第四章 喷雾热解法制备粉体四01104.pptVIP

喷雾热解法制备陶瓷超微粉体 纳米粉体的制备方法 固相法：固相反应法，热分解法，改进的固相反应法，凝胶浇注法 液相法：沉淀法，溶胶-凝胶法，喷雾干燥法, 水热合成法、甘氨酸法，柠檬酸盐法, 燃烧法，喷雾热解法等 气相法：蒸发法，（磁控，激光）溅射法，等离子体喷涂法，化学气相淀积(CVD)法，气溶胶法 沉淀法的缺点 沉淀为胶状物，水洗、过滤困难； 沉淀剂易作为杂质混入沉淀物或形成络合物； 沉淀过程各成分的偏析； 合适的共沉淀剂寻找困难等 溶剂蒸发法 重点：溶液被分散成小液滴，使组分偏析体积最小。 优点： 1) 粒子内各成分比例与原溶液相同，且可形成多组分氧化物粉末； 2) 氧化物粒子一般为球形，流动性好； 3)易于连续运转，生产能力较大 喷雾干燥法就是溶剂蒸发法的一种 喷雾干燥装置图 喷雾干燥法的特点 原料盐必须能溶于溶剂中 快速干燥，粉体呈球形； 粉体组分均一，纯度高； 可用于造粒。 如镍、铁、锌混合硫酸盐的制备，粒径约10~20μm盐→200nm软铁氧体微粉 喷雾热解法 较为新颖的方法，最早出现于60年代末； 溶剂蒸发与金属盐热解在瞬间同时发生，生成产物与原料盐具有不同的化学组成；也称为喷雾焙烧法，火焰喷雾法，溶液蒸发分解法等。 喷雾可进入加热的反应器或喷至高温火焰两种方法，一般用可燃性溶剂，以利用其燃烧热 制备过程 雾化→干燥→分解→灼烧 干燥阶段的传热传质过程 1)气相主体向液滴表面传热过程； 2)溶剂向液滴表面蒸发，蒸气由液滴表面向气体扩散； 3)溶剂挥发使液滴体积收缩； 4)溶质由液滴表面向中心扩散； 5)液滴内部的热量传递 一般来说，溶质扩散及液滴收缩过程为控制步骤 液滴粒子形貌与制备条件的关系(一) 粉体特点 兼具液相法和气相法的优点： 1、不需过滤、洗涤， 2、纯度高，分散性好，粒度均匀可控，可制备多组分的复合超微粉体 超声喷雾热解制备SDC粉体 主料：Ce(NO3)3 及Sm(NO3)3水溶液 配料：甘氨酸(g)或尿素(u) 载气：空气 考察：溶液浓度、还原剂选择、反应温度等对粉体形貌的影响 样品制备条件与粒子尺寸 原液组分对粉体形貌的影响 原料浓度对粉体形貌的影响 加热温度对粉体形貌的影响 还原剂种类对粉体形貌的影响 烧结体的SEM 喷雾热解法制备Ni粉体 原料： Ni(NO3)3溶液 加热方式：两段式加热 T1：液滴干燥 (200–600 oC) , T2：固体颗粒分解(400–1400 oC) 气氛：N2或15%H2+85%N2 分解反应过程 Ni(NO3)3→NiO +NO2+O2 (300oC) NiO+H2 →Ni +H2O (500oC) NiO随反应温度的变化 NiO(Ni)形貌随反应气氛的关系 (a) NiO powder prepared at T1= 200 oC,T2 =400 oC, N2 atmosphere; (b) NiO powder prepared at T1= 400 oC, T2 =1200 oC, N2 atmosphere; (c) powder containing Ni and NiO, prepared at T1 =200oC, T2 =400 oC, H2–N2 atmosphere; (d) Ni powder prepared at T1=400 oC, T2 =1200 oC, H2–N2 atmosphere. 致密Ni的制备 改变以表面反应(沉淀)为主的反应方式，到以体内反应(沉淀)为主的反应方式 方法：在Ni(NO3)3溶液中加入一定的氨水，使之与Ni2+形成络合物 反应方程式 (a) T1 = 200 oC, T2=400 oC, pure NiO; (b) T1= 300 oC, T2 . =800oC, containing Ni and NiO; (c) T1=400 oC, T2 . 1200 oC, pure Ni. (a) T1 = 200 oC, T2=400 oC, pure NiO; (b) T1= 300 oC, T2 . =800oC, containing Ni and NiO; (c) T1=400 oC, T2 . 1200 oC, pure Ni. 实际中的粉体形貌 * * 不需沉淀 剂的液相反应法—溶剂蒸发法，喷雾热解法 金属盐溶液 喷 雾 (10~20μm) 冻结液滴 溶剂升华 热风中溶剂蒸发 高温介质中溶剂蒸发 溶剂蒸发+热分解 金属盐粒子 热分解 氧化物粒子 冷冻干燥法 喷雾干燥法 热煤油法 喷雾热解法 分类 喷雾热解装置图 液滴粒子形貌与制备条件