【正文】 驅(qū)體溶液 絡(luò)合物 前驅(qū)體水解產(chǎn)物 (sol) 凝膠 (gel) 化學(xué)添加劑 調(diào)節(jié) pH值或 加入電解質(zhì)中和 微粒表面電荷 蒸發(fā)溶劑 H2O 催化劑 縮聚反應(yīng) 絡(luò)合劑 減壓蒸發(fā) 溶膠－凝膠合成生產(chǎn)工藝 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 溶膠－凝膠合成生產(chǎn)設(shè)備 1 2 3 4 5 電力攪拌溶膠－凝膠合成反應(yīng)示意圖 2. 電力式脈動器 5. 水熱裝置 1 2 3 4 5 6 7 磁力攪拌溶膠－凝膠合成反應(yīng)示意圖 2. 密封蓋板 5. 磁力攪拌器加熱板 6. 溫度調(diào)節(jié)器 7. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 溶膠 凝膠工藝過程 Solgel 合成材料 溶液－溶膠化 凝膠化－成型 固化處理 超細粉和溶液 機械混合形成膠液 金屬無機化合物或 金屬醇鹽水解 金屬有機化合物 水解 干燥 熱處理 溶膠 凝膠工藝過程 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 凝膠成型過程 前驅(qū)體溶液 透明溶膠 成膜過程 成纖過程 霧化收集 濕凝膠 薄膜 纖維 粉末 干凝膠 水和催化劑 固化處理階段 成 品 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 溶膠 凝膠工藝參數(shù) 溶膠凝膠 溶膠－凝膠 凝膠處理 干燥及熱處理 前驅(qū)體選擇 反應(yīng)配比 反應(yīng)時間 溶液 pH值 反應(yīng)時間 金屬離子半徑 絡(luò)合劑 催化劑 干燥方法 熱處理工藝 老化方式 老化時間 靜止老化 加入老化液 常壓干燥 超臨界干燥 冷凍干燥 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 材料可摻雜范圍寬，化學(xué)計量準，易于改性 溶膠凝膠制備陶瓷粉體 具有制備工藝簡單、無需昂貴的設(shè)備 大大增加多元組分體系化學(xué)均勻性 反應(yīng)過程易控制，可以調(diào)控凝膠的微觀結(jié)構(gòu) 產(chǎn)物純度高等 粉體材料 ? 采用溶膠－凝膠合成法，將所需成分的前驅(qū)物配制成混合溶液，經(jīng)凝膠化、熱處理后，一般都能獲得性能指標較好的粉末 。 凝膠經(jīng)過干燥 、 燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料 。由右圖可見，制備 Zr1xYxO2?過程中，pH?8； 2. 實際上，為了最大程度實現(xiàn)幾種離子的共沉淀，通常采用把鹽溶液緩慢滴加到濃度較高的沉淀劑中，同時快速攪拌。 特別是微量摻加物的均勻性難以保證 。 沉淀法可分為： 共沉淀法、化合物沉淀法、均勻沉淀法 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 ?共沉淀法 使混溶于某溶液中的所有離子完全沉淀的方法稱為共沉淀法 ? 沉淀劑主要使用：氫氧化物 、 碳酸鹽 、 硫酸鹽 、 草酸鹽等 ， ? 共沉淀法中 PH值的控制非常重要 。 在真空或惰性氣體或反應(yīng)性氣體中加熱物料形成等離子體或氣體，聚冷后形成微細粉體。 構(gòu)筑法是通過固體塊體物理狀態(tài)的變化來使物體粒度細化。 AlN 納米粉末 ? 超細粉末的復(fù)合技術(shù) 為制備高性能的復(fù)合材料，必須制備出原位復(fù)合的粉末，克服超細粉末表面易污染的問題。 例如： ? 納米金屬呈現(xiàn)電絕緣性 ? 納米金屬不再具有金屬光澤 ? 惰性金屬呈現(xiàn)極大催化性 ? 納米金屬材料強度成倍增加等 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 4．超細粉體材料的應(yīng)用 超細粉體材料和納米材料由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用范圍十分廣泛，并帶動傳統(tǒng)材料的更新?lián)Q代。呈現(xiàn)新的理化性質(zhì)。 由于粉末的細化 ， 其表面分子排列 、 電子分布結(jié)構(gòu) 、 晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生大的變化 ， 從而顯示出獨特的理化性能 ， 如：表面效應(yīng) 、 小尺寸效應(yīng) 、 量子效應(yīng) 、 宏觀隧道效應(yīng)等 。 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 復(fù)合技術(shù) WC/Co納米復(fù)合 WO3 + Co(NO3)2 CoWO4/WO3 precursor CoWO4/WO3前驅(qū)體粉料 原位炭還原 WCCo 納米結(jié)構(gòu) 液相反應(yīng) 噴霧干燥 CoWO4/WO3 前驅(qū)體粉料 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 ? WCCo納米結(jié)構(gòu)的 HRTEM (A—— WC/Co phase interface； B—— WC crystal grain； C—— Co film layer 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 表面改性 C納米管表面的 Pt改性 ? Pt納米粒子在碳納米管 (CNT)表面分布均勻 ? Pt納米粒子和 CNT之間結(jié)合強度高 引入偶聯(lián)劑 聚苯胺： CNT =5:1 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 1． 粉末材料的分類 粉末材料：具有一定粒度的顆粒材料統(tǒng)稱為粉末材料 。 純度、粒度、形狀 粉末特性： 決定材料性能的關(guān)鍵因素之一 一、概述 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 粉末材料的合成與加工技術(shù) ? 粉體的制備技術(shù) ? 分級技術(shù) ? 分離技術(shù) ? 干燥技術(shù)、輸送及混合均化技術(shù) ? 表面改性 ? 復(fù)合技術(shù) 葉輪分級機、渦流分級機、喋式分級機等 易團聚的問題 AlN 納米粉末 原位復(fù)合的粉末 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 粉末材料的制備方法： （ 1）物理法 又分為粉碎法和構(gòu)筑法 粉碎法 是借用各種外力，如機械力、流能力、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。 粉末材料的特性很大地影響最終材料的性能。 由小至大（納米級） （ 2）化學(xué)法： 包括沉淀法、溶膠－凝膠法 、 水解法、氣相反應(yīng)法及噴霧法等，其中，沉淀法、氣相反應(yīng)法及噴霧法目前在工業(yè)上已大規(guī)模用來制備微米、亞微米及納米材料。 粉末材料的分類、特性及應(yīng)用 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 2． 粉末材料的合成與加工技術(shù)主要研究內(nèi)容： ? 粉體的制備技術(shù) ? 分級技術(shù) ? 分離技術(shù) ? 干燥技術(shù) 、 輸送及混合均化技術(shù) ? 表面改性 、 復(fù)合技術(shù)等 3． 超細粉末材料的特性 當粉末材料的粒度處于亞微米及納米狀態(tài)時 ， 其尺度介于原子 、 分子與粒狀材料之間 ， 有人稱之為 “ 第四狀態(tài) ” 。 例如： 納米金（ 2nm） 結(jié)構(gòu)：單晶、多晶、孿晶 熔點由 1337K→600K 納米強磁材料（ FeCo合金） 當晶粒尺度與單磁疇臨界尺寸相當時 ,矯頑力甚高 武漢理工大學(xué)材料學(xué)院 表面與界面效應(yīng) 顆粒尺寸減小造成表面積增大和表面原子比例增大，同時缺少近鄰配位的原子比例大大提高，表面電子的自旋構(gòu)像和電子能