高純、精細陶瓷粉體材料的制備，是高科技產(chǎn)品質(zhì)量的根本保證。世界許多國家投入了大量人力物力，為發(fā)展應(yīng)用高性能陶瓷材料進行了深入研究，取得了許多突破性進展。如在高純、超細陶瓷粉體的合成技術(shù)、粉體的特性、粉體的處理與形狀的形成、粉體燒結(jié)行為及粉體—微觀結(jié)構(gòu)—性能問題的關(guān)系等研究方面均取得了許多新成果。現(xiàn)主要就陶瓷粉體制備的最新技術(shù)予以介紹。
一、溶膠—凝膠技術(shù)
近年來，該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，特別是在工業(yè)化生產(chǎn)方面取得了明顯進展。如：日本利用該方法制備的氧化鋁陶瓷薄膜的厚度達到了100μｍ，多層條件下的抗壓強度高達530Ｍｐａ，燒后的陶瓷薄片幾乎完全致密、無氣孔。該技術(shù)還被用來制造多層陶瓷電容器。
日本研究者還用該技術(shù)將氧化鋯均勻地分散于莫來石中以提高其斷裂韌性，氧化鋯的加入量限制在15ｖｏ1％以下，經(jīng)1600℃燒成后，成為充分致密的材料，室溫下抗彎強度和斷裂韌性分別達500Ｍｐａ和4.3Ｍｐａ．ｍ1/2。
另外，日本某大學(xué)用表面改性技術(shù)來制備氧化鋯／氧化物復(fù)合陶瓷材料，分散的氧化物顆粒用優(yōu)先水解的烷氧基鋯涂復(fù)。這樣，在球形的硅膠顆粒上形成均勻的氧化鋯深層，燒結(jié)以后形成致密均勻的顯微結(jié)構(gòu)。
以上介紹的溶膠—凝膠技術(shù)主要應(yīng)用于電子陶瓷粉體的制備，也有成功地應(yīng)用于批量粉料的制備。如：澳大利亞已生產(chǎn)出每批100kg的粉料，粉體的比表面積250～300ｍ２/克，密度為2.91～3.45克／厘米２。
二、氧化物的水熱合成
水熱合成是一種制備超細陶瓷粉體的新技術(shù)，可以單獨進行，也可以與臨介干燥技術(shù)結(jié)合進行粉體制備。
德國研究者采用鋁、鈦鹽水熱結(jié)晶與共沉淀結(jié)合的方法制備出高純穩(wěn)定的鋁／鈦氧化物粉體。日本科研人員采用水熱合成于200℃，２ＭＰａ，條件下研磨混合制備ＢａＦｅ６Ｏ１２結(jié)晶粉體，結(jié)晶物理1000℃煅燒后，獲得具有良好磁性的ＢａＦｅ６Ｏ１２粉體。
法國科研人員用兩種水熱結(jié)晶方法制備出細小的光敏Ｂｉ１２ＧｅＯ１２粉體，一種方法是將鉍和鍺的氧化物在水中球磨研磨或氧化物在水中以１個大氣壓的條件下加熱分解；第二種方法制備的Ｂｉ１２ＧｅＯ２０晶體在１０～１００℃的水中形成，粉體顆粒尺寸為５μｍ，添加酸性溶液或用熱水研磨，反應(yīng)速度提高。
以色列、瑞典、荷蘭及丹麥四國科學(xué)家聯(lián)合研究以釔穩(wěn)定的氧化鋯粉體的水熱合成，制備的粉體尺寸只有１０～２０μｍ，粉體的顆粒尺寸太小，就會對熱等靜壓成型之類的工藝產(chǎn)生不利影響，需要煅燒來增大顆粒尺寸，但這不利于形成團聚。為解決這一矛盾，水熱合成的粉體需用超臨介干燥法進行干燥，即將流體與沉淀物置于高壓釜中加熱到冷凝物臨介點的溫度和壓力以上，然后降低至常壓，以消除毛細管力的作用。要除去殘余的干燥水分，往往需要采用高溫與高壓，流態(tài)中形成的沉淀物可用甲醇進行洗滌，使其變成漿狀物，然后在低溫條件下將有機溶劑去除。獲得的粉體經(jīng)1000℃煅煉后可達到理論密度的97.4％。采用其它反團聚措施之后，1400℃燒結(jié)的氧化鋯粉體可達99.5％的理論密度。
三、非氧化物的氣相合成技術(shù)
近年來，氣相合成技術(shù)有了很大發(fā)展，該技術(shù)多為連續(xù)進行，對反應(yīng)產(chǎn)物進行簡單的純化及最大限度的混合。但是，高溫反應(yīng)易造成容器材料的腐蝕。另外，制得的粉末晶體的結(jié)晶度不好，難以壓實。科研人員在不斷對該技術(shù)進行改進。實踐證明，氣相合成有很高的回收率。
現(xiàn)已有多種碳還原及等離子體方法制備碳化物和氫化物粉體。如：日本研究人員用鈦和石墨為起始物，采用電弧反射加熱的碳熱還原法制備出微米尺寸的氮化鈦和碳化鈦，由于使用電孤反射爐，反應(yīng)的加熱時間大大縮短，溫度明顯降低。
聚合物的熱分解是制備碳化物和氮化物的另一種技術(shù)。日本正在研究用聚硅烷作為制備氮化硅的前驅(qū)體，因為用它可獲得高產(chǎn)率的陶瓷粉體，高含量的聚硅烷可使生坯密度高達理論密度的６２％。該密度在聚硅烷熱解后不變化，收縮率小，機械強度與普通方法制備的氮化硅陶瓷相同。研究發(fā)現(xiàn)，該性能取決于氮氣氛條件下的加熱溫度。
應(yīng)用等離子體技術(shù)制備非氧化物粉體的優(yōu)點是：可以低溫?zé)Y(jié)，而且能制備出高質(zhì)量粉體。日本采用高頻感應(yīng)產(chǎn)生的離子體直接將金屬氮化來制備氮化鋁，這種等離子焰可產(chǎn)生很高溫度，由于不用電極，從而避免了產(chǎn)出物的污染，制備出的２０～９０ｎｍ。超細氮化鋁粉體中的金屬雜質(zhì)小于１００ＰＰｍ，氧氣量小于２％。
四、共沉淀法
荷蘭的科研工作者采用沉淀法制備出鐵氧體粉料，他們先將鐵的氫氧化物與基液均勻混合，然后在氧／氮或硝酸鹽中氧化獲得顆粒尺寸0.03～0.33μｍ的粉體，具有20％的分散率。選用適當(dāng)?shù)臍溲趸锟色@得６０％理論密度的生坯。用四丁基氨的氫氧化物可獲得最致密的坯體。該國科學(xué)家還利用另一種沉淀技術(shù)制備出高比表面積的活性氧化釔，借助釔離子對溶液中聚合物鰲合劑的鰲合作用形成凝膠狀的沉淀物。沉淀物的灰化溫度決定了氧化釔離子比表面積的晶體尺寸。
德國的科學(xué)家也應(yīng)用類似方法，從水—油乳化液中制備添加了氧化釔的球形氧化鋯，微球內(nèi)的氫氧化物沉淀用離子交換法制得。水的共沸蒸餾形成球狀非晶態(tài)顆粒，經(jīng)過過濾、干燥和煅煉后可得到尺寸為0.3～3.0μｍ的穩(wěn)定四方晶氧化鋯粉體。該技術(shù)可用于制造ＢａＴｉＯ３和超導(dǎo)氧化物粉體，它具有連續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟的優(yōu)點。
共沉淀法還被成功地應(yīng)用于制造半透明陶瓷。法國某公司用丁醇鋁及甲醇鹽、丁醇鹽之類硅醇鹽迅速水解的方法來合成微細的莫來石膠體粉料，膠體結(jié)構(gòu)類似于尖晶石，其組成式可綜合為３Ａｌ２Ｏ３·ＸＳｉＯ２·１５Ｈ２Ｏ，壓制成半透明的生坯片，密度為1.7～2.4克／厘米３。
西班牙科研人員制備出添加了氧化鉺的四方晶氧化鋯陶瓷粉體，采用凝膠沉淀與反聚凝相結(jié)合方法制備出的粉體顆粒，尺寸均勻，顆粒尺寸小于0.3μｍ，且無團聚現(xiàn)象。在沉淀過程中，須將ＰＨ值嚴格控制在９以下，以便形成均勻的凝膠沉淀，沉淀物的煅燒溫度應(yīng)低于550℃，以保持顆粒表面活性，提高粉體燒結(jié)性能。粉體的壓制體在1400℃以下可燒結(jié)成99.8％理論密度的材料，厚度大于１ｍｍ的薄片在波長為300～800ｎｍ之間的光譜內(nèi)有極好的半透明性。
五、噴霧熱分解法
日本的科研人員開發(fā)了一種噴霧干燥／噴霧—熱分解技術(shù)來制備氧化物超導(dǎo)粉體，用作霧化的溶液有硝酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽及含有草酸鹽沉淀物的泥漿，制得的粉體顆粒尺寸0.1～1μｍ，組份均勻，燒結(jié)體密度可達理論密度的95～98％。法國研究人員利用超聲波霧化器在液態(tài)中將氯氧化鋯與銷酸釔混合，經(jīng)熱處理后制備出氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉體，粉體顆粒呈球形，稍帶微孔，尺寸為0.2～1.8μｍ。
一、溶膠—凝膠技術(shù)
近年來，該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，特別是在工業(yè)化生產(chǎn)方面取得了明顯進展。如：日本利用該方法制備的氧化鋁陶瓷薄膜的厚度達到了100μｍ，多層條件下的抗壓強度高達530Ｍｐａ，燒后的陶瓷薄片幾乎完全致密、無氣孔。該技術(shù)還被用來制造多層陶瓷電容器。
日本研究者還用該技術(shù)將氧化鋯均勻地分散于莫來石中以提高其斷裂韌性，氧化鋯的加入量限制在15ｖｏ1％以下，經(jīng)1600℃燒成后，成為充分致密的材料，室溫下抗彎強度和斷裂韌性分別達500Ｍｐａ和4.3Ｍｐａ．ｍ1/2。
另外，日本某大學(xué)用表面改性技術(shù)來制備氧化鋯／氧化物復(fù)合陶瓷材料，分散的氧化物顆粒用優(yōu)先水解的烷氧基鋯涂復(fù)。這樣，在球形的硅膠顆粒上形成均勻的氧化鋯深層，燒結(jié)以后形成致密均勻的顯微結(jié)構(gòu)。
以上介紹的溶膠—凝膠技術(shù)主要應(yīng)用于電子陶瓷粉體的制備，也有成功地應(yīng)用于批量粉料的制備。如：澳大利亞已生產(chǎn)出每批100kg的粉料，粉體的比表面積250～300ｍ２/克，密度為2.91～3.45克／厘米２。
二、氧化物的水熱合成
水熱合成是一種制備超細陶瓷粉體的新技術(shù)，可以單獨進行，也可以與臨介干燥技術(shù)結(jié)合進行粉體制備。
德國研究者采用鋁、鈦鹽水熱結(jié)晶與共沉淀結(jié)合的方法制備出高純穩(wěn)定的鋁／鈦氧化物粉體。日本科研人員采用水熱合成于200℃，２ＭＰａ，條件下研磨混合制備ＢａＦｅ６Ｏ１２結(jié)晶粉體，結(jié)晶物理1000℃煅燒后，獲得具有良好磁性的ＢａＦｅ６Ｏ１２粉體。
法國科研人員用兩種水熱結(jié)晶方法制備出細小的光敏Ｂｉ１２ＧｅＯ１２粉體，一種方法是將鉍和鍺的氧化物在水中球磨研磨或氧化物在水中以１個大氣壓的條件下加熱分解；第二種方法制備的Ｂｉ１２ＧｅＯ２０晶體在１０～１００℃的水中形成，粉體顆粒尺寸為５μｍ，添加酸性溶液或用熱水研磨，反應(yīng)速度提高。
以色列、瑞典、荷蘭及丹麥四國科學(xué)家聯(lián)合研究以釔穩(wěn)定的氧化鋯粉體的水熱合成，制備的粉體尺寸只有１０～２０μｍ，粉體的顆粒尺寸太小，就會對熱等靜壓成型之類的工藝產(chǎn)生不利影響，需要煅燒來增大顆粒尺寸，但這不利于形成團聚。為解決這一矛盾，水熱合成的粉體需用超臨介干燥法進行干燥，即將流體與沉淀物置于高壓釜中加熱到冷凝物臨介點的溫度和壓力以上，然后降低至常壓，以消除毛細管力的作用。要除去殘余的干燥水分，往往需要采用高溫與高壓，流態(tài)中形成的沉淀物可用甲醇進行洗滌，使其變成漿狀物，然后在低溫條件下將有機溶劑去除。獲得的粉體經(jīng)1000℃煅煉后可達到理論密度的97.4％。采用其它反團聚措施之后，1400℃燒結(jié)的氧化鋯粉體可達99.5％的理論密度。
三、非氧化物的氣相合成技術(shù)
近年來，氣相合成技術(shù)有了很大發(fā)展，該技術(shù)多為連續(xù)進行，對反應(yīng)產(chǎn)物進行簡單的純化及最大限度的混合。但是，高溫反應(yīng)易造成容器材料的腐蝕。另外，制得的粉末晶體的結(jié)晶度不好，難以壓實。科研人員在不斷對該技術(shù)進行改進。實踐證明，氣相合成有很高的回收率。
現(xiàn)已有多種碳還原及等離子體方法制備碳化物和氫化物粉體。如：日本研究人員用鈦和石墨為起始物，采用電弧反射加熱的碳熱還原法制備出微米尺寸的氮化鈦和碳化鈦，由于使用電孤反射爐，反應(yīng)的加熱時間大大縮短，溫度明顯降低。
聚合物的熱分解是制備碳化物和氮化物的另一種技術(shù)。日本正在研究用聚硅烷作為制備氮化硅的前驅(qū)體，因為用它可獲得高產(chǎn)率的陶瓷粉體，高含量的聚硅烷可使生坯密度高達理論密度的６２％。該密度在聚硅烷熱解后不變化，收縮率小，機械強度與普通方法制備的氮化硅陶瓷相同。研究發(fā)現(xiàn)，該性能取決于氮氣氛條件下的加熱溫度。
應(yīng)用等離子體技術(shù)制備非氧化物粉體的優(yōu)點是：可以低溫?zé)Y(jié)，而且能制備出高質(zhì)量粉體。日本采用高頻感應(yīng)產(chǎn)生的離子體直接將金屬氮化來制備氮化鋁，這種等離子焰可產(chǎn)生很高溫度，由于不用電極，從而避免了產(chǎn)出物的污染，制備出的２０～９０ｎｍ。超細氮化鋁粉體中的金屬雜質(zhì)小于１００ＰＰｍ，氧氣量小于２％。
四、共沉淀法
荷蘭的科研工作者采用沉淀法制備出鐵氧體粉料，他們先將鐵的氫氧化物與基液均勻混合，然后在氧／氮或硝酸鹽中氧化獲得顆粒尺寸0.03～0.33μｍ的粉體，具有20％的分散率。選用適當(dāng)?shù)臍溲趸锟色@得６０％理論密度的生坯。用四丁基氨的氫氧化物可獲得最致密的坯體。該國科學(xué)家還利用另一種沉淀技術(shù)制備出高比表面積的活性氧化釔，借助釔離子對溶液中聚合物鰲合劑的鰲合作用形成凝膠狀的沉淀物。沉淀物的灰化溫度決定了氧化釔離子比表面積的晶體尺寸。
德國的科學(xué)家也應(yīng)用類似方法，從水—油乳化液中制備添加了氧化釔的球形氧化鋯，微球內(nèi)的氫氧化物沉淀用離子交換法制得。水的共沸蒸餾形成球狀非晶態(tài)顆粒，經(jīng)過過濾、干燥和煅煉后可得到尺寸為0.3～3.0μｍ的穩(wěn)定四方晶氧化鋯粉體。該技術(shù)可用于制造ＢａＴｉＯ３和超導(dǎo)氧化物粉體，它具有連續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟的優(yōu)點。
共沉淀法還被成功地應(yīng)用于制造半透明陶瓷。法國某公司用丁醇鋁及甲醇鹽、丁醇鹽之類硅醇鹽迅速水解的方法來合成微細的莫來石膠體粉料，膠體結(jié)構(gòu)類似于尖晶石，其組成式可綜合為３Ａｌ２Ｏ３·ＸＳｉＯ２·１５Ｈ２Ｏ，壓制成半透明的生坯片，密度為1.7～2.4克／厘米３。
西班牙科研人員制備出添加了氧化鉺的四方晶氧化鋯陶瓷粉體，采用凝膠沉淀與反聚凝相結(jié)合方法制備出的粉體顆粒，尺寸均勻，顆粒尺寸小于0.3μｍ，且無團聚現(xiàn)象。在沉淀過程中，須將ＰＨ值嚴格控制在９以下，以便形成均勻的凝膠沉淀，沉淀物的煅燒溫度應(yīng)低于550℃，以保持顆粒表面活性，提高粉體燒結(jié)性能。粉體的壓制體在1400℃以下可燒結(jié)成99.8％理論密度的材料，厚度大于１ｍｍ的薄片在波長為300～800ｎｍ之間的光譜內(nèi)有極好的半透明性。
五、噴霧熱分解法
日本的科研人員開發(fā)了一種噴霧干燥／噴霧—熱分解技術(shù)來制備氧化物超導(dǎo)粉體，用作霧化的溶液有硝酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽及含有草酸鹽沉淀物的泥漿，制得的粉體顆粒尺寸0.1～1μｍ，組份均勻，燒結(jié)體密度可達理論密度的95～98％。法國研究人員利用超聲波霧化器在液態(tài)中將氯氧化鋯與銷酸釔混合，經(jīng)熱處理后制備出氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉體，粉體顆粒呈球形，稍帶微孔，尺寸為0.2～1.8μｍ。
