第三章--材料的制备方法

1Chapter3ChemosynthesisandpreparationtechniqueofmaterialsChapter3ChemosynthesisandPreparationTechniqueofMaterials材料的制备方法23.1原材料的选用与合成JJ3.2制造工艺过程与方法Catalog33.1Selectandsynthesisofrawmaterials3.1SelectandSynthesisofRawMaterials原材料天然原料(矿物)化工原料(人工合成原料)化学组成纯度颗粒度成本对环境的影响4Catalog3.13.1原材料的选用与合成3.1.1天然矿物原料3.1.2无机合成原料3.1.3天然高分子化合物3.1.4有机合成原料JJJJ53.1.1Naturalmineral矿石3.1.1NaturalMineral3.1.1.1MineralDressingandRawMaterialsPretreatment无利用价值的脉石矿物（石英、石灰石等）“富”含金属的矿物63.1.1.1Mineraldressingandrawmaterialspretreatment选矿(1)选矿方法根据矿石的物理化学性质的不同，采用不同的方法将有用矿物和脉石矿物分离。7(1)MineraldressingmethodMineralDressingMethodGravityMethodFlotationMethodMagneticMethod8Examples表3-1.选矿实例——硅石和硅砂选矿方法序号选矿方法分离原理及分离杂质种类设备应用1洗矿——分级除去0.1mm的粘土杂质常规洗矿分级设备多2擦洗除去硅砂表面铁质用擦洗机或带有超声波振荡的擦洗机多3重选除去高密度重砂矿物常用扇形溜槽或螺旋选矿机作粗选，溜槽或摇床作精选多4强磁选除磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿、磁硫铁矿、黑云母等磁性矿物一般湿式强磁选或弱磁选机少5化学处理用硫酸溶解氧化铁、氧化铝提纯硅砂极少9Examples6电选对石英、长石混合物加HF进行反应，使长石表面产生KF、AlF3的导电薄膜，同时石英表面也生成SiF4薄膜，但SiF4加热被脱除而不导电，分离长石、石英一般电选机成本高极少7浮选有氟用HF作长石活化剂，在酸性介质中用阳离子胺类捕收剂浮出已活化的长石，分离长石、石英一般浮选机很多无氟①片柳方法：用不含氟药剂作长石活化剂，如用硫酸或盐酸(pH=2)、再用高级脂肪类胺盐和石油磺酸钠混合物作捕收剂，分离长石、石英②美国S·G·Malghan方法：加入硫酸(pH=1.7～2.0)，采用烷基丙撑二胺双油酸盐作捕收剂，水溶性聚乙二醇类作起泡剂，分离长石、石英一般浮选机很多（续表3-1）10(2)RawmaterialspretreatmentBaking现代气—固反应技术（流化床还原）Nodulizing高炉冶炼等(2)矿石原料的预处理11(3)Crudematerials(3)可以当作材料使用的天然材料天然无机材料石棉、云母、页岩、蓝宝石、红宝石、金刚石等天然有机材料木材、天然橡胶、天然纤维等12Examples石棉13云母可加工微晶云母陶瓷JExamples143.1.1.2Silicatemineralrawmaterials粘土类原料石英类原料长石类原料碳酸盐类原料其它原料3.1.1.2SilicateMineralRawMaterials15A、ClayA、Clay形成黄土高原的厚粘土层16Structureofclay粘土Al2O3SiO2片层结构硅氧四面体铝氧八面体17TheKaoliniteGroup高岭石族TheKaoliniteGroup四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。18TheMontmorilloniteGroup蒙脱石族TheMontmorillonite/SmectiteGroup两个四面体片夹一八面体片组成一个晶片，八面体片中，部分Mg取代Al而使层片带负电，多余电荷由层间阳离子中和。19Examples20TheIlliteGroup伊利石族TheIlliteGroup/TheClay-mica四面体中的Si部分被Al取代，层间阳离子K+嵌入四面体层的六角孔隙，由于强烈的静电作用使相邻晶片紧密结合。21B、QuartzB、Quartz石英砂石英砂岩石英岩脉石英粉石英22Examples23C、FeldsparC、Feldspar钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO架状结构24钠长石钾长石Examples25Useoffeldspar表3-2.长石的主要用途领域主要用途质量要求玻璃及玻璃制品碱长石作为各种玻璃制品的原料，可降低玻璃熔化温度，节约纯碱。钠长石作为玻璃纤维原料，可改善其质量及取代叶腊石等Al2O315%Fe2O30.6％K2O+Na2O10%陶瓷是生产各种陶瓷、搪瓷、电瓷的坯料(配入20～40%)和釉料(配入20～70%)的主要原料Fe2O30.3～1.0％水泥是生产白水泥的原料之一化工化学工业上,磨碎的长石适于作乳胶,涂料和氨基甲酸乙酯、丙烯类物质的填充料作填料，可含较多游离石英；作皮肤化妆粉，2～8μm碱长石磨料粉状长石可用于磨具磨料工业26D、Carbonate白云石DolomiteD、CarbonateCaCO3·MgCO3晶体属三方晶系27Examples28Calcite方解石CalciteCaCO3晶体属三方晶系29Examples30Magnesite菱镁矿MagnesiteMgCO331Limestone石灰岩LimestoneCaCO3三方晶系32E、Others滑石TalcE、Others3MgO٠4SiO2٠H2O三斜晶系33Serpentine蛇纹石Serpentine3MgO٠2SiO2٠2H2O一族层状结构的硅酸盐矿物的总称34Wollastonite硅灰石WollastoniteCaO٠SiO2针状晶形细小的颗粒也呈纤维状35Diopside透辉石DiopsideCaO٠MgO٠2SiO2单斜晶系柱状晶体36Apatite磷酸盐矿物的总称M5(PO4)3XM代表Ca、Ba、Na等,X代表F、Cl、OH六方晶系磷灰石Apatite37Apatite38Fluorspar荧石FluorsparCaF2等轴晶系39Fluorspar403.1.1.3Utilizingofindustrialwasteresidue3.1.1.3UtilizingofIndustrialWasteResidue粉煤灰Flyash煤矸石Duns石煤Stonecoal炉渣Slag铝渣Aluminumslag电石渣Carbideslag磷矿渣Phosphoriteslag萤石矿渣Fluoriteslag碎玻璃Cullet413.1.2Inorganicsyntheticrawmaterials普通陶瓷生产的助剂特种陶瓷（结构和功能陶瓷）的生产原料玻璃生产辅助原料耐火材料采用的合成原料3.1.2InorganicSyntheticRawMaterials42Classification无机合成原料氧化物原料单一氧化物复合氧化物非氧化物原料碳化物氮化物硼化物硅化物硫化物原料组分化学组分工业级化学纯分析纯光谱纯图3-1.无机合成原料的分类433.1.2.1OxiderawmaterialsA、单一氧化物3.1.2.1OxideRawMaterials氧化铝陶瓷（1）氧化铝（Al2O3）44(1)UseofAl2O3规格说明用途普通氧化铝煅烧氧化铝的总称，含Na2O0.3%烧结、电熔氧化铝、尖晶石、玻璃研磨材料、瓷器用原料低钠氧化铝电子元件、火花塞、机械零件、切削工具等易烧结氧化铝一般是低钠的机械构件、切削工具、电子元件、耐火材料高纯氧化铝纯度在99.9%以上透明氧化铝、荧光材料（发光材料）、切削工具、单晶、电子元件等表3-3.Al2O3粉末原料的种类与用途45Ruby&SapphireRuby红宝石Sapphire红宝石46(2)ZrO2（2）氧化锆（ZrO2）氧化锆纤维软制品47UseofZrO2表3-4.ZrO2原料粉末的种类与用途规格说明用途单斜氧化锆用电熔法制得耐火材料，颜料，研磨材料的原料用湿法制得，纯度高（达99.5%）压电元件、氧传感器的原料和光学玻璃的添加剂立方晶系氧化锆添加MgO、CaO、Y2O3作为稳定剂通过固溶制得主要用作CaO稳定的电熔氧化锗，也用作特种陶瓷，耐火材料的原料共沉淀法氧化锆用Y2O3共沉淀制得,纯度高（99.9%），晶粒粒径小（50nm）是精细陶瓷的一种令人瞩目的原料，能在较低温度下，且能得到高的强度48(3)TiO2纳米氧化钛制品纳米氧化钛电镜照片（3）氧化钛（TiO2）49(4)MgO（4）氧化镁（MgO）氧化镁产品50UseofMgO规格说明用途轻烧氧化镁用作合成橡胶的填料、制药、钢铁冶炼的添加剂与镁铁氧体。纯度有98%、99%、99.9%几种，而用于陶瓷的是纯度为99.9%轻烧氧化镁重烧氧化镁用作耐火材料的原料,引发剂载体、填料等重烧氧化镁电熔氧化镁用作耐火材料、电加热器、热电偶的原料电熔氧化镁表3-5.MgO的种类与用途513.1.3Naturalpolymer3.1.3NaturalPolymer图3-2.天然高分子化合物的主要用途J523.1.4Organicsyntheticrawmaterials3.1.4OrganicSyntheticRawMaterials图3-3.合成高分子化合物的主要用途J53Catalog3.23.2.1气相法3.2.2液相法3.2.3固相法JJJ3.2ManufacturingProcessandTechnique543.2.1Deposition不发生化学反应物理气相沉积法PVD化学气相沉积法CVD气相聚合GasPhasePolymerization3.2.1气相法Deposition发生气相化学反应55RelationfhipofdifferentfilmdepositionmothodsFigure3-4Relationfhipofdifferentfilmdepositionmothods563.2.1.1Physicalvapordeposition3.2.1.1PhysicalVaporDeposition57ClassificationofPVD阴极溅射法离子镀法电子轰击法电阻加热法二极直流溅射高频溅射磁控溅射反应溅射PVD法图3-5.PVD法的分类真空蒸镀58PVDforpreparingfilmmaterials（1）真空蒸镀EvaporationDepostionPVDforPreparingFilmMaterials59(1)Evaporationdepostion电阻加热法60电子轰击法电子轰击法61阳极材料轰击法阳极材料轰击法薄膜材料为棒状或线状薄膜材料为块状或粉末状62蒸镀合金蒸镀合金的成份从不同金属同时蒸发，可能是各别金属蒸镀并经退火后形成合金。蒸镀合金多重蒸镀源把合金当作单一来源使这些成份同时蒸发合金蒸镀源63(2)Sputteringdeposition（2）阴极溅射法（溅镀）SputteringDeposition64Equipment65Equipment适合导体材料适合所有固体材料66Classification二极直流溅射BipolarSputtering射频电溅镀RFSputtering磁控溅镀MagnetronSputtering反应溅镀ReactiveSputtering67MagnetronsputteringMagnetronSputtering68(3)Ionplating（3）离子镀法IonPlating69Equipment703.2.1.2Chemicalvapordeposition3.2.1.2ChemicalVaporDeposit