燃烧法完整版本.pptVIP

燃烧法制备超微粉刘杏芹中国科学技术大学材料科学与工程系陶瓷工艺的一个基本特点就是以粉体为原料经成型和烧成，形成多晶烧结体。作为起始原料的陶瓷粉体的质量好坏直接影响最终成品的质量。制备方法的选择：陶瓷连接材料的粉体一般用固相反应法，沉淀法,溶胶-溶胶法，甘氨酸-硝酸盐法以及柠檬酸法等等。固相反应法生产的粉末粗大且不均匀通过液相合成(如沉淀法)陶瓷粉体，可得粒度相对均匀，化学成分相对准确，分布相对均匀的超细粉体，但清洗过程繁琐，难找到合适的共沉淀剂，且粉体易团聚近几年通过加入有机添加剂，使之作为络合剂的同时又是燃烧剂，即为燃烧法。为陶瓷氧化物粉体的制备提供新的思路。陶瓷超细粉体的粒度及分布、化学成分等均可控制燃烧法制备粉体燃烧过程实际上是氧化剂(通常为金属的硝酸盐)和燃料(多为有机化合物)之间所发生的氧化还原反应。这种氧化还原反应会放出大量的热，可以使氧化物直接从前驱体的混合物中结晶出来。与此同时，反应过程中会产生N2、CO2、H2O等气体。大量气体的产生不仅阻止了颗粒之间的接触,而且有助于反应所产生热量的迅速扩散,从而防止产物的烧结。因此，用燃烧反应所得到的产物，其一次粒子的粒度可在几十个纳米以内，如果燃料选择的好且量合适，不易形成硬团聚。燃烧法的影响因素燃烧过程中，燃料的本性、燃料与氧化剂的配比等因素会对诸如产生气体的数量、燃烧反应速率、火焰温度产生很大的影响，最终影响到产物的性质。目前为止，用于燃烧法制备粉体的燃料有乙二醇、甘氨酸、柠檬酸、尿素、乙二酰二腙、碳酰肼等。最近，Chavan等人尝试使用了一种无碳材料(硝酸铵)作为燃料，制备出了纳米CeO2粉体一、甘氨酸-硝酸盐法（glycine-nitrateprocess,GNP）为陶瓷粉体制备提出了一个全新的思路，自1991年提出以来，在粉体制备上得到了充分的应用。甘氨酸-硝酸盐法是一种自维持的燃烧合成方法，以金属硝酸盐作氧化剂，以甘氨酸作为燃料，通过两者反应时瞬时释放的大量热量完成氧化物粉体的制备。甘氨酸作用：络合剂+燃料剂，反应的焰温可达1100-1400oC 甘氨酸C2H5NO2络合剂（氨基、羧基）还原剂，释热大燃点低（~200oC）网状结构适合制备多元复合氧化物氧化还原反应还原剂：甘氨酸氧化剂：硝酸盐甘氨酸与金属离子的比例甘氨酸与金属离子的比例k以氧化还原当量比为k=1.0，k0.7,SmolderingCombustionSynthesis(SCS)0.7k1.2:volumecombustionsynthesis(VCS)k1.2:self-propagatinghigh-temperaturesynthesis(SHS)钐掺杂BaCeO3的制备原料乙酸钡硝酸钐甘氨酸BCSO粉体的制备条件900oC灼烧后粉体的XRD衍射花样1100oC灼烧后粉体的XRD衍射花样硝酸铵加入量对粉体形貌的影响BCSO粉体1400oC烧结样片的断面SEM照片从表2可以看出来，用柠檬酸作为燃料时燃烧反应所放出的热量最多，相应的火焰温度也最高；用乙二醇作为燃料时燃烧反应所放出的热量最少，相应的火焰温度也最低。这一类聚合物的水溶液有着特殊的性质，其水溶液加热时，在特定的温度下发生相分离，形成三维网络状结构的凝胶析出；冷却时，当达到凝胶形成的特定温度以下时，凝胶消失复原到溶液状态。这种溶胶-凝胶转变是一种可逆过程，在较低温度下，聚合物大分子，被水化分散而成为溶液状态；当温度升高时，分子水化作用减弱而链间水被逐渐逐出，反映出溶液相对粘度随温度升高而下降；当去水化作用足够充分（并非完全）时出现大分子聚集体，最终导致形成胶体，相对粘度急剧增大，最后成为三维网络状结构的凝胶。Weng等研究了碱性/硫脲条件不同温度下甲基纤维素的凝胶过程及机理：MC分子内和分子间存在强烈的氢键作用，甲基纤维素分子链上的羟基自发交联的趋势远远大于与水分子的作用，在碱性/硫脲条件下，这种作用减少甚至出现分子链羟基与碱性/硫脲形成的基团，这一结果使得在低温下，该溶液体系是稳定的。温度升高，这种作用减弱，包裹的官能团离开分子链，暴露的羟基基团自发连接，随温度升高凝胶化出现。此时，溶液粘度急增大至粘稠状，碱性/硫脲小团体脱离分子链，并被高度交连的分子链网络所包围。由图3.2可以看出整个过程示意图。基于甲基纤维素的凝胶化现象及水溶性无机盐电解质的强亲水性降低聚合物水化作用，设计使用凝胶化脱水燃烧制备SDC粉体。一方面，通过凝胶