醇盐水解法合成超微粉体材料


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  醇盐水解法是合成超微粉体的一种新方法,其水解过程不需要添加碱,因此不存在有害负离子和碱金属离子。其突出的优点是反应条件温和、操作简单,作为高纯度颗粒原料的制备,这是一种最为理想的方法,但成本昂贵是其缺点。
  醇盐是用金属元素置换醇中羟基的氢的化合物总称。金属醇盐的通式是M(OR)n,其中M代表金属元素,R是烷基(烃基)。金属醇盐也可以称为金属有要化合物。金属醇盐与常用的有机金属化合物是不同的概念。醇盐是金属与氧的结合,生成M-O-C键的化合物称之为金属有机倾化合物(Metallo-Orgnatic Compounds)。而有机金属化合物(Organometallic Compounds)是指烷基直接与金属结合,生成具有专-C-M键的化合物。
  金属醇盐由金属或者金属卤化物与醇反应合成,它很容易和水反应生成氧化物、氢氧化物和水化物。氢氧化物和其他水化物经燃烧后可以转变为氧化物粉体。
  醇盐水解制备超微粉体的工艺过程包括两部分,即水解沉淀法(包含共沉淀法)和溶胶,凝胶法(Sol-Gel法)。图4-19描述了醇盐法的工艺流程。超微粉体的制备大体上有溶胶混合法和复合醇盐直接水解法两种。前者的基本过程是把各自的金属醇盐加水分角、制成溶胶,混合后预烧,最后得到超微粉体。下面以AL2O3超微粉体制备为例加以说明。
  AL(OC3H7)3的水解产物受热分解温度、PH值和时间的影响,控制水解条件可制备活性的ALOOH粉末,该ALOOH很容易与酸形成溶胶。具体制备过程和条件是:1mol AL(OC3H7)3中加入100mol水(PH值为2),在室温下水解50min,然后在所得到的ALOOH中,按1molALOOH加1mol盐酸的比例加入浓度为0.1~0.5mol/L的盐酸。在50~100度下利用均化器或超声波使之形成稳定而透明的溶胶,通过高速粒子浓度使该溶胶具有一定的粘性和流动性,最终可以制备出形态和性能不同但具有高活性的粉体。利用同样方法可以制备氢氧化镁产二氧化硅溶胶。将这三种溶胶按一定比例混合,可以获得组成为尖晶石型、富铝红柱型和堇青石型的AL2O3-MgO-SiO2溶胶体系。
  醇盐水解法制备的超微粉体不但具有较大的活性,而且粒子通常呈单分散状态,在成型体中表现出良好的填充性,因此具有良好的低温烧结性能。1981年Bowen等人研究了醇盐水解法合成的TiO2微粉的低温烧结性能。在钛浓度为0.1mol/L的水-酒精溶液中,控制一定的PH值(PH=11),通过钛醇盐[Ti(OC2H5)4]的加水分解,制成了单分散球形TiO2微粉。此种微粉在烧结温度为800度时,烧结体密度即可达到99%以上。普通的TiO2粉末在烧结温度为1300~1400度时,其烧结体密度也只有97%。醇盐水解法制备的超微粉体具有的优良低温烧结性,引起材料工作者的很大兴趣,最近开发的醇盐合成Y2O3部分稳定的ZRO2和钙钛矿系介电材料的低温烧结微粉都已取得了新的进展。所以,用醇盐作为原料合成的超微粉体,在发展高功能陶瓷材料的低温烧结技术方面,开辟了广阔的前景。
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