作者简介:黄传勇(1973-),男,清华大学材料科学与工程系博士生。现从事功能材料方面的研究工作。联系地址:清华大学材料系(100084) 本文编辑:杨 雪
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(上接第42页)
(2)采用包覆挤压方法可根除SiC W/Al复合材料管材的表面裂纹,原因是复合材料坯料与凹模间的表面摩擦力降低。
参考文献
[1] 武金有.金属基复合材料及应用[J].金属成形工艺,1992,10
(6):265～269
[2] M.S.Zedalis,J.D.Bryan t,P.S.Gilman.High-Temperatu re
Dis cotinuous ly Reinforced Aluminum[J].JOM,1991,8:29～31
[3] D.J.Lloyd.Particle Reinforced Aluminum and M ag nesium M a-
trix Composites[J].International M aterials Reviews,1994,39
(1):1～23
[4] 张文龙.SiC W/Al复合材料大应变变形和再结晶[D].哈尔滨
工业大学博士学位论文,1999:1～28
[5] F.J.Humph reys,W.S.M iller,M.R.Djazeb.Micros truc-
turea Development during Th ermom ech anical Processing of Par-
ticulate M etal-M atrix Composites[J].M ater.Sci.Tech.
1996,6:1157～1166
[6] 张文龙,蔡柳春,彭华新,王德尊,姚忠凯.SiC W/6061Al复合
材料热挤压杯及管材的组织和性能[J].复合材料学报.1999,
16(2):67～72
[7] Alan.L.Geiger and J.Andrew W alker.Th e Processing and
Properties of Dis con tinu ously Reinforced Aluminum composites
[J].JOM,1991,8:8～15
收稿日期:1999-10-07; 修订日期:2000-06-05
作者简介:张文龙(1965-),男,上海交通大学博士后,主要从事金属基复合材料的组织、结构和性能方面的研究工作。联系地址:上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室(200030)
本文编辑:孙常青
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氧化锆陶瓷的制备工艺 一氧化锆陶瓷的原料 氧化锆工业原料是由含锆矿石提炼出来的。 斜锆石（ZrO2） 自然界锆矿石 锆英石（ZrO2 ·SiO2） 二氧化锆陶瓷的提炼方法 氯化和热分解 碱金属氧化物分解法 石灰溶解法 等离子弧法 提炼氧化锆的主要方法 沉淀法 胶体法 水解法 喷雾热分解法 ㈠氯化和热分解法 ZrO2?SiO2+4C+4Cl2→ZrCl4+SiCl4+4CO 其中ZrCl4和SiCl4以分馏法加以分离，在150–180℃下冷凝出ZrCl4然后加水水解形成氧氯化锆，冷却后结晶出氧氯化锆晶体，经焙烧就得到氧化锆。 ㈡碱金属氧化物分解法 ZrO2?SiO2+NaOH→Na2ZrO3 +Na2SiO4+H2O
ZrO 2?SiO 2+Na 2CO 3→Na 2ZrSiO 3+CO 2 ZrO 2?SiO 2+Na 2C03→Na 2ZrO 3+Na 2Si03+CO 2 ①反应后用水溶解，滤去Na 2Si03； ②Na 2Zr03→水合氢氧化物→用硫酸进行钝化→Zr 5O 8(SO 4)2·x H 20→ 氧化锆粉 ㈢石灰熔融法 CaO+ZrO 2·SiO 2→ZrO 2+CaSiO 3 焙烧后用盐酸浸出除去CaSiO3 ㈣等离子弧法 锆英石砂（ZrO 2?SiO 2） ㈤沉淀法 沉淀法是在羧基氯化锆等水溶性锆盐与稳定剂盐的混合水溶液中加入氨水等碱性类物质，以获得氢氧化物共沉淀的方法。将共沉淀物干 焙烧 氨 水 调 整 PH 值 用水水解 ZrO2 SiO2 注入高温等离子弧中 熔化并离解 凝固后SiO 2粘在ZrO 2结晶表面 用液体NaOH 煮沸可除SiO 2 ZrO 2和硅酸铀 氧化锆 洗涤
浅谈粉体性能指标在各工业的应用 王庆贺合肥学院10化工系粉体1班 摘要：随着现代工业的发展，技术的要求越来越来高，粉体技术作为近年来备受瞩的新兴技术，在各工业领域的应用越来越广泛，也越来越重要，人们对粒度指标的要求越来越高，同时也出现了新型的，集多门现代科学于一体的粒度测量仪器，粉体粒度指标在工业各个方面都有应用，例如日化工业，医药制造，水泥，陶瓷材料等。粉体是粉体产业产品最重要的技术指标，随着科学技术的发展。 关键词：粉体指标日化工业医药制造水泥陶瓷 一、粉体的基本概念和性质 1.1粉体的基本概念 粉体是指无数个固体粒子的集合体，粉体学是研究粉体的基本性质及其应用的科学。粒子是粉体运动的最小单元，通常所说的“粉”、“粒”都属于粉体的范畴，通常将≤100 μm 的粒子叫”，＞100 μm 的粒子叫“粒”。组成粉体的单元粒子可能是单体的结晶，称为一级粒子；也可能是多个单体粒子聚结在一起的粒子，称为二级粒子。在制药行业中，常用的粒子大小范围为从药物原料粉的 1 μm 到片剂的10 mm。 1.2 粉体的性质 物态有3 种，即固体、液体、气体。液体与气体具有流动性，而固体没有流动性；但把固体粉碎成颗粒的聚集体之后则具有与液体相类似的流动性，具有与气体相类似的压缩性，也具有固体的抗形变能力，所以有人把粉体列为“第四种物态”来进行研究[2]。粉体的基本性质有：粒度及粒度分布、粒子的形态、比表面积、空隙率与密度、流动性与充填性、吸湿性等。在粉体的处理过程中，第2 期崔福德等: 粉体技术在制药工业中的应用69 即使是单一物质，如果组成粉体的各个单元粒子的形状、大小、粘附性等不同，粉体整体的性质将产生很大的差异。因此很难将粉体的各种性质如气体、液体那样用数学模式来描述或定义。但是粉体技术也能为固体制剂的处方设计、生产过程以及质量控制等诸方面提供重要的理论依据和试验方法. 二、粉体在化妆品总的应用 彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。 2．1. 化妆品用粉体的特性 化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等。 体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。 有机颜料：以tar color为代表，可分为染料、色淀颜料、颜料等3个类别。 染料(Dye)：溶于水或者溶剂，具有染色功能的原料。按照发色团的化学构造分类（水溶性染料、油溶性染料）。 颜料(Pigments)：色素自身构造不携带可溶性基，不溶于水、油、溶媒等。按构造可分类为偶氮(Azo)系、靛蓝(indigo)系、酞花菁(Phthalocyanine)系颜料等。与色淀颜料相比，着色力、隐蔽力、耐光性能好。 色淀颜料(Lake)：在燃料上使用了沉淀剂，结合金属盐或特殊的有机酸，进行不溶性处理的色素。 随着合成技术的进步，不断有新色素被开发出来，但化妆品配方上只有那些安全性(Safety)得到充分验证的色素才可以使用。 无机颜料(Inorganic Pigment)：又称为
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910274034.2 (22)申请日 2019.04.08 (71)申请人 西安工业大学 地址 710021 陕西省西安市未央区学府中 路2号 (72)发明人 高玲 张浩 谢美娇 (74)专利代理机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 11467 代理人 贾凯 (51)Int.Cl. C01G 25/02(2006.01) (54)发明名称 一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种单分散、多形貌氧化锆粉 体的制备方法,通过向氧氯化锆溶液中加入氟硼 矿化剂后，通过调控矿化剂浓度，于反应釜中经 水热法合成多形貌的氧化锆粉体，粉体分散性 好，晶粒均匀、不团聚，尺寸处于50-2000nm，本发 明合成方法简单，反应条件温和，易于实现，重复 性好，成本低。本发明适用于制备单分散、多形貌 氧化锆粉体。权利要求书1页 说明书6页 附图6页CN 109809482 A 2019.05.28 C N 109809482 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109809482 A 1.一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法，其特征在于按照如下的步骤顺序依次进行： （1）配置0.05-1.5 mol/L的氧氯化锆水溶液，记为A； （2）向A中加入氟硼矿化剂，搅拌均匀后得B，所述氟硼矿化剂与氧氯化锆的摩尔比为1：2-50； （3）将B置于水热反应釜中，水热处理得C； （4）将C依次进行水洗和醇洗后，于110℃下干燥24h，得氧化锆粉体。 2.根据权利要求1所述的一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述氟硼矿化剂为氟硼酸盐。 3.根据权利要求1所述的一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述氟硼矿化剂为摩尔比为1：0.5-4的H3BO3和NH4F复配矿化剂。 4.根据权利要求1所述的一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述水热处理的温度为160-250℃，水热处理时间为1-72h。 5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种单分散、多形貌氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：所述氧化锆粉体粒径为50-2000nm，形貌为孔状柱形结构、层状南瓜子结构或层状盘片结构中的一种。 2
超微粉体的表征 超微粉体表征主要包括以下几个方面：超微粉体的粒度分析（粒径、粒度分布），超微粉体的化学成分，形貌/结构分析（形状、表面、晶体结构等）等。 超微粉体的测试技术有以下几种： （1）定性分析。对粉体组成的定性分析，包括材料是由哪些元素组成、每种元素含量。（2）颗粒分析。对粉体颗粒的分析包括颗粒形状、粒度、粒分布、颗粒结晶结构等 （3）结构分析。对粉体结构分析包括晶态结构、物相组成、组分之间的界面、物相形态等。（4）性能分析。物理性能分析包括纳米材料电、磁、声、光和其他新性能的分析，化学性能分析包括化学反应性、反应能力、在气体和其他介质中的化学性质等。 3.1粒度的测试方法及仪器 粉体颗粒大小称粒度。由于颗粒形状通常很复杂难以用一个尺度来表示，所以常用等效度的概念不同原理的粒度仪器依据不同颗粒的特性做等效对比。 目前粒度分析主要有几种典型的方法分别为：电镜统计观测法、高速离心沉降法、激光粒度分析法和电超声粒度分析法。常用于测量纳米颗粒的方法有以下几种。 3.1.1电镜观察 一次颗粒的粒度分析主要采用电镜观测法，可以采用扫描电镜（SEM)和透射电镜(TEM)两种方式进行观测。可以直接观测颗粒的大小和形状，但又可能有统计误差。由于电镜法是对样品局部区域的观测，所以在进行粒度分布分析时需要多幅照片的观测，通过软件分析得到统计的粒度分布。电镜法得到的一次粒度分布结构一般很难代表实际样品颗粒的分布状态，对一些强电子束轰击下不稳定甚至分解的超微粉体样品很难得到准确的结构，因此，电镜法一次颗粒检测结果通常作为其他分析方法的对比。 3.1.2激光粒度分析 目前，在颗粒粒度测量仪器中，激光衍射式粒度测量仪得到广泛应用。其特点是测量精度高、测量速度快、重复性好、可测粒径范围广、可进行非接触测量等，可用于测量超微粉体的粒径等。还可以结合BET法测定超微粉体的比表面积和团聚颗粒的尺寸及团聚度等，并进行对比、分析。 激光粒度分析原理：激光是一种电磁波，它可以绕过障碍物，并形成新的光场分布，称为衍射现象。例如，平行激光束照在直径为D的球形颗粒上，在颗粒后得到一个圆斑，称为Airy斑，Airy斑直径d＝2.44λf/D ，λ为激光波长，f为透镜焦距。由此公式计算颗粒大小D 。 3.1.3沉降法 沉降法是通过颗粒在液体中沉降速度来测量粒度分布的方法。主要有重力沉降式和离心沉降式两种光透沉降粒度分析方式，适合纳米颗粒的分析主要是离心沉降式分析方法。 颗粒在分散介质中，会由于重力或离心力的作用发生沉降，其沉降速度与颗粒大小和质量有关，颗粒大的沉降速度快，颗粒小的沉降速度慢，在介质中形成一种分布。颗粒的沉降速度与颗粒粒径之间的关系服从Stokes定律，即在一定条件下颗粒在液体中的沉降速度与粒径的平方成正比，与液体的粘度成反比。沉降式粒度仪所测的粒径也是一种等效粒径，叫做Stokes直径。 3.1.4电超声粒度分析 电超声粒度分析是最新出现的粒度分析方法，，当声波在样品内部传导时，仪器能在一个宽范围超声波频率内分析声波的衰减值，通过测得的声波衰减谱计算出衰减值与粒度的关系。分析中需要粒子和液体的密度、液体的粘度、粒子的质量分数的参数，对乳液
纳米氧化锆粉体的合成与表征 李杰119024189 无111 1 引言 二氧化锆是制备特种陶瓷最重要的原料之一，由于其具有优良的机械、热学、电学、光学性质而在高温结构材料、高温光学元件、氧敏元件、燃料电池等方面有着广泛的应用，它是2l世纪最有发展前景的功能材料之一。而控制氧化锆前驱粒子的颗粒尺寸对制备高性能氧化锆陶瓷具有重要意义。 本研究采用水／环己烷／辛基苯基聚氧乙烯醚（Triton X-100）／正己醇四元油包水体系，通过反相微乳液法制备了纳米ZrO2粉体，用TEM,XRD等对所制备的纳米粉体进行了表征，研究了煅烧温度、pH值、陈化时间对ZrO2纳米粒子结构与性能的影响。结果表明，以单斜相为主的ZrO2纳米粉体，其晶粒尺寸可控制在20 nm左右；随着煅烧温度的提高，ZrO2的结晶程度逐渐提高；随着pH值的提高，少量四方相ZrO2全部转化为单斜相；随着陈化时间的增加，ZrO2颗粒尺寸变大。 2 结构性质 自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。纯氧化锆的分子量为123.22，理论密度是5.89g/cm3，熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。 3 用途 3.1 ZrO2在特种陶瓷中的应用 由于高纯ZrO2具有优良的物理化学性质,当其与某些物质复合时,在不同条件下又具有对电、光、声、气和温度等的敏感特性,使其广泛用于电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高新技术领域。 3.1.1 电子陶瓷 ZrO2在电子陶瓷中的应用主要有压电元件(如发火元件、助听器、拾音器等),滤波器(用于电视机、收录机、共电式无线电收发机等),超声波振荡器(用于潜艇音纳、鱼群探测器和测深仪等),蜂鸣器(用于电子计算机输入功率鉴定信号机、曲调桌式电子计算机、数字显示手表及闹钟等)及高温导体等。
超细粉体的概念 世界化工网_https://www.doczj.com/doc/1044327.html, 任何固态物质都占有相应的空间,并且具有一定的形状和大小,即具有一定的体积.通常我们所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1mm一下的固态物质.当固态颗粒的粒径在0.1~10μm之间时,可称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒/而当粒径达到0.1μm以下时,则称为超细颗粒.因此,超细粉体材料即指粒径在1~100nm范围内介于院子,分子与宏观物体之间的粉体材料. 超细颗粒按其大小可以分为三个档次: 大超细颗粒:粒径在0.1~0.01μm之间; 中超细颗粒:粒径在0.01~0.002μm之间; 小超细颗粒:粒径在0.002μm以下; 超细粉体的特性 超细粉体是介于大块物质和院子或分子之间的中间物质,是处于原子簇和宏观物体交接的区域.从微观和宏观的观点看.它即不是典型的微观系统,也不是典型的宏观系统,是介于二者之间的介观系统.它具有一些列新异的物理化学特征.这里涉及到体相材料中所忽略的活根本不具有的基本物理化学问题.由于超细粉体保持了原有物质的化学性质,而在热力学上又是不稳定的,所以对它
们的研究与开发,是了解微观世界如何过渡到宏观世界的关键.随着研究手段,特别是电子显微镜的迅速发展,使得可以清楚的看到超细颗粒的大小和形状,对超细粉体的研究更加深入了. 超细颗粒具有熔点低,化学活跃性高,磁性强,热传导性，对电磁波一场吸收等特性，使它具有广阔的应用前景。 超细颗粒的直径越小，其熔点的降低越显著。例如，块状银的熔点是900℃，而银的超细颗粒的熔点可降至100℃以下，能溶于热水；块状金的熔点为1064℃，而粒径为0.002μm的超细金粉其熔点仅为327℃.超细粉体的熔点低使得在较低的温度下可以对金属,合金或化合物的粉末进行烧结,制造各种机械部件.这样不仅能节省能耗,降低制造工艺的难度,更重要的是可以得到性能优异的部件.如高熔点材料WC,SiC,BN,Si3N4 等作为结构材料,其制造工艺需要高温烧结,当使用超细颗粒时,就可以再很低的温度下进行,并且不需要添加剂就可以获得高密度烧结体.这对高性能无机结构材料的广泛应用提供了更具现实意义的制造工艺. 超细颗粒具有很高的化学活性.这是由于它的直径越小,其总表面积就越大,表面能相应增加,使其化学活性增大.据此特性可作为高校催化剂,用于火箭固体燃料的助燃添加剂.研究表明,以
粉体学基础知识一:粒径和粒度分布
2014 月 12 月 08 日 发布 分类：粉体加工技术 点击量：113
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粉体学(micromeritics)是研究无数个固体粒子集合体的基本性质及其应用的科学。通 常<100μm 的粒子叫“粉”，容易产生粒子间的相互作用而流动性较差；>100μm 的粒子叫 “粒”， 较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。 单体粒子叫一级粒子 （primary particles)； 团聚粒子叫二级粒子（second particle)。 粉体的物态特征： ①具有与液体相类似的流动性； ②具有与气体相类似的压缩性； ③具有固体的抗变形能力。 粉体粒子的物理性质主要有：粒子与粒度分布、粒子形态、比表面积等。 粒子径与粒度分布 粉体的粒子大小也称粒度，含有粒子大小和粒子分布双重含义，是粉体的基础性质。 对于一个不规则粒子，其粒子径的测定方法不同，其物理意义不同，测定值也不同。 粒径的表示方法有以下两种： 1、几何学粒子径：根据几何学尺寸定义的粒子径，一般用图像法测定。 三轴径：在粒子的平面投影图上测定长径 l 与短径 b，在投影平面的垂直方向测定粒子 的厚度 h。反映粒子的实际尺寸。 定向径（投影径）：Feret 径(或 Green 径) ：定方向接线径，即一定方向的平行线将 粒子的投影面外接时平行线间的距离。 Krummbein 径：定方向最大径，即在一定方向上分割粒子投影面的最大长度。 Martin 径：定方向等分径，即一定方向的线将粒子投影面积等份分割时的长度。 2、等效粒径 等效粒径的定义：当一个不规则体粒子的某种物理行为或者物理参量与材质相同的某球 体相同或者近似时，我们把该球体的直径称为为此不规则粒子的某种等效粒径。当参考的物理 行为或者物理参量不同时，测量同一个不规则体粒子可能会得到多个等效粒径值。 常见的等效方法有以下几种：
第2 章 特种陶瓷粉体的性能 及其制备
第2章特种陶瓷粉体的物理性能及其制备 2.1 概述 2.1.1 粉体的定义 粉：通常<100μm的粒子叫 “粉”, 流动性差. 粒：> 100μm的粒子叫 粒,流动性较好 “粒”流动性较好。 颗粒（＞100 μm） 粉体（1～100μm） 超细粉体（0.1～1μm） 纳米粉体（＜0.1μm）
第2章特种陶瓷粉体的物理性能 及其制备 2.1 概述 2.1.1 粉体的定义 所谓粉体，指大量固体粒子的集合体(单个粒子+聚结粒子)。它既不同于气体、液体，也不完全同于固体，正如不少国内外学者认为的，粉体是气、液、固三相之外的所谓第四相。 粉体由一个一个固体颗粒组成，所以它仍然具有很多固体的属性。 它与固体之间最直观，也最简单的区别在于：当我们用手轻轻触及它时，会表现出固体所不具备的流动性和变形。
2.1.2 粉体的粒径 组成粉体的固体颗粒其粒径大小对粉体系统的各种性质有很大影响。其中最敏感的有粉体的比表面积、性质有很大影响其中最敏感的有粉体的比表面积可压缩性和流动性。 固体颗粒粒径的大小也决定了粉体的应用范畴。 建材行业所用的粉料：一般在1 cm以上； 建材行业所用的粉料般在1以上 冶金、火药、食品等：粒径为40μ～1 cm 纳米相材料：粒径却小到几纳米至几十纳米。 纳米相材料粒径却小到几纳米至几十纳米 特种陶瓷粉体，一般是指其组成颗粒的粒径在 特种陶瓷粉体般是指其组成颗粒的粒径在 0.05～40μｍ内的物系。
2.1.3 粉体特性对材料性能的影响 陶瓷材料性能影响因素：材料组分和显微结构。显微结构，尤其是陶瓷材料在烧结过程中形成的 显微结构，在很大程度上由原料粉体的特性，诸显微结构在很大程度上由原料诸 如颗粒度、颗粒形状、粒度分布、比表面积、团聚状态以及相组分等决定。 聚状态以及相组分等决定
氧化锆粉体制备及其应用摘要: 本文重点介绍了氧化锆陶瓷原料制备工艺和性能覆其在蛄构瓷、功 能瓷、颜料与宝石、涂层、纤堆和耐火材料等方面的应用。对如何使氧化铬畸瓷产 业化远一问题，提出了自己的见解。 关键词：氧化锆；高性能陶瓷；制备；应用 Abstract:This paper focuses on the zirconia ceramic material preparation process and performance review of its structure in the mantis porcelain, functional ceramics, pigments and precious stones, coating, fiber and other aspects of heap and refractory applications. Chromium oxide on how to make porcelain produced abnormal Much a problem of industry, put forward their own views. Keywords: zirconia; high-performance ceramics; preparation; application 一、引言 随着科学技术的发展，人们对材料的需求也在不断地提高。当今世界新型陶瓷的发展趋向是：原料超细化(含纳米级细度)，发展了材料复台、成型与烧结工艺、制品的后处理(包括制品后加工及其与其他材料联接等)和相应的测试方法。氧化锆陶瓷也与其他新型陶瓷一样，随着新工艺、新技术的运用，进一步充分发挥了它高熔点、比重大、耐腐蚀、耐磨损、低导热、半导体及相变等特点，世界各国都给予高度重视，在功能和结构等各个领域中，都起着重大作用。下面就ZrO2陶瓷材料及倒品的有关情材料多功能化、轻质高强化和材料结构梯度化。为此也相应地况作简单概述，供有关人士参阅。 ZrO2具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。上个世纪二十年代开始就被用来作为熔化玻璃、冶炼钢铁等的耐火材料，从上个世纪七十年代以来，随着对ZrO2有了更深刻的了解，人们进一步研究开发ZrO2作为结构材料和功能材料。1975年澳大利亚R．G．Garvie以CaO为稳定剂制得部分稳定氧化锆陶瓷（Ca-PSZ），并首次利用ZrO2马氏体相变的增韧效应提高了韧性和强度，极大的扩展了ZrO2在结构陶瓷领域的应用。1973年美国R．Zechnall， G．Baumarm，H．Fisele制得ZrO2电解质氧传感器，此传感器能正确显示汽车发动机的空气、燃料比，1980年把它应用于钢铁工业。1982年日本绝缘子公司和美国Cummins发动机公司共同开发出ZrO2节能柴油机缸套。自此，ZrO2高性能陶瓷的研究和开发获得了许多进展。 二、ZrO2粉体的制备方法 2．1 微粉制备
化妆品粉体的基本性质及功能 彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。 1. 粉体的基本特性 粉体(powder material)可以视为固体、液体、气体以外的第四性状。粉体和固体一样拥有结晶性，与液体一样拥有流动性，与气体一样在不同的粒度（grain size/granularity）表现出飞散(free flowing)性。 粉体是多个固体微粒的集合体，粒子之间有一定的相互作用存在。考虑一种粉体粒子的基本性质时，应区分粒子的大小、表面能量、表面构造、表面物性等因素。如果按粒子大小分类可分为——广义的粉体：1 nm ~ 1 mm，狭义的粉体：< 50 um，微粉体：1 um ~ 50 um，超微粉体：10 nm ~ 1 um。 粉体以1um粒度为分界线，表现出的物理、化学性质有以下差异（见表1）。 粗大粒子(Macro particle)的特征——不凝集、流动性增加。 微粒子的特征——粒子的附着力增加，超过重力的影响而出现凝集。 粉体粒子的物理性质可分为粒子性质与粉体性质（见表2） 2. 化妆品用粉体的特性 化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等（详见表3）。
体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。 有机颜料：以tar color为代表，可分为染料、色淀颜料、颜料等3个类别。 染料(Dye)：溶于水或者溶剂，具有染色功能的原料。按照发色团的化学构造分类（水溶性染料、油溶性染料）。 颜料(Pigments)：色素自身构造不携带可溶性基，不溶于水、油、溶媒等。按构造可分类为偶氮(Azo)系、靛蓝(indigo)系、酞花菁(Phthalocyanine)系颜料等。与色淀颜料相比，着色力、隐蔽力、耐光性能好。 色淀颜料(Lake)：在燃料上使用了沉淀剂，结合金属盐或特殊的有机酸，进行不溶性处理的色素。 随着合成技术的进步，不断有新色素被开发出来，但化妆品配方上只有那些安全性(Safety)得到充分验证的色素才可以使用。 无机颜料(Inorganic Pigment)：又称为矿物性颜料，以前是粉碎天然矿物当颜料使用，但现在多数是使用合成出来的无机化合物。优点是耐光、耐热性能良好，不溶于有机溶媒。缺点是鲜明感与着色力较有机颜料弱(Iron Oxides，Ultramarines，Chrom oxide greens，TiO2，ZnO，Chromium hydroxide green)。 虽然与有机颜料相比，无机颜料的颜色种类少，但也广泛应用在各种粉底液、粉、眼影等彩妆产品上。 天然色素：从动植物提取的色素，与合成色素相比着色力、耐光、耐热、耐药品性能弱。彩妆上广泛应用到的胭脂红(carmine)，因胭脂虫的栖息地——亚马逊被不断破坏而被迫减产。 珠光(Pearl Pigment)：应用于需要闪亮和光泽的唇膏、指甲油、眼影、腮红等产品，近来还应用到粉饼、隔离霜、粉底液、化妆水、面霜、睫毛膏等产品上。 3. 为了改善粉体特性而进行的表面处理
化学法制备粉体材料及表征 此课程是材料学院设置的综合实验课。通过本实验课的学习与实践，使学生了解和掌握化学法制备（氧化物、碳化物、氮化物、金属和合金）粉体的基本原理、基本方法和相应的工艺流程，并掌握粉体材料常规的表征手段；培养学生的实际动手操作能力，独立思考问题、解决问题的能力；同时为学生提供一个科研实践的平台，为其毕业设计和将来走上工作岗位做好准备。 一、实验目的 1．掌握化学法制备粉体材料的原理并了解各种具体的制备方法。 2．熟练掌握固相热分解法和均匀沉淀法制备粉体材料的原理与工艺流程。 3．掌握粉体材料的各种表征方法。 4．对粉体的粒度分布与物相组成进行熟练的测试与分析 培养学生的实际动手操作能力和自主设计实验的能力，为毕业论文设计作好理论基础和相应的实验准备。 二、实验要求 要求学每个学生能独立查阅文献资料，小组讨论，确定实验方案，并将实验方案提前一天给任课老师审阅；所有的实验必须在我们已有的设备条件和时间条件下完成；实验方案中对每一个工艺必须给出具体的工艺参数，如反应物浓度、温度、反应时间等。该实验更要求学生发挥自己的主观能动性，自主设计，自主完成实验全过程。实验完成后认真分析实验结果，撰写实验报告。 三、实验所需仪器设备 本实验所需的主要仪器设备有：电子天平，坩埚，烧杯，角匙，恒温水浴锅，电动搅拌器，高温炉，激光粒度分布仪，X射线衍射仪等。 四、实验原理 粉体的化学合成： 从物质的原子、离子或分子入手，经过化学反应形成晶核以产生晶粒，并使晶粒在控制之下长大到其尺寸达到要求的大小。按照物质的原始状态分类，可将粉体的化学合成方法分为气相法、液相法和固相法。 化学合成粉体的特点： 优点：能得到极微细的颗粒，且颗粒尺寸比较均匀，颗粒的纯度高；
四方相氧化锆粉体制备工艺研究 摘要：以ZrOC l2·8H2O和Y2O3为主要原料，采用醇－水溶液加热结合共沉淀法制备出Y2O3稳定的纳米ZrO2复合粉体。利用X射线衍射(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)研究了复合粉体的物相组成和晶粒大小。结果显示，当Y2O3含量为2mol%时，复合粉体由单斜相ZrO2和少量四方相ZrO2组成；当Y2O3含量为3mol%、4mol%时，粉体全部由四方相ZrO2组成。750℃～900℃煅烧时，复合粉体的物相组成变化不大，但四方相ZrO2的晶粒尺寸随煅烧温度升高而增大。 关键词：醇-水溶液加热法，共沉淀法，t-ZrO2 Press of Preparation of Tetragonal Zirconia Powder ABSTRACT：Using ZrOC12?8H2O and Y2O3 as the main raw materials, the nanometer-size ZrO2(Y2O3) powder was prepared by heating of alcohol-aqueous salt solutions combined with co-precipitation method. XRD and SEM were performed to investigate the phase composition and the grain size of the ZrO2(Y2O3) powder. The results show that the composite powder with 2 mol% Y2O3 was composed of monoclinic zirconia (m-ZrO2) and a small amount of tetragonal zirconia (t-ZrO2). However, only t-ZrO2 existed in the ZrO2(Y2O3) powder when the content of Y2O3 increased to 3mol% and 4mol%. The phase composition of the composite powder changes little when the calcining temperature increased from 750℃to 900℃. However, the size of t-ZrO2 grain increased with the calcining temperature. KEY WORDS: heating of alcohol-aqueous salt solutions，co-precipitation methods，t-ZrO2 引言 二氧化锆早已广泛应用于陶瓷材料和多相催化剂中。ZrO2有3种不同的晶相结构，即单斜、四方和立方晶系。前者是热力学稳定结构，后两者是亚稳定结构。但是,对于不同单一结构的制备，特别是亚稳结构的制备，依然停留在实验室的摸索阶段。在80年代，一些人[1-5]曾研究了用制备烷基氧化锆再水解的办法，试图得到纯四方二氧化锆。这一途径不仅制备步骤繁琐、成本昂贵，而且还往往得不到单一晶相的产品。Sriniv asan[6]报道了他的研究结果，认为二氧化锆晶相的组成极大地依赖于制备原料。而在所有锆盐原料中，没有一种原料可制得纯晶相。其中硫酸锆倾向转化为高比例的四方晶相，而卤化锆倾向高比例的单斜晶相。在陶瓷基体中引入四方相氧化锆（t-ZrO2），利用其转变成单斜相氧化锆（m-ZrO2）的马氏体相变过程，是提高陶瓷材料韧性的有效途径。为了得到室温下稳定的t-ZrO2，常需引入Y2O3、CeO2、MgO或CaO等稳定剂。其中，利用液相法制备ZrO2(Y2O3)粉体的研究报道[7-21]已有许多。但是，由于Y2O3添加量、制备工艺和t-ZrO2晶粒性能特征之间的关系非常密切，因此一直是研究的重点。本文研究了以ZrOCl2·8H2O 和Y2O3为主要原料，采用醇－水溶液加热法结合共沉淀过程制备ZrO2(Y2O3)粉体，探讨了t-ZrO2粉体的最佳制备工艺。 1 实验 1.1 实验原料 氧氯化锆（ZrOC l2?8H2O≥99.0%），氧化钇（Y2O3，99.99%），盐酸(分析纯)，聚乙二醇（PEG-4000，化学纯），无水乙醇(分析纯) ，氨水（分析纯）。 1.2 实验过程 实验选取三个配方，即稳定剂Y2O3的含量分别为2mol%，3mol%和4mol%，所制复合粉体相应地以ZrO2(n-Y2O3)（n = 2，3 ，4）表示。将Y2O3与盐酸反应制得一定浓度的YCl3溶液。根据拟合成ZrO2(n-Y2O3)
一氧化锆陶瓷的原料 氧化锆工业原料是由含锆矿石提炼出来的。 斜锆石（ZrO2） 自然界锆矿石 锆英石（ZrO2·SiO2） 二氧化锆陶瓷的提炼方法 氯化和热分解 碱金属氧化物分解法 石灰溶解法 等离子弧法 提炼氧化锆的主要方法 沉淀法 胶体法 水解法 喷雾热分解法 ㈠氯化和热分解法 ZrO2SiO2+4C+4Cl2ZrCl4+SiCl4+4CO 其中ZrCl4和SiCl4 以分馏法加以分离，在150–180℃下冷凝出ZrCl4然后加水水解形成氧氯化锆，冷却后结晶出氧氯化锆晶体，经焙烧就得到氧化锆。 ㈡碱金属氧化物分解法 ZrO2SiO2+NaOH→Na2ZrO3 +Na2SiO4+H2O ZrO2SiO2+Na2CO3→Na2ZrSiO3+CO2
ZrO 2SiO 2+Na 2C03 →Na 2ZrO 3+Na 2Si03+CO 2 ①反应后用水溶解，滤去Na 2Si03； ②Na 2Zr03 → 水合氢氧化物 → 用硫酸进行钝化 →Zr 5O 8(SO 4)2·xH 20 → 氧化锆粉 ㈢石灰熔融法 CaO+ZrO 2·SiO 2→ZrO 2+CaSiO 3 焙烧后用盐酸浸出除去CaSiO3 ㈣等离子弧法 锆英石砂（ZrO 2?SiO 2） ㈤沉淀法 沉淀法是在羧基氯化锆等水溶性锆盐与稳定剂盐的混合水溶液中加入氨水等碱性类物质，以获得氢氧化物共沉淀的方法。将共沉淀物干燥后一般得到的是胶态非晶体，经500—700℃左右焙烧而制成ZrO 2 焙烧 氨 水 调 整 用水水解 ZrO2 SiO2 注入高温等离子弧中 熔化并离解 凝固后SiO 2粘在ZrO 2结晶表面 用液体NaOH 煮沸可除SiO 2 ZrO 2 和 硅酸铀 氧化锆 洗 涤
第20章陶瓷粉体原料制备工艺 §20.1 粉体制备工艺 传统的粉体制备工艺就是机械破碎法，生产量大，成本低，但杂质混入不可避免。 随着先进陶瓷的发展，各种反应合成法得以应用，优点是纯度高、粒度小、成分均匀，但成本高。 20.1.1 传统粉体制备工艺 以机械力使原材料变细的方法在陶瓷工业中应用极为广泛。陶瓷原料进行破碎有利于提高成型坯体质量，提高致密程度并有利于烧结过程中各种物理化学反应的顺利进行，降低烧成温度。 一、颚式破碎机 颚式破碎机是陶瓷工业化生产所经常采用的一种粗碎设备，主要用于块状料的前级处理。设备结构简单，操作方便，产量高。但颚式破碎机的粉碎比不大(约4)，进料块度一般很大，因此出料粒度一般都较粗，而且粒度的调节范围也不大。 二、轧辊破碎机 轧辊破碎机的优点在于粉碎效率高，粉碎比大(＞60)，粒度较细(通常可达到44 m)。但当细磨硬质原料时，由于轧辊转速高，磨损大，使得粉料中混入较多的铁，影响原料纯度，要求后续去铁。同时由于设备的特点，其粉料粒度分布比较窄，只宜用于处理有粒度分布要求的原料。 三、轮碾机 轮碾机是陶瓷工业化生产所常采用的一种破碎设备，也可用于混合物料。在轮碾机中，原料在碾盘与碾轮之间的相对滑动及碾轮的重力作用下被研磨、压碎。碾轮越重、尺寸越大，粉碎力越强。为了防止铁污染，经常采用石质碾轮和碾盘。轮碾机的粉碎比大(约10)，轮碾机处理的原料有一定的颗粒组成，要求的粒度越细，生产能力越低。轮碾机也可采用湿轮碾的方法。 四、球磨机 球磨机是工业生产普遍使用的细碎设备，也可用于混料。为了保证原材料的纯度，经常采用陶瓷作为衬里，也可采用高分子聚合物材料作为衬里，并以各种陶瓷球作为研磨球。 湿球磨所采用的介质对原料表面的裂缝有劈裂作用，间歇式湿球磨的粉碎效率比干球磨高，湿球磨所得到的粉料粒度可达几个微米。 球磨机转速对球磨机效率的影响。球磨机转速直接影响磨球在磨筒内的运动状态，转速过快，磨球附看在磨筒内壁，失去粉碎作用；转速太慢，低于临界转速太多，磨球在磨筒内上升不高就落下来，粉碎作用很小；当转速适当时，磨球紧贴在筒壁上，经过—段距离，磨球离开筒壁下落，给粉料以最大的冲击与研磨作用，具有最高的粉碎效率。球磨机的临界转速与球磨筒直径有关，直径越大，临界转速越小。它们之间的关系可用下列关系表示：D＞1.25m，N=35/D1/2，D＜1.25m，N=40/D1/2，其中N为接近临界转速的工作转速(r/min)，D 为球磨筒有效内径(m)。 磨球对球磨机效率的影响。球磨时加入磨球越多、破碎效率越高，但过多的磨球将占据有效空间，导致整体效率降低。磨球的大小以及级配与球磨筒直径有关，可用公式：D(磨筒直径)/24＞d(磨球最大直径)＞90d0(原料粒度)来计算。磨球的比表面积越大，研磨效能越高，但也不能太小，必须兼顾磨球对原料的冲击作用。此外磨球的密度越大球磨效果越好。 水与电解质的加入量对球磨机效率的影响。湿磨时水的加入对球磨效率也有影响，根据经验，当料/水=1/(1.16~1.2)时球磨效率最高；为了提高效率，还可加入电解质使原料颗粒表
第一章 1、粉体工程的定义。 答：它是以粉状和颗粒状物质为对象，研究其性质及加工、处理技术的一门学科。 2、粉体的制备方法及分类。 答：（1）分类：按成因分：人工合成、天然形成。 按颗粒构成：原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒。 按成分分：碳酸钙粉体、硅灰石粉体等。 按粒度分：粗粉、细粉、超细粉等。 粉体种类 按成因分：人工合成、天然形成。 按颗粒大小、形状分：单分散、多分散。 （2）制备方法： 3、粉体工程在材料领域的作用。 答：粉体工程是一门新兴的跨行业、跨学科综合性技术学科。粉体工程应用领域广如：矿产领域、电子领域、军事领域等。粉体工程学的新理论、新技术将使许多工业发生根本性的变化。 第二章 1、举例说明粉体的基本性质对其在材料中应用性能的影响。 答：基本性质：粒径、粒度分布、颗粒形状、颗粒群的堆积性质、粉体的摩擦性质。 2、粉体的粒度组成特征的表征方法主要有哪些？试述它们的基本内容。 答：（1）粒度表格：是表示粒度分布的最简单形式，也是其它形式的原始形成。 （2）粒度分布曲线：能更直观地反映比较颗粒组成特征。（频率直方图、频率分布曲线累积分布曲线）（3）粒度分布特征参数（偏差系数和分布宽度）（4）粒度分布方程. 3、空隙率与填充率的定义；颗粒填充与堆积方式；密度的分类及定义. 答：（1）空隙率：填充层中未被颗粒占据的空间体积与包含空间在内的整个填充层表观体积之比称为空隙率.（2）填充率：颗粒体积占表观体积的比率。（3）粉体颗粒的填充与堆积 等径球形颗粒的排列：正方体排列、正斜方体排列、菱面体排列、楔形四面体排列，立方体为最松填充，属不稳定排列；菱面体为最密填充，属最稳定排列。异径球形颗粒的填充：一次填充、Horsfield填充、
粉末和颗粒状物料的特性 固体物料的输送和处理特性可由以下因素而定： -物理 -化学属性 -流动性 -时间性 间隙度 所有的固体物料在物粒之间都存在间隙，间隙内充满了空气。物料中无物粒(即间隙)的体积与总体积的百分比，称之为间隙度。固体的间隙度e＝1。每种物料的间隙度各不相同，主要取决于物料颗粒的形状。物料球体的平均直径e = 0.48. 密度 密度由字母r表示；密度是指物料的质量与其所占的体积之比。散装密度和振动密度是物料的两种属性，可表示压实力。 颗粒大小分布 测试物料颗粒大小的方法根据所使用的测试设备而定，最常用的是标准型筛子。通常将颗粒测定分析中得到的数据绘制成分布曲线，其中横坐标X是颗粒的直径，纵座位Y是某种直径颗粒的质量占总质量的百分比。在分布曲线中可以找到质量百分比为50％的点，此点的直径数值就是该固料的平均直径。 颗粒的形状：分类颗粒形状时，普遍采用球度y，对于球体y =1 流动性 固料颗粒的流动性表征了此物料的流动趋势。考虑物料颗粒之间的关系，用内摩擦角来评定；考虑物料表面，用表面摩擦角来评定。内摩擦角表征了物料在压紧力（产生垂直方向的剪应
力）作用下，其自身的流动趋势。通常情况下，用Jenike测试法进行内摩擦角评定，此评定需要依据几个因素： -物料的主要压力 -物料的含水量 -温度：许多塑料材料在加热后，流动性会下降； -颗粒大小和形状表面摩擦角表征了物料在压紧力（产生垂直方向的剪应力）作用下，顺着壁面流动的趋势。此摩擦角使用Jenike测试法进行评定，除了上述所列的因素外，此评定还需要依据以下因素: -壁面，主要是壁面的粗糙度 物料的流动性还受到时间因素的影响：当某种物料在筒仓内静止地贮藏了很长一段时间后，再将它们从筒仓中卸出，此时物料的流动性会比正常情况下差很多。颗粒的内聚力和凝结力 内聚力被定义为散装固体物料抵抗压紧力（产生垂直方向的剪应力）的能力。此抵抗力是由结构的组合而产生的。以下是影响物料属性的重要因素： -含水量：通常情况下，内聚力随着含水量的上升而上升。 -颗粒的大小和形状：大小，形状和内聚力之间没有直接的关系。尽管如此，颗粒尺寸越小，内聚力越大的现象却存在于许多物料中。 -存在油脂的物料, 含油量的多少会减少或增加颗粒的内聚力。 物料的凝结倾向主要是由颗粒之间的静电力，范德瓦尔斯力引起的，并且很大程度受到含水量的影响，因为含水量的多少会对颗粒之间的结块产生影响。 磨损和腐蚀 粒状物料的磨损取决于颗粒的形状，尺寸，硬度（由Mohs等级测量）以及颗粒的重量。腐蚀是指金属受环境影响，逐渐被侵蚀的过程，即从单元素物质成为一种氧化物。多数金属的腐蚀倾向受到与此金属接触物质的pH值的影响。同时，温度对金属的腐蚀也有影响：温度
第一章绪论 1.粉体学的重要意义（对应“粉体及其技术的重要性”） 1)粉体是许多材料构成、组分或原料； 2)粉体技术是制备材料的基础技术之一； 3)超细粉体材料，尤其是纳米粉体材料在新型材料的开发研究中越来越重要； 4)粉体容易大批量生产处理，产品质量均匀，成本低，控制精确，成为许多人工合成材料必然选 择的合成方法。 2.颗粒的定义：是在一特定范围内具有特定形状的几何体。大小一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。 3.粉体的定义：大量颗粒的集合体，即颗粒群，又称粉末（狭义的粉末是指粒度较小的部分）。 颗粒与粉体的关系：颗粒是粉体的组成单元，是粉体中的个体，是研究粉体的出发点。颗粒又总是以粉体这种集合体的形式出现，集合体产生了个体所所不具有的性质。 4.粉体学的特点：以粉体为研究对象，研究其性质及加工利用技术。 5.粉体技术包括：制备、加工、测试。制备有各种物理、化学、机械方法；加工作业有粉碎、分级、分散、混合、制粒、表面处理、流态化、干燥、成形、烧结、除尘、粉尘爆炸、输运、储存、包装等；测试对粉体各种几何、力学、物理、化学性能表征。 6.粉体的存在状态：通常所指的粉体是小尺寸的固体，但气体中的液滴、液体中的气泡也属于颗粒；固态的物质中又分为分散态和聚集态，多数粉体为分散态。 7.粉体的分类： 1)按照成因分类：天然粉体与人工粉体 2)按制备方法分类：机械粉碎法和化学法粉体 3)按分散状态分类：原级颗粒（一次颗粒）、聚集体颗粒（二次颗粒）、凝聚体颗粒（三次颗粒）、絮凝体颗粒 4)按颗粒大小（粒径）分类：粗粉体（>）、中细粉体（~）、细粉体（10~74μm）、微粉体（~10 μm ）、纳米粉体（<100nm）