内容发布更新时间 : 2024/6/16 18:54:48星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

关于陶瓷粉体的制备技术浅析

姓名： 班级：11无非（1）班 学号：

摘 要 通过对这学期粉体课程的学习，拙写了一些自己感兴趣的方面，这篇论文综述了精细陶瓷材料之主要原料-陶瓷粉体的各种制备方法。对最有发展前途的热化学气相反应法、激光诱导化学气相合成法、等离子气相合成法、沉淀法、水热法及溶胶-凝胶法的原理和工艺作了较为详细的介绍。 关键词： 陶瓷粉体 制备技术 原理 工艺 1 前言

与金属、塑料相比，精细陶瓷材料具有优异的耐高温、抗腐蚀、耐磨损性及良好的电气性能, 广泛地应用于尖端科技领域, 如空间技术、海洋技术、生物工程领域等。而精细陶瓷制作工艺中的一个基本特点就是以粉体作原料经成型和烧成, 形成多晶烧结体。陶瓷粉体的质量直接影响最终成品的质量, 因此, 发展精细陶瓷的首要问题是要符合要求的原料--粉体。

现代高科技陶瓷材料对粉体的基本要求是高纯、超细、组分均匀、团聚程度小。这里所指的超细,通常是指颗粒的平均直径小于1?m的微粉。近年来，随着科学技术的迅猛发展，一项综合科学技术-- 纳米科学技术迅速崛起，已成为目前世界高新技术领域的一个重要制高点。伴随纳米科学技术的发展, 产生了纳米陶瓷, 纳米陶瓷的研究是当前先进陶瓷发展的三大课题之一, 它的问世将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高。长期以来,人们追求的陶瓷增韧性和强度问题可望在纳米陶瓷中得到解决。为了获得纳米陶瓷, 首先必须制备出纳米陶瓷粉体。因此, 对陶瓷粉体的研究将是陶瓷新材料研究中的一个极其重要的范畴。 2 陶瓷粉体的制备技术

目前，世界上有多种制造陶瓷粉体的方法[1], 大致可分为两类: 粉碎法和合成法。粉碎法主要采用各种机械粉碎方法, 此法不易获得1?m以下的微粒，且易引入杂质。合成法是在原子、分子水平上通过反应、成核、成长、收集和处理来获得的, 因此可得到纯度高、颗粒微细、均匀的粉体。此法应用较广泛, 它又可分为气相合成法、液相合成法和固相合成法。 2. 1 气相合成法

此法可分为蒸发凝聚法( PVD) 及气相反应法( CVD) 。前者是将原料加热至

1

高温, 使之气化, 然后急冷, 凝聚成微粒物料, 适用于制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物或金属粉体。后者是用挥发性金属化合物的蒸汽, 通过化学反应合成的方法, 这种方法除适用于制备氧化物外, 还适合于制备液相法难于直接合成的氮化物、碳化物、硼化物等非氧化物。近10 多年来,气相法发展很快, 下面着重介绍热化学气相反应法、激光诱导化学气相沉积法、等离子气相合成法等。 2. 1. 1 热化学气相反应法( CVD 法)

热化学气相反应法, 又称化学气相沉积法( Chemical Vapor Deposit ion, 即CVD 法) , CVD法制备陶瓷粉体工艺是一个热化学气相反应和形核生长的过程。在远高于热力学计算临界反应温度条件下, 反应产物蒸汽形成很高的过饱和蒸汽压, 使反应产物自动凝聚形成大量的核,这些核在加热区不断长大聚集成颗粒, 在适宜的温度下晶化成微晶, 随着载气气流的输运, 反应产物迅速离开加热区进入低温区, 颗粒生长、聚集、晶化过程停止, 就可获得所需的陶瓷粉体。CVD 法制备粉体可调的工艺参数很多,比如浓度、流速、温度和组成比等。因此,采用CVD 法制备粉体,有利于获得最佳工艺条件。Endo[2]等人采用Si2(CH3)4H2 作为

Si、C源制备SiC 粉体, 在700~1400oC下, 获得粒径在5~200nm 范围、由

??SiC微晶无序排列而成的SiC颗粒。Hojo[3]等人用Si(CH3)4?NH3?H2体系,

oC制备SiC/Si3N4 陶瓷复合粉体。当Si(CH3)4和NH3在900oC混合时, 在1200oC混合时, 则得到粒径小获得50~70nm 的无定型SiC/Si3N4复合粉;当在1100于20nm的无定型复合粉。

2. 1. 2. 等离子气相合成法( PCVD)

等离子气相合成法具有高温、急剧升温、快速冷却、等离子弧纯净、不会带入外来污染物的特点, 因此是合成高纯、均匀、粒径小的超微细氧化物、氮化物、碳化物系列粉末的最有效和独特的手段。PCVD 法按等离子体产生的方式可分为直流电弧等离子体法( DC 法)[3]、高频等离子体法( RF 法)[3]和复合等离子体法( hybridplasma)[3]。

DC 法是在惰性气氛或反应性气氛下通过直流放电使气体电离产生高温等离子体, 使原料熔化、蒸发, 蒸汽遇到周围的气体就会被冷却或发生反应形成超微粉体。在惰性气氛下, 由于等离子体温度高, 几乎可制取任何陶瓷粉体,如在

N2、NH3等气氛下可制取AlN、TiN等粉体。复合等离子法是采用DC 法和RF 法

2

二者合二为一的方法, 该方法与DC 法相比, 由于产生电流电弧不需电极, 可避免由于电极物质的熔化或蒸发而在反应产物中引入杂质。同时,直流等离子电弧束又能比较有效地防止高频等离子焰由于原料的进入而被搅乱, 在提高纯度、效率的同时提高稳定性。

Ishizaki K等[4]成功地采用射入NH3的Ar、N2等离子体法合成出高纯度的

AlN粉体,其粒径大小为20~50nm。Lee 等人[3]采用复合等离子体法, 用多级

注入的方式制备Si3N4和SiC/Si3N4复合粉体, 得到颗粒尺寸为10~30nm的

Si3N4陶瓷粉体。在制备SiC/Si3N4复合粉体时, 在低N/C源气比时, 获得

150nm左右的??SiC和约30nm无定形Si3N4的复合粉体; 在高N/C比条件下,

获得颗粒尺寸小于30nm的Si3N4、SiC复合粉体。 2. 1. 3 激光诱导气相沉积法( LICVD)

LICVD 法是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产热解或化学反应, 经成核生长形成粉体。整个过程基本上还是一个热化学反应和形核生长过程。实验中最常用的是连续波CO2激光器, 加热速率可达106~108oC/s,加热时间约为10?4s。加热速度快, 高温驻留时间短, 冷却迅速, 可以获得均匀超细的粉体。同时, 由于反应中心区域与反应器之间被原料气隔离, 污染小, 能够获得质量稳定的陶瓷粉体。Cauchet ive 等人采用SiH4?CH3NH2?NH3系统制备

Si/C/N复合粉体, 粉体的平均粒径为30~72nm。

激光法制备陶瓷粉体具有蒸发能量密度高, 粉末生成速度极快, 表面洁净, 粒度小而均匀可控的特点, 但是激光器效率较低, 电能消耗较大, 难以实现大规模工业化, 如使用功率为50~700W的CO2激光器, 产率一般不超过100 g/ h。

2. 1. 4 高频感应加热蒸发法

此法是将耐火坩埚内的蒸发原料进行高频感应加热蒸发。可用于制备中低熔点的超微粉体。该方法的优点是: 由于电磁波对熔融金属的感应搅拌作用使得产生的超微粒径十分均匀, 缺点是对熔点高、蒸汽压低的物质制备超微粉体非常困难。

2. 1. 5 溅射法

该法的原理是在惰性气氛或活性气氛下在阳极板和阴极蒸发材料间加上几

3