2.7 水热法制备粉体
2.7.1 水热法合成原理及特点 2.7.2 水热法的装置及特点 2.7.3 水热法的基本概述 2.7.4 水热法制备ZrO2纳米粉体 2.7.5水热法制备四方相BaTiO3纳米粉体 2.7.6 水热法制备粉体的过程 2.7.7 溶剂热法制备陶瓷粉体
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备 +
-
压力表 8 密封法兰 7 热电偶 6 基片 5 釜腔 4 内衬 3 (Teflon) 釜体 2 (1Cr18Ni9Ti) 加热炉 1
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
第二章
装置：
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备2.7.2 水热法的装置及特点
高压反应容器－高压釜。高压釜按压力来源内加压式和外 式。本实验采用内加压式，它是靠釜内一定填充度的溶媒在 高压时膨胀产生压力。 主要结构及工作原理 1)反应釜装置由1Cr18Ni9Ti不锈 钢制造的釜体、釜盖组成，釜体 和法兰为两体，以螺纹连接，釜 体和釜盖两者以8个均匀分布的合 金钢主螺栓装配紧密。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
在高温高压水热条件下，提供一个在常温条件下无法得到的
特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，
达到一定的过饱和度，形成原子或分子生长基元，进行成核结晶
生成粉体或纳米晶。
水热法制备陶瓷粉体实质上是前驱物在水热介质中溶解，成
核、长大，最终形成一定粒度和结晶形态的晶粒的过程。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
2)可保证高压釜正常操作和安全运转。
3) 爆破片装置由爆破片和夹持器等装配组成的压力泄放安
全装置，当爆破片两侧压力差达到预定温度下的预定值 时，爆破片即可动作（破裂或脱落）,泄放出压力介质。 4) 电加热炉为圆筒形，炉体内装有筒形硅炉芯，加热电阻 丝串连其中，其端头自下部串出接于源插座，使用时用
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水在一定填充比下,温度与压力的关系图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
③ 粘度 水的粘度随温度升高而下降。 在500℃，100MPa的条件下，水的粘度仅为常温常压条 件下的10%，在超临界区域内分子离子的活动性大为增加。 ④ 介电常数
以水为溶剂时，介电常数随温度升高而下降，却随压力升 高而升高，然而，前者的影响是主要的。
胶皮电缆线与控制器相连。
5) 电控部分有温度指示仪调节仪，加热电压表，电源和加 热信号灯，加热手调电钮，控制电源、电加热的开关。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
1.加热炉组 2.釜体组 3.进气阀组 4.釜盖组
5.搅拌传动组
6.电机支架组
7.压力表
8.热电偶 9.爆破安全阀 10.内冷却管 高压釜结构图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
2.7.3 水热法的基本概述 1) 水热结晶学基础
（1）反应介质水的有关性质
在水热条件下，水的性质将产生如下变化：
① 压力升高；
② 密度变小； ③ 离子积升高； ④ 粘度降低； ⑤ 介电常数降低。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
① 水的密度和电离 在1000℃，15~20GPa条件下，水的密度≈1.7~1.9 g/cm3。 在平衡状态下，水的密度随温度升高而降低，而高温溶剂 的运输能力强烈地依赖于溶剂的密度。
在所研究的范围内，水的离子积随P和T的增大而迅速增加。
1000℃，1000MPa的条件下，-lgKw＝7.85±0.3,水的离子积 比大约比标准状态 大6个数量级；
在100~300℃的条件下，水的离子积相当标准状态的几千倍。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
② P-T图对于水热反应，水的P-T图是很重要的。 在工作条件下，压强大多依赖于反应容器中原始溶 剂的填充度。在高温高压下，水的临界温度是374℃，临界 压力是21.7MPa,临界密度是0.32g/ml。 32％为高压釜的临界填充比。在初始填充比小于32％ 的情况下，当升高温度时，气－液相的界面稍有上升；随着 温度的继续增高至某一值时，液面就转而下降，直到升至临 界温度液相完全消失为止。 如果初始填充比大于临界值，温度升高时，气－液界 面就迅速升高，直到容器被液相所充满。
2.7.1 水热法合成原理及特点 水热法（热液法） 在密闭容器中，以水作为溶媒（也可是固相成分之一）， 在一定的温度（＞ 100℃）、压力（＞ 9.8MPa ）下，即在超 临界流体状态下研究、制备、加工和评价材料的一种方法。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热法研究的温度范围： 在水的沸点和临界点（374℃）之间，通常使用的是 130～250℃之间，相应的水蒸汽压是0.3～4Mpa。 水热法原理： 把在常温常压下不容易被氧化、合成的物质，通过将其
水的较高的介电常数局限在低及高密度（即高压）的小区 域内，电解质在水溶液中完全离解，然而随温度的上升，电 解质趋于重新结合。 对于大多数物质， 这种转变常在200～ 500℃之间发生。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
（2）水热结晶动力学基础 ① 水热体系中的成核驱动力 水热法能直接反应生成结晶性好的晶粒，水热体系中的 高的压力能加速晶粒的成核和长大。 水热体系中高压能促进生长基元向晶粒的转变，即加速了 晶粒的成核与长大。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
② 水热生长体系中的成核速率
在很短的时间内爆发成核
溶质大量被消耗，晶核生长过程缩短 使产物的晶粒粒径减少。 加快成核速率有两条途径： 升高反应温度
物系置于高温高压水溶液条件下来加速氧化、合成反应的进
行。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热法特点：
离子在水溶液状态下混合均匀性好
水随温度的升高和压力增大变为气态矿化剂，有非常大的解
聚能力和氧化能力，制备出超细理想结晶、纯度较高粉末
水热条件下离子能够容易地按化学计量反应，晶粒按结晶习
性生长，成为完整的理想晶体即自形晶。