中国科学技术大学：《陶瓷科学与工艺学》课程教学课件（讲稿）燃烧法制备陶瓷粉体

柠檬酸做燃料制备Sm掺杂CeO2 http://www.tudou.com/programs/view/RFTzy8Xmd8/?resourceld=80361007_06_02_99 最终粉体图片

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一、原理 燃烧合成(Combustion Synthesis,缩写CS),也称自蔓延高温合成 (Self-propagating High-temperature Synthesis,缩写SHS),是一高放热的化学体系 经外部能量诱发局部化学反应（点燃)，形成其前沿（燃烧波），使化学反应持续 蔓延，直至整个反应体系，最后达到合成所需材料目的的技术52)。在燃烧合成 看似简单的过程背后，深含着复杂的化学和物理化学转变，要想获得满意的产品， 就必须了解整个反应机理以及各种因素对燃烧合成过程的影响

一、原理

一、 原理 如果将自蔓延的燃烧区描述为燃烧波的话，试样被点燃后，燃烧波以稳定的 速度向一定方向传播时，燃烧波就在试样（或空间）内建立起温度、转化率和热释 放率的关系，这种关系如图2-1所示[S4。图中燃烧波从右向左蔓延。 燃烧波蔓延方向 If To 燃烧区 图2-1燃烧波中温度T、转化率n和热释放速率中示意图

一、原理

一、原理 如果在燃烧波蔓延传递过程中的某一瞬间，来考察试样（或空间)的温度分 布情况，可将其分为未受热影响区、预热区、初始燃烧区、二次化学和结构转变 区、冷却区、产物区，其温度分布情况如图2-2所示4。 1-未受热影响区 燃烧波藁延方向 2-预热区 Tmax 3-初始燃烧区 4-二次化学和 燃烧前沿 结构转委区 5-冷却区 6-产物区 燃烧温度曲线 To 2 3 6 图2-2自蔓延燃烧温度分布示意图

一、原理

二、燃烧法特征 ·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、H20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

二、燃烧法特征  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

二、燃烧法特征 自蔓延高温合成 低温撚桡合成Low-temperature Combustion Synthesis,LCS) 这种燃烧反应的特点是点火温度低(150~200℃)，燃烧 火焰温度低(1000~1400℃)， LCS的优势在于：其反应过程在溶液中进行，能保证化学计量比的精确性和 产物成分的均匀性，特别适于合成掺杂的多组分化合物：相对于SHS,其工艺简 单、快捷，不需特殊的设备；所得到氧化物粉体晶粒尺寸多为300m以下，所以 LCS法在制备氧化物超细粉特别是纳米氧化物粉末方面具有潜力

二、燃烧法特征

三、流程图 稀土氧化物 硝酸加热溶解 碱土金属硝酸盐 硝酸铝 稀土离子硝酸盐溶液 尿素 加水溶解 加水溶解 加水溶解 加热搅拌混合 前驱物 燃烧合成 测试分析 图2-3实验工艺流程简图

三、流程图

四、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

四、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

1)燃料的选择 料。还原剂则多半选用有机化合物，要求结构、组分简单，含碳量少，以免燃烧 后碳残留而污染产物，而且在高温中反应缓和，释放的气体无毒，同时易溶于水， 在水溶液中对金属离子具有较强的络合力，以免在燃烧挥发途中析出某一组分晶 体，破坏了整体的均匀性。 。相同还原能力条件下（如还原1olO2),放出的热量和气体量-决定反应 温度 ●溶解度 ·络合能力 ·分子量 ●还原能力等

1）燃料的选择  相同还原能力条件下（如还原1mol O2），放出的热量和气体量-决定反应 温度  溶解度  络合能力  分子量  还原能力等

盐类的选择 氧化剂通常是构成产物化学组成的阳离子硝酸盐，要求水溶性好，以适应溶液配 料。 水的用量 溶解原料时，应该在保证各原料溶解并能充分混合均匀的前提下，蒸馏水的加 入量应该尽可能的少

盐类的选择 水的用量