La característica común de la preparación de partículas de polvo por el método químico en fase líquida es que se parte de una solución homogénea, se separa el soluto del disolvente a través de diversos medios y se forman partículas de una determinada forma y tamaño para obtener el precursor del polvo deseado. , que luego se piroliza para obtener las partículas de polvo. Actualmente, los métodos de preparación habituales incluyen precipitación química en fase líquida, hidrólisis, hidrotermal, pulverización, sol-gel, etc.
1. Método de precipitación química en fase líquida.
El método de precipitación química en fase líquida se refiere a un método de preparación química en el que una solución salina soluble produce un precipitado después de encontrar un precipitante en un sistema de fase líquida, y el precipitado se descompone térmicamente o se separa de la fase acuosa para preparar las partículas de polvo deseadas. El método de precipitación química en fase líquida es un método que puede obtener partículas de polvo con una excelente uniformidad de composición. El método de precipitación química en fase líquida también se puede dividir en método de precipitación monofásico y método de precipitación multifásico según el número de fases.
(1) Método de precipitación monofásico
En un sistema de solución que contiene uno o más cationes, después de agregar un precipitante, el precipitado preparado es un compuesto único, lo que se denomina método de precipitación monofásico.
Por ejemplo, la preparación de polvo de BaTiO3 utilizando ácido oxálico como precipitante es un método de precipitación monofásico. Después de agregar ácido oxálico como precipitante a la solución de nitrato de Ba y Ti, se forma un precipitado compuesto monofásico de BaTiO(C2O4)2·4H2O; el precipitado se calcina y se descompone para obtener polvo de BaTiO3. En la siguiente figura se muestra el dispositivo experimental para preparar polvo de BaTiO3 utilizando ácido oxálico como precipitante.
(2) Método de precipitación multifase
En un sistema de solución que contiene múltiples cationes, después de agregar un precipitante, el precipitado preparado es una mezcla, lo que se denomina método de precipitación multifase. El método de preparación de polvo de óxido de circonio y óxido de itrio mediante precipitación química es un método de precipitación multifásico.
El coprecipitado de hidróxido obtenido se puede lavar, deshidratar y calcinar para obtener micropartículas de ZrO2-Y2O con buena actividad de sinterización. El proceso de precipitación multifásico es muy complicado. No se pueden precipitar al mismo tiempo diferentes tipos de cationes en la solución. El orden de precipitación de varios iones también está estrechamente relacionado con el pH de la solución.
2. Método de hidrólisis
El método de hidrólisis es un tipo de método de preparación química en fase líquida. Se refiere a un método en el que un compuesto de reacción en una solución acuosa puede hidrolizarse para formar un precipitado y prepararse en partículas de polvo. Normalmente, las materias primas son sales metálicas y agua, y el producto de la reacción de hidrólisis es hidróxido o hidrato. Las partículas de polvo de alta pureza se pueden obtener fácilmente a partir de sales metálicas de alta pureza. Las sales metálicas que se pueden usar para preparar partículas de polvo mediante hidrólisis incluyen cloruros, sulfatos, nitratos, sales de amonio, etc. Además, las sales de alcohol metálico también se pueden usar como materias primas para preparar partículas de polvo. El método de hidrólisis se divide en dos tipos: el método de hidrólisis de sales inorgánicas y el método de hidrólisis de sales de alcohol metálico.
(1) Método de hidrólisis de sales inorgánicas
El método de hidrólisis de sales inorgánicas se refiere a un método de preparación de partículas de polvo mediante reacción de hidrólisis utilizando soluciones de cloruros, sulfatos, nitratos, etc. metálicos. El método más común es preparar óxidos metálicos u óxidos metálicos hidratados. Por ejemplo, la preparación de nanopolvo de óxido de circonio consiste en hidrolizar cíclicamente tetracloruro de circonio y oxicloruro de circonio en agua caliente. El precipitado resultante es óxido de circonio hidratado, cuyo tamaño de partícula, forma y forma cristalina varían con la concentración inicial y el pH de la solución, y se pueden obtener partículas de polvo uniformes.
(2) Método de hidrólisis de alcóxido metálico
Alcóxido metálico es un término general para compuestos que reemplazan el hidrógeno en el grupo hidroxilo del alcohol con un elemento metálico.
La fórmula general del alcóxido metálico es M (OR), donde M representa el elemento metálico y R es un grupo alquilo. El alcóxido metálico también puede denominarse compuesto metálico. El alcóxido metálico es un concepto diferente de los compuestos metálicos orgánicos de uso común. El alcóxido es un compuesto que combina metal y oxígeno para formar un enlace MOC, que se denomina compuesto organometálico. Los compuestos metálicos orgánicos se refieren a compuestos que combinan directamente grupos alquilo con metales para formar un enlace -CM.
La hidrólisis de alcóxidos metálicos se refiere a un método para preparar partículas de polvo hidrolizando alcóxidos orgánicos metálicos en disolventes orgánicos para formar precipitados de hidróxido u óxido. Este método de preparación tiene las siguientes características:
●Los reactivos orgánicos son generalmente de alta pureza, por lo que el uso de reactivos orgánicos como solventes para alcóxidos metálicos puede producir polvos de óxido de alta pureza.
● Se pueden preparar partículas de polvo de óxido metálico compuestas analíticamente puras. Uno de los indicadores más importantes del polvo de óxido metálico compuesto es la uniformidad de la composición entre las partículas de polvo de óxido. El método de hidrólisis de sales de alcohol puede obtener partículas con la misma composición.
El proceso de hidrólisis no requiere la adición de álcali, por lo que no hay aniones ni iones de metales alcalinos dañinos. Las condiciones de reacción son suaves y el funcionamiento sencillo, pero el coste es elevado.
3. Método hidrotermal
El método hidrotermal se refiere a un método para preparar partículas de polvo realizando reacciones químicas relevantes en un solvente (como agua, etanol benceno, etc.) a alta temperatura y alta presión. El tamaño mínimo de partícula de las partículas de polvo preparadas mediante el método hidrotermal puede alcanzar el nivel nanométrico. Según los diferentes tipos de reacción, el método hidrotermal también se puede subdividir en método de oxidación hidrotermal, método de precipitación hidrotermal, método de síntesis hidrotermal, método de reducción hidrotermal, etc.
4. Método de evaporación del disolvente.
El método de evaporación de disolventes se refiere a un método para preparar productos en polvo de óxidos mixtos utilizando sal soluble como materia prima, disolviéndola en un disolvente, evaporando el disolvente por diversos medios y luego obteniendo un producto en polvo de óxidos mixtos mediante una reacción de descomposición térmica. En comparación con el método de precipitación y el método de hidrólisis, el método de evaporación de disolventes no tiene los problemas de la difícil precipitación de coloides, la fácil mezcla de impurezas en los polvos de lavado y filtrado, etc.
Según los diferentes métodos de evaporación de disolventes, el método de evaporación de disolventes se puede dividir en secado por aspersión, secado con fluidos supercríticos, liofilización, etc.
La liofilización se refiere al proceso de atomizar una solución que contiene iones metálicos en pequeñas gotas y enfriarla rápidamente para solidificarla. Las gotitas congeladas así obtenidas evaporan toda el agua mediante sublimación para formar sales anhidras de solutos, y esta sal se calcina a baja temperatura para preparar partículas de polvo. La liofilización es un método ampliamente utilizado para preparar partículas de polvo altamente activas.
Sus características son:
① Puede preparar materias primas en polvo con composiciones complejas a partir de soluciones salinas solubles.
② Mediante una congelación rápida, se puede mantener el estado de mezcla uniforme de los iones metálicos en la solución.
③ Las sales anhidras se pueden preparar fácilmente mediante liofilización. La fusión por hidratación de sales anhidras generalmente ocurre en condiciones mucho más bajas que la temperatura de fusión de las sales anhidras, evitando así la separación de la composición de las sales mixtas durante la fusión.
④ La liofilización genera un cuerpo seco poroso, por lo que el polvo obtenido tiene buena permeabilidad a los gases. El gas generado durante la calcinación es fácil de liberar y su propiedad de trituración también es buena, por lo que es fácil ser multado.
5. Método sol-gel
El método sol-gel se refiere a un método en el que un precursor se disuelve en un solvente para formar una solución uniforme, se prepara un sol mediante reacción de hidrólisis o alcohólisis entre el soluto y el solvente, y luego la suspensión de polvo recubierto pretratado se mezclado con él. Bajo la acción de un agente gelificante, el sol se transforma en gel después del envejecimiento y luego se obtiene un polvo compuesto recubierto mediante calcinación a alta temperatura.