實驗1.2 主晶相的固相合成

1、實驗實驗1.2主晶相的固相法合成主晶相的固相法合成一實驗目的1.了解固相反應的原理、配比和混料對主晶相的影響2.掌握惰性氣氛下固相反應的實驗步驟，了解一種對產物進行碳包覆的方法。3.掌握LiTi2(PO4)3C材料的制備二合成原理對于應用型磷酸鈦鋰電極材料，通常需要得到相對高純度的LiTi2(PO4)3C，因為這是電化學活性的材料，否則以此材料制備的電極的容量將低于預期值，不利于制備高容量的鋰離子電池。但是，磷酸鈦鋰材料的導電性不佳，通

2、常需要在表面進行碳包覆，提高其電子導電性。葡萄糖是一種常用的包覆試劑，能夠在高溫下碳化覆蓋在活性電極材料表面，增強材料的導電性能。主晶相的固相法合成通常是功能陶瓷材料制造過程中最重要的工序之一。以鋯鈦酸鉛壓電陶瓷元件為例，經球磨、混合后壓實的坯件，通過合成這道工序，在一定條件下，可制出較為穩(wěn)定的鋯鈦酸鉛固溶體以及微量的極不穩(wěn)定的游離氧化鉛、氧化鋯、二氧化鈦。確定合成條件的原則有兩條：一是務必使配方各組分的固相反應完全，游離的氧化物能達到

3、最小極限；二是要防止配方各組分的還原以及氧化鉛的大量揮發(fā)。1.低溫階段（室溫至200℃）低溫階段實際上就是烘烤階段。這一階段主要是排除坯件中的水分及微量的有機物，并無化學變化。坯件中的水分及有機物被排除后，取而代之的是空氣，所以氣孔率增加，相應的透氣性隨之增大，坯件體積密度減少，且體積呈現微量收縮。這一細節(jié)的變化都是物理變化，沒有任何新化合物的生成。為使坯件中含有的水分和有機揮發(fā)物得到徹底干燥和充分排出，必須通風良好，爐門不能緊閉，容器

4、不能密封。若坯件中含水分過多，且升溫速度太快，坯件很可能崩碎裂成碎塊。2.分解、化合反應階段（200~850℃）（1）采用不同類的鉛的化合物時，合成固相反應的最高溫度不相同。當采用堿式碳酸鉛2PbCO3Pb(OH)2或者碳酸鉛PbCO3時，600℃以前是分解反應階段，生成PbO:?????23COPbOPbCOOHCO2PbOPb(OH)PbCO2223???????620℃開始有形成鈦酸鉛PbTiO3的反應，到770℃或775℃時產生

5、共融液相，使反應加劇，到850℃時PZT固溶體反應基本完成：32PbTiOTiOPbO????323Ti)OPb(ZrPbOZrOPbTiO?????配方不同，保溫階段的溫度也有差異，一般在850~900℃之間。這一階段主要是繼續(xù)完成上階段尚未完成的化學反應。固態(tài)物質的化合反應不像液相物質的化合反應那么容易，必須有一定的反應時間。因此，必須經過一定是時間的保溫，使反應更加充分和完全。4.利用碳酸鋰、二氧化鈦、磷酸二氫銨制備磷酸鈦鋰電極材

6、料時，反應與上述PZT陶瓷材料的反應過程相似。但是，碳酸鋰熔點723℃，分解溫度相當高（1300℃），而磷酸二氫銨的分解溫度相對較低，產物之一磷酸能夠與碳酸鋰發(fā)生反應，促進固相反應的進行。5.碳包覆磷酸鈦鋰：需要在惰性氣氛爐中反應。通常采用葡萄糖、蔗糖類有機物，在無氧的條件下熱分解，原位生成碳。如果采用空氣氣氛，碳將被氧化生成CO2。三儀器設備管式氣氛爐、N2或者Ar氣、研缽四實驗原料實驗1.1配料、混合得到的粉體五實驗步驟當制備產物為

7、磷酸鈦鋰(LiTi2(PO4)3)時，原料采用碳酸鋰、二氧化鈦、磷酸二氫銨，其固相反應合成工藝條件如下。1.裝爐將球磨好的粉末裝在瓷舟（或石英舟、剛玉舟）內，以便于氣體和水分的逸出。每爐合成一批料粉較合適。2.升溫速度和保溫時間600℃以下升溫不能太快，以防生成的氣體過快，導致管式爐炸開，另外大量的氣體包括水氣、氨氣對爐膛不利。一般每10min升溫40℃（即240℃h）較為合適。在600℃反應保持恒溫，使得碳酸鹽得以充分分解，有機物盡量

8、碳化，水分也得以盡可能排除。因此，在此溫度建議保溫34h。然后進行升溫燒結，可以采用緩慢的升溫（每分鐘3度）升溫到900℃，保溫912h，使得固相反應充分進行。在研磨步驟中，是否再加碳包覆試劑，視情況而定。3.降溫速度達到保溫時間后，程序進入降溫步驟，降溫步驟同樣可以設定降溫速度，也可以采取自然降溫法。爐溫降到100℃，即可取出瓷舟。4.爐內氣氛的選擇通常需要陶瓷坯件的燒結需要中性或者氧化性氣氛為好。還原氣氛將導致坯料料粉還原后發(fā)黑，必