第一章電子陶瓷制備原理(編輯修改稿)
2025-07-13 16:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 高低，活性高說明具有的能量高，不穩(wěn)定性高，就結(jié)構(gòu)而言，處于一種自由能較高的介穩(wěn)狀態(tài)。同化學(xué)組成的材料，結(jié)構(gòu)不同，則活性不同，可以說結(jié)構(gòu)是物質(zhì)在不同能量條件下的存在形式。2結(jié)合能與表面能電子瓷的化學(xué)成分，大多數(shù)都屬于金屬氧化物，具有正電性的金屬離子，和具有負電性的氧離子組成，通過庫侖力（或共價鍵力），以一定的排列方式，牢固地結(jié)合在一起，形成所謂的離子晶體。結(jié)合能定義：使某單位質(zhì)量的離子晶體徹底分散為正、負離子時所作的功，即為這種晶體的結(jié)合能。也等于這些離子由高度分散狀態(tài)結(jié)合成晶體時所放出的能量。電子陶瓷：1MJ/mol ，結(jié)合能大，強度高，難破碎，耐高溫。固體內(nèi)部任一離子，常被其它反電荷離子所包圍著，處于穩(wěn)定的低能狀態(tài)，把它取出來需要很大的功，晶體表面離子，異荷離子并沒有把它團團圍住，朝外的一面仍有空缺，故把表面離子提出來所做的功要比提取內(nèi)部離子所需的力小，故表面離子是處于高能態(tài)的亞穩(wěn)狀態(tài)。表面能：表面離子比內(nèi)部離子能態(tài)高，其高于體內(nèi)離子所具有的那部分能量稱之為表面自由能或表面能。比表面能：每增加單位面積（表面）時所需的功， 表面張力在表面張力作用下，使液面繃緊，液滴成球，表面能最小，最穩(wěn)定。顆粒越細，質(zhì)量一定時，總表面積越大，則也越大，越不穩(wěn)定。3比表面和等效粒徑 比表面定義：單位體積（或質(zhì)量）粉料所具有的表面積球：（m1） 只要知道粉料的比表面和密度，就可以求出平均等效粒徑（表面吸附法） 顆粒愈細，分散度愈高，比表面愈大，體系中表面能也愈大。破碎過程的機械功的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻婺艿倪^程。1cm的顆粒粉碎到1nm的粉體時，總表面積達6000m2，相當(dāng)于一個足球場大小。4固體中質(zhì)點的活性 所謂質(zhì)點的活性，是指某一質(zhì)點逃脫原有結(jié)構(gòu)所給予它的束縛力的可能性。逃脫原來的環(huán)境進入氣態(tài)環(huán)境，為蒸發(fā)；進入液體之中，為溶解；如果和別的原子結(jié)合成新的物質(zhì)，為化學(xué)反應(yīng)。 活性與一系列的物理化學(xué)特性有關(guān)，與化學(xué)鍵、化合價、半徑大小，以及環(huán)境溫度，和在固體結(jié)構(gòu)中的位置有關(guān)。5 結(jié)構(gòu)缺陷與粉粒活化 結(jié)構(gòu)缺陷定義：是指粉粒在結(jié)構(gòu)上的不完整性。 粉料加工、粉碎、煅燒過程中，受熱的作用，或外施機械力的撞擊、碾壓、剪切等，使原來完整的晶格受到不同程度的破壞，因而體內(nèi)出現(xiàn)裂紋、位錯。 缺陷能：固體中出現(xiàn)的裂紋、位錯、偏離、扭曲及無定形態(tài)，都是一種能量較高的介穩(wěn)狀態(tài)，與正常晶格上質(zhì)點相比，所高出的那部分能量稱為缺陷能。 經(jīng)過活化的粉粒，將大大地有利于燒結(jié)過程，有利于物質(zhì)的擴散。6 煅燒與粉料的活化 機械粉碎方法是提高粉料比表面是有效的，但是很有限。 很難達到更細的粒度，經(jīng)過煅燒，可以得到疏松多孔的粉料，可以獲得納米級的粉料。A. 煅燒溫度與粉料質(zhì)量的關(guān)系煅燒溫度愈低，則粉料活性愈高。實際生產(chǎn)電子陶瓷過程中，可以直接采用一些碳酸鹽作為原料，進行配料計算。B. 氣氛與雜質(zhì)的影響 影響粉料的煅燒過程，雜質(zhì)少，容許采用更高的燒結(jié)溫度。C. 煅燒前后粉粒結(jié)構(gòu)的變化煅燒前后粒形基本上沒有變化，但煅燒后顆粒內(nèi)部含有大量微孔，比表面增加了近105倍；煅燒前后晶粒構(gòu)型也很少改變，仍保持分解前的晶格類型，金屬離子與原來的氧離子基本仍停留在原來的格點上，而COH2O等的相應(yīng)位置則空余出來，這種結(jié)構(gòu)稱為假晶。三、粉料粒度測定 1 等效粒徑：實際顆粒形狀復(fù)雜，設(shè)想粉粒置于一外接四方盒之內(nèi)，以，b，h表示長、寬，高。一軸平均等效粒徑二軸平均等效粒徑外接矩形等效直徑外接方盒等效直徑立方面等效粒徑球面等效直徑立方體等效直徑 球體等效粒徑2粒度分布 測量方法：記數(shù)法（光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡） 篩分：分析篩，通過篩目，統(tǒng)計分布 沉降法：重力沉降吸附法，測定比表面積激光測試法平均粒徑：當(dāng)?shù)刃У葟酱_定之后，還可以按粉粒的長度，面積或體積等方式來計算其平均粒徑記數(shù)法，分布在載玻片上的粉料可以直接觀察或拍照片記數(shù)篩分法，對粗顆粒有效沉降法，粘滯液體中，小球下降速度和液體的粘度成反比，與小球直徑平方成正比、小球和液體的密度，液體的粘度，小球直徑用不同時刻透過懸浮液的光強度的變化率來間接反映顆粒沉降速度167。 電子瓷料的反應(yīng)法制備傳統(tǒng)陶瓷泥料工藝：一定細度原料 配方球磨罐中混合研磨 一般工藝 干粉（或泥料） 傳統(tǒng)工藝燒結(jié)后未必達到預(yù)定的結(jié)構(gòu)和性能合理方法：先講有關(guān)原料混合在一起，通過預(yù)燒（預(yù)反應(yīng)），以生成某種化合物，粉碎后作為中間原料，然后一種或數(shù)種中間原料，根據(jù)電子陶瓷配方，加入一些添加劑，又一次混合研磨，制成正式坯料。一、 燒結(jié)反應(yīng)法制粉按照所需原料的分子式配料1 按化學(xué)分子式配料分子量M，分子數(shù)的比例計算相對重量燒塊配方（第一次配方）計算時用1A 中間化合物計算 中間產(chǎn)物（分子式）原料（分子式）分子比（）分子量（M）相對重量（）重量%B中間產(chǎn)品出來后（預(yù)反應(yīng)），再利用中間產(chǎn)品配瓷料例某一電容器用鐵電瓷，用和配成固溶體，分子式電容器瓷料配方計算表陶瓷主晶相（分子式）燒塊（分子式）分子比（）分子量（M）相對重量（）重量%以上為兩次合成C 某些情況一次合成，鐵電透明陶瓷：瓷料一次配方計算陶瓷（分子式）原料（分子式）分子比（）分子量（M）相對重量（）重量%投入總量乘以百分值，則為原料的實際用量。根據(jù)純度進行校正。2 反應(yīng)煅燒（預(yù)燒），必要的預(yù)反應(yīng)A 合成反應(yīng) 粉碎 是一種反應(yīng)不太完全，疏松多孔，便于粉碎（謹防燒結(jié)）B 分解反應(yīng) 天然礦物原料分解成所需氧化物，高活性物料（輕燒）二、溶液反應(yīng)法制粉 利用溶液中化學(xué)反應(yīng)獲得陶瓷原料、中間產(chǎn)品或某種固溶體的方法。制備各種金屬鹽水溶液按一定配比混合有關(guān)溶液，反應(yīng)制備復(fù)鹽固液分離熱析法霧干法低溫煅燒成活性物料 冷凝法1 溶液反應(yīng)過程 例：制取TiO2中間原料（1） 四氯化鈦加氨制取正鈦酸 （2） 以四氯化鈦加草酸制取草酸鈦 （3） 以鈦鐵礦（FeTiO3）加硫酸得到硫酸鈦酰，硫酸鈦酰水解而得到偏鈦酸。 制備固溶體的復(fù)鹽較為復(fù)雜，例電容用陶瓷料，BaTiO3和SrTiO3可以無限固溶（互溶），改變兩者間的分子比，可以得到具有不同介電系
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