La caractéristique commune de la préparation de particules de poudre par méthode chimique en phase liquide est qu'elle part d'une solution homogène, sépare le soluté du solvant par divers moyens et forme des particules d'une certaine forme et taille pour obtenir le précurseur de la poudre souhaitée. , qui est ensuite pyrolysé pour obtenir les particules de poudre. Actuellement, les méthodes de préparation courantes comprennent la précipitation chimique en phase liquide, l'hydrolyse, l'hydrothermie, la pulvérisation, le sol-gel, etc.
1. Méthode de précipitation chimique en phase liquide
La méthode de précipitation chimique en phase liquide fait référence à une méthode de préparation chimique dans laquelle une solution saline soluble produit un précipité après avoir rencontré un précipitant dans un système en phase liquide, et le précipité est décomposé thermiquement ou séparé de la phase aqueuse pour préparer les particules de poudre souhaitées. La méthode de précipitation chimique en phase liquide est une méthode qui permet d'obtenir des particules de poudre avec une excellente uniformité de composition. La méthode de précipitation chimique en phase liquide peut également être divisée en méthode de précipitation monophasée et méthode de précipitation multiphasique en fonction du nombre de phases.
(1) Méthode de précipitation monophasée
Dans un système de solution contenant un ou plusieurs cations, après ajout d'un précipitant, le précipité préparé est un composé unique, appelé méthode de précipitation monophasée.
Par exemple, la préparation de poudre de BaTiO3 en utilisant de l'acide oxalique comme précipitant est une méthode de précipitation monophasée. Après avoir ajouté de l'acide oxalique comme précipitant à la solution de nitrate de Ba et Ti, un précipité composé monophasé de BaTiO(C2O4)2·4H2O est formé ; le précipité est calciné et décomposé pour obtenir de la poudre de BaTiO3. Le dispositif expérimental de préparation de poudre de BaTiO3 utilisant de l'acide oxalique comme précipitant est illustré dans la figure ci-dessous.
(2) Méthode de précipitation multiphasique
Dans un système de solution contenant plusieurs cations, après ajout d'un précipitant, le précipité préparé est un mélange, appelé méthode de précipitation multiphasique. Le procédé de préparation de poudre d'oxyde de zirconium-oxyde d'yttrium par précipitation chimique est un procédé de précipitation multiphasique.
Le coprécipité d'hydroxyde obtenu peut être lavé, déshydraté et calciné pour obtenir des microparticules de ZrO2-Y2O avec une bonne activité de frittage. Le processus de précipitation multiphasique est très compliqué. Différents types de cations présents dans la solution ne peuvent pas être précipités en même temps. L’ordre de précipitation des différents ions est également étroitement lié au pH de la solution.
2. Méthode d'hydrolyse
La méthode d'hydrolyse est un type de méthode de préparation chimique en phase liquide. Il fait référence à une méthode dans laquelle un composé réactionnel dans une solution aqueuse peut être hydrolysé pour former un précipité et préparé en particules de poudre. Habituellement, les matières premières sont des sels métalliques et de l'eau, et le produit de la réaction d'hydrolyse est un hydroxyde ou un hydrate. Des particules de poudre de haute pureté peuvent être facilement obtenues à partir de sels métalliques de haute pureté. Les sels métalliques qui peuvent être utilisés pour préparer des particules de poudre par hydrolyse comprennent les chlorures, les sulfates, les nitrates, les sels d'ammonium, etc. De plus, les sels d'alcool métallique peuvent également être utilisés comme matières premières pour préparer des particules de poudre. La méthode d'hydrolyse est divisée en deux types : la méthode d'hydrolyse des sels inorganiques et la méthode d'hydrolyse des sels d'alcool métallique.
(1) Méthode d'hydrolyse des sels inorganiques
La méthode d'hydrolyse des sels inorganiques fait référence à une méthode de préparation de particules de poudre par réaction d'hydrolyse utilisant des solutions de chlorures métalliques, de sulfates, de nitrates, etc. La méthode la plus courante consiste à préparer des oxydes métalliques ou des oxydes métalliques hydratés. Par exemple, la préparation de nanopoudre d'oxyde de zirconium consiste à hydrolyser de manière cyclique le tétrachlorure de zirconium et l'oxychlorure de zirconium dans de l'eau chaude. Le précipité résultant est de l'oxyde de zirconium hydraté, dont la taille des particules, la forme et la forme cristalline varient en fonction de la concentration initiale et du pH de la solution, et des particules de poudre uniformes peuvent être obtenues.
(2) Méthode d'hydrolyse des alcoolates métalliques
L'alcoolate métallique est un terme général désignant les composés qui remplacent l'hydrogène du groupe hydroxyle de l'alcool par un élément métallique.
La formule générale de l'alcoolate métallique est M(OR), où M représente l'élément métallique et R est un groupe alkyle. L'alcoolate métallique peut également être appelé un composé métallique. L'alcoolate métallique est un concept différent des composés métalliques organiques couramment utilisés. L'alcoolate est un composé qui combine le métal et l'oxygène pour former une liaison MOC, appelée composé organométallique. Les composés métalliques organiques font référence à des composés qui combinent directement des groupes alkyle avec des métaux pour former une liaison -CM.
L'hydrolyse des alcoolates métalliques fait référence à une méthode de préparation de particules de poudre par hydrolyse des alcoolates organiques métalliques dans des solvants organiques pour former des précipités d'hydroxyde ou d'oxyde. Ce mode de préparation présente les caractéristiques suivantes :
●Les réactifs organiques sont généralement d'une grande pureté, donc l'utilisation de réactifs organiques comme solvants pour les alcoxydes métalliques peut produire des poudres d'oxydes de haute pureté.
● Des particules de poudre d'oxyde métallique composite analytiquement pures peuvent être préparées. L’un des indicateurs les plus importants de la poudre d’oxyde métallique composite est l’uniformité de la composition entre les particules de poudre d’oxyde. La méthode d'hydrolyse des sels d'alcool permet d'obtenir des particules de même composition.
Le processus d'hydrolyse ne nécessite pas l'ajout d'alcali, il n'y a donc pas d'anions nocifs ni d'ions de métaux alcalins. Les conditions de réaction sont douces et l’opération simple, mais le coût est élevé.
3. Méthode hydrothermale
La méthode hydrothermale fait référence à une méthode de préparation de particules de poudre en effectuant des réactions chimiques pertinentes dans un solvant (tel que l'eau, l'éthanol benzène, etc.) à haute température et haute pression. La taille minimale des particules de poudre préparées par la méthode hydrothermale peut atteindre le niveau nanométrique. Selon les différents types de réactions, la méthode hydrothermale peut également être subdivisée en méthode d'oxydation hydrothermale, méthode de précipitation hydrothermale, méthode de synthèse hydrothermale, méthode de réduction hydrothermale, etc.
4. Méthode d'évaporation du solvant
Le procédé d'évaporation de solvant fait référence à un procédé de préparation de produits en poudre d'oxyde mixte en utilisant un sel soluble comme matière première, en le dissolvant dans un solvant, en évaporant le solvant par divers moyens, puis en obtenant un produit en poudre d'oxyde mixte par une réaction de décomposition thermique. Par rapport à la méthode de précipitation et à la méthode d'hydrolyse, la méthode d'évaporation du solvant ne présente pas les problèmes de précipitation difficile des colloïdes, de mélange facile des impuretés dans les poudres de lavage et de filtration, etc.
Selon les différentes méthodes d'évaporation du solvant, la méthode d'évaporation du solvant peut être divisée en séchage par pulvérisation, séchage par fluide supercritique, lyophilisation, etc.
La lyophilisation fait référence au processus d'atomisation d'une solution contenant des ions métalliques en minuscules gouttelettes et de son refroidissement rapide pour la solidifier. Les gouttelettes congelées ainsi obtenues évaporent toute l'eau par sublimation pour former des sels anhydres de solutés, et ce sel est calciné à basse température pour préparer des particules de poudre. La lyophilisation est une méthode largement utilisée pour préparer des particules de poudre hautement actives.
Ses caractéristiques sont :
① Il peut préparer des matières premières en poudre avec des compositions complexes à partir de solutions salines solubles.
② Grâce à une congélation rapide, l'état de mélange uniforme des ions métalliques dans la solution peut être maintenu.
③ Les sels anhydres peuvent être facilement préparés par lyophilisation. La fusion par hydratation des sels anhydres se produit généralement dans des conditions bien inférieures à la température de fusion des sels anhydres, évitant ainsi la séparation de la composition des sels mélangés pendant la fusion.
④ Un corps sec poreux est généré par lyophilisation, de sorte que la poudre obtenue a une bonne perméabilité aux gaz. Le gaz généré lors de la calcination est facile à libérer et sa propriété de concassage est également bonne, il est donc facile d'être condamné à une amende.
5. Méthode sol-gel
La méthode sol-gel fait référence à une méthode dans laquelle un précurseur est dissous dans un solvant pour former une solution uniforme, un sol est préparé par réaction d'hydrolyse ou d'alcoolyse entre le soluté et le solvant, puis la suspension de poudre enrobée prétraitée est mêlé à cela. Sous l'action d'un gélifiant, le sol se transforme en gel après vieillissement, puis une poudre composite enrobée est obtenue par calcination à haute température.