?溫合成
?溫合成
1?溫的獲得和測量
1.1?溫的獲得
（1）?溫爐
?般稱獲得?溫的設備為?溫爐。?溫爐就?途不同可分為?業爐和實驗?爐。?業爐?分為冶??爐、硅酸鹽窯爐等。?溫爐的爐體是由各種耐?材料砌成，能源可采?固體、?體、液體、電等，現?業?產上多??焰窯爐，但電爐清潔環保、熱效率?，爐溫調控精確、便于實驗?藝控制等，所以實驗使?的?溫爐基本上都是電爐。
根據加熱?式的不同，電爐可?致分為以下?類：
①電阻爐當電流流過導體時，因為導體存在電阻，產?焦?熱，就成為電阻爐的熱源。電阻爐的溫度是容易控制的。電阻爐設備簡單、易于制作、溫度性能好，故在實驗室中?得最多。 ②感應爐在線圈中放?導體（被加熱體），當線圈中通以交流電時，在導體中便被感應出電流，借助于
導體的電阻?發熱。若被加熱體為絕緣體時，則必須通過發熱體(導體)間接加熱。感應加熱時?電極接觸，便于被加熱體系密封與?氛控制，故實驗室中也有較多使?。
③電弧爐和等離?爐電弧爐是利?電弧弧光為熱源加熱物體的，它?泛?于?業熔煉。在實驗室中，為了熔化?熔點?屬，常使??型電弧爐。等離?爐是利??體分?在電弧區的?溫(5000K)作?下，離解為陽離?和?由電??達到極?的溫度(10000K)。
④電?束爐電?束在強電場作?下射向陽極，由于電?束沖擊的巨?能量，使陽極產?很?的溫度。此種?溫爐多?來在真空中熔化難熔材料。
⑤利?熱輻射的加熱設備?般的?溫爐，發熱體與被加熱體間的熱傳導是通過輻射和對流達到的。輻射加熱?式的特點是使發熱體與被加熱體遠離，便于在加熱過程中對被加熱體進?各種操作。由于熱輻射的速度很快，??通常爐體的熱惰性，故輻射爐有利于被加熱體的迅速加熱和冷卻。
?機材料合成中應?的?溫爐，應當具有下列特點：能達到?夠?的溫度，有合適的溫度分布；爐溫易于測量與控制；爐體結構簡單靈活，便于制作；爐膛易于密封與?氛調整。
電爐及其它?溫爐所能達到的溫度：
①各種?溫電阻爐 1273～3273K
②太陽能聚焦爐 4000～6000K
③閃光放電燈 4273K以上
④等離?體電弧 20000K
⑤激光 105～106K
⑥原?核的分裂和聚變 106～109K
⑦?溫粒? 1010～1014K
2）電熱體
電熱體是電阻爐的發熱元件，合理選?電熱體是電阻爐設計的重要內容
①Ni-Cr和Fe-Cr-A1合?電熱體是在1000～1300℃?溫范圍內，在空?中使?最多的發熱元件。
它們具有抗氧化、價格便宜、易加?、電阻?和電阻溫度系數?等點。在?
致密的氧化膜，能阻?空?對合?溫下由于空?的氧化能?成氧化鉻或NiCrO
4
的進?步氧化。為了不使保護膜破壞，此種發熱體不能在還原?氛中使?，此外
還應盡量避免與碳、硫酸鹽、?玻璃、?棉以及有??屬及其氧化物接觸。發熱體不應急劇地升降溫，否則會使致密的氧化膜
產?裂紋以致脫落。
②Pt和Pt-Rh電熱體
鉑的化學性能與電性能都很穩定，且易于加?，使?溫度?，故在某些特殊場合下被?作電熱體。鉑的熔點為1769℃，?于1500℃時軟化。鉑在低于熔點溫度的?溫下，與氧可形成中間的鉑氧化物相，使鉑絲細化損失。因此，?般建議在空?中鉑的最?使?溫度為1500℃，長時間安全使?溫度低于1400℃，不能在P（O
2
）≥0.1MPa下使?。
Pt-Rh合?與Pt?較，具有更?的熔點與更?的使?溫度。隨著Rh含量增加，合?最?使?溫度也增?。Pt-Rh合?的使?條件與Pt基本?致。
③Mo、W、Ta電熱體
在真空或適當?氛下，采??熔點?屬(Mo、W、Ta等)為電熱體。鎢是?屬
中熔點最?的，在常溫下很穩定，但在空?中加熱便氧化成WO
3
，它能與堿性氧化物?成鎢酸鹽，鎢能同鹵族元素直接化合。鎢和碳、硅、硼在?溫下共熱，可?成相應的化合物。在空?或氧化劑存在時，鎢溶解于熔堿中?成鎢酸鹽，并為熱的堿性?溶液腐蝕。鎢與酸起輕微作?，但在氧氟酸和硝酸混合物中加熱溶解很快。
為了獲得2000℃以上的?溫，常采?鎢絲或鎢棒為電熱元件，使??氛應為真空或經脫氧的氫?與惰性?體。
與鎢?較，鉬的密度?，價格便宜，加?性能好，?泛?作獲得1600～1700℃
?溫的電熱元件。實驗室中的鉬絲爐，是將鉬絲直接繞在剛?(A1
2O
3
)爐管上的，
因為，剛?管?于1900℃會軟化，故鉬絲爐所能達到的最?溫度受爐管限制。
鉬絲爐?般要求有?夠緩慢的升降溫速度，這主要是為了保護剛?爐管不被炸裂，因其抗急冷急熱性差。
④碳化硅(SiC)電熱體
是由SiC粉加黏結劑成形后燒結?成。質量優良的碳化硅電熱體在空?中可使?到1600℃，?般使?到1450℃左右，它是?種?較理想的?溫電熱材料。碳化硅電熱體通常制成棒狀和管狀，故也叫硅碳棒和硅碳管。
使?硅碳棒的缺點是，爐內溫度場不夠均勻，并且各?硅碳棒電阻匹配困難。SiC電熱體有良好的耐急冷急熱性能。SiC電熱體在使?過程中，電阻率緩慢增?的現象叫“?化”。這種?化現象在?溫時尤為嚴重。SiC的?化是電熱體氧化的結果，在空?中使?溫度過?，或空?中?汽含量很多時，都可使SiC?化加速。但在CO?氛中，SiC發熱體能使?到1800℃。SiC發熱體不能在真空下
與氫?氛中使?。
⑤碳質電熱體
?墨或碳質電熱體具有良好的耐急冷急熱性，?少在2500℃以前，其機械
強度隨溫度升??增?。它的電阻率隨溫度變化不?，加?性能良好，使?溫度極?。故常?作獲得?溫的電熱材料，將?墨加?成筒形發熱體的?溫爐稱為碳管爐。以碳質發熱體為熱源的?溫爐，最?使?溫度可達3600℃，常?溫度為1800～2000℃。
碳在常溫下?分穩定，當加熱到?溫時，碳的化學活性迅速增加，此時它容易和氧化合，為了防?碳質電熱體?溫氧化?燒毀，應在真空、還原性?氛或中性?氛中使?。
⑥?硅化鉬(MoSi 2)電熱體
在?溫下使?具有良好的抗氧化性，這是因為在?溫下，發熱體表??成MoO 3?揮發，于是形成?層很致密的SiO 2保護
膜，阻?了MoSi 2進?步氧化。MoSi 2發熱體在空?中可安全使?到1700℃，但在氮和惰性?體中，最?使?溫度將要下降，它也不能在氫?或真空中使?。MoSi 2電熱體不宜在低溫下(500～700℃)
的空?中使?，此時會產?“MoSi 2疫”，即Mo 被?量氧化??不能形成SiO 2保護膜。故?般認為，MoSi 2不宜在低于1000℃下長時間使?。
MoSi 2在常溫下很脆，安裝使?時應特別??，以免折斷，并要留有?定的
伸縮余地。
剛才已經介紹完這?種電爐和發熱體了，現在想問?下?家，知不知道馬弗爐和實驗室電爐分別是哪種電爐
答：都是電阻爐
?問：拿著兩種電阻爐的電熱體是什么呢？
答：1000、1200、1400的馬弗爐的電熱體是鎳鉻電阻絲 1700的馬弗爐是硅鉬棒實驗室電爐的電熱體也是鎳鉻電阻絲。
1.2?溫的測量
溫度測量?法通常分為接觸式與?接觸式兩種。接觸式測溫就是測溫元件要與被測物體有良好的熱接觸，
使兩者處于相同溫度，由測溫元件感知被測物體溫度的?法。?接觸式與接觸式相反，測溫元件不與被測物體接觸，?是利?物體的熱輻射或電磁性質來測定物體的溫度。
熱電偶溫度計是?種最簡單﹑最普通，測溫范圍最?的溫度傳感器，是科研﹑?產最常?的溫度傳感器。
?、熱電偶溫度計的測溫原理
熱電偶溫度計是?種感溫元件 , 把溫度信號轉換成熱電動勢信號 , 通過電?儀表轉換成被測介質的溫度。
熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質導體組成閉合回路 , 當兩端溫度不同時 , 回路中就會產?電勢，這種現象稱為熱電效應（或者塞貝克效應）。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較?的?端為?作端，溫度較低的?端為?由端，?由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系 , 制成熱電偶分度表；分度表是?由端溫度在 0°C 時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接?第三種?屬材料時 , 只要該材料兩個接點的溫度相同 , 熱電偶所產?的熱電勢將保持不變，即不受第三種?屬接?回路中的影響。因此 , 在熱電偶測溫時 , 可接?測量儀表 , 測得熱電動勢后 , 即可知道被測介質的溫度。
熱電偶溫度計測溫原理圖如圖所?：
其中，T 是熱端、?作端或者測量端，0T 稱為
冷端、?由端或者參?端。A 和B 稱為熱電極，
熱電勢),(0T T E AB 的??由接觸電勢和溫差電
勢決定。
熱電偶的特點：
①體積?，質量輕，結構簡單，靈敏度?，易于裝配維護，使??便；
②能直接與被測物體相接觸，不受環境介質如煙霧、塵埃、?氧化碳、?蒸?等影響?引起誤差，具有較?的準確度；
③測量范圍較?，?般可在室溫?2000℃左右之間應?，甚?可達3000℃；
④可遠距離傳送，測量信號可由儀表迅速顯?或?動記錄，便于集中管理。
因此，?論在?產還是在科學研究中，熱電偶都是主要的測溫?具。
使?時注意：避免受到侵蝕、污染和電磁的?擾
不影響其熱穩定性的環境。
在不適合的?氛環境中，應以耐熱材料套管將其密封，并?惰性?體加以保護，但這樣就會多少影響它的靈敏度，當溫度變動較快的時候，隔著套管的電熱偶就顯得有些熱感滯后。
2.?溫合成反應類型
很多合成反應需要在?溫條件下進?。主要的合成反應如下：
①溫下的固-固相合成反應。
這是?類即傳統、使???最?泛，應?在?溫條件下直接合成多組分固態材料的途徑，如C，N，B，Si等?元?屬陶瓷化合物，多種類型的復合氧化物，陶瓷與玻璃態物質等均是借?溫下組分間的固相反應來實現的。
②?溫下的固—?合成反應。
這也是?類使????且重要的?溫合成途徑。如?溫條件下?屬化合物借H
2
、CO，甚?堿?屬蒸?在?溫下的還原反應，?屬或??屬的?溫氧化、氯化、氮化反應等等。
下?以重要的陶瓷組分Si
4N
3
為例，它就是借下列不同途徑的固-?相?溫合
成?制得的。
③?溫下的化學轉移反應這個后?要重點講
④?溫熔煉和合?制備。
⑤?溫下的相變合成。
⑥?溫熔鹽電解。
⑦等離?體激光、聚焦等作?下的超?溫合成。
⑧?溫下的單晶?長和區域熔融提純。
3.3?溫轉移反應
3.3.1概述
所謂化學轉移反應（?叫化學?相輸運反應，簡稱CVT），是?種固體或液體物質A在?定的溫度下與?種?體B反應，形成?相產物，這個?相反應產物在體系的不同溫度部分?發?逆反應，結果重新得到A。
i A(s ，l)?k B(g)＋… = j C(g)＋…
這個過程似乎像?個升華或者蒸餾過程。但是在這樣?個溫度下，物質A 并沒有經過?個它應該有的蒸?相，所以稱化學轉移。
例如，?屬鎳粉(粗)在80℃時與?氧化碳反應，?成?態的四羰基合鎳。200℃時，四碳基合鎳?可以分解為單質鎳和?氧化碳。經轉移反應后得到的精鎳，其純度可達99.99％以上。
Ni(s)?CO(g)??
→←-C
20080Ni(CO)4(g) ?體CO 稱轉移介質或轉移劑(亦稱傳輸劑)，80℃的溫度區域稱源區，源區發?轉移反應(向右進?)；溫度為200℃的區域稱沉積區，在這?發?沉積反應(向左進?)，Ni 重新沉積出來。其中轉移劑CO 在反應過程中沒有消耗，只是對Ni 起到反復轉移的作?。
化學轉移反應有著?泛的應?，例如可以?來合成新化合物，分離提純物質，?長??完美的單晶以及測定?些熱?學數據等等。
3.3.2化學轉移反應的裝置
?于化學轉移反應的裝置樣式很多，它們將根據具體的反應條件設計。對于固體物在?個溫度梯度下的轉移反應，可?圖所?的裝置來
表?。這是?種理想化的流動裝置。A 是固態物質，?體B 通過與A 進?反應，?成?態物質C ，C 和B 擴散到管?的另?個溫度(T 2)區經分解后，固體物質A ?沉積下來。
圖4-3 在溫度梯度下，固體物質轉移的理想化流動裝置這類反應往往需在真空條件下完成，因為作為轉移反應中的傳輸劑?體在與原料反應之后?成的是?體化合物，并要滿??定的蒸?壓使之向?長端轉移，?且傳輸劑要在封閉的管?中往返轉移，因此真空條件是必不可少的。此外，適當的真空條件還有利于獲得?純度的晶體。下?以Fe 3O 4單晶的制備為例，對此
類反應作?些說明。
化學轉移反應在20世紀60年代就曾?于制備四氧化三鐵(磁性氧化物)和其它鐵酸鹽的單晶。粉末狀的原料(Fe 3O 4)同傳輸劑(HCl)反應?成?種較易揮發的
化合物(FeCl 3)，這種化合物的蒸?沿著管?擴散到溫度較低的區域，在這??
部分蒸?進?逆向反應，再?成起始化合物并放出傳輸劑。然后傳輸劑?擴散到管?的熱端與原料反應。
在適宜的條件下處于低溫區的化合物可?長為?晶體。
?HCI 作傳輸劑，通過下述反應?發?Fe 3O 4的轉移作?：
Fe 3O 4+8HCl ??→←??
FeCl 2+2FeCl 3+4H 2O ?這種轉移?法可制備其它鐵酸鹽如NiFe 2O 4晶體等。
傳輸管是??段25cm 長的?英管做成的，管?的?端封閉，另?端接真空系統。當系統中的壓強降低到低10—1Pa 時，將樣品加熱到約300℃進?脫?。并向系統充?適量HCI ?體??定壓強，并把兩者之間的接?拆開；?氫氧焰把傳
輸管在長度為20cm處熔斷。然后把這?管?放在傳輸電爐的中?部位上，在它的兩端放上控溫裝置。接著將?長區的溫度升到1000℃，同時讓管?裝有粉末的?端保持室溫。令這個逆向轉移反應持續24 h，然后把?長區溫度降到750℃，并把裝料區的溫度升到1000℃。令這個轉移反應進?10天，然后，將裝料區的溫度降到750℃(約1h)，當重新建?平衡時，停?加熱，冷卻后取出傳輸管。?
化學轉移法?長的Fe
3O
4
晶體為完整的??體單晶。
3.3．3利?化學轉移反應提純?屬鈦
背景鈦是地殼中含量最豐富的元素之?，在?屬元素中豐度占第四位，僅次?鋁、鐵、鎂。鈦在２００多年前已被發現，但因提煉困難，?直被列為稀有?屬的?列．從20世紀后半葉起，隨著航空?業的發展，鈦冶煉才受到?們的關注．鈦是?熔點?屬，其密度較?，鈦合?的強度可與?強度鋼相媲美．同時具有很好的耐腐蝕能?，鈦合?的這些優點，使其當之?愧的被稱為。太空”?屬、海洋”?屬。?前，鈦已在?油、能源、交通、化?、?醫等民?領域也得到了?泛應?．有些專家學者甚?預測，鈦將成為繼鐵、鋁之后崛起的。第三?屬，???世紀將是鈦的世紀。
我國鈦資源狀況及?產現狀我國鈦礦資源?分豐富，主要是釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦，砂狀鈦礦（以TiO2計）為數千萬噸，釩鈦磁鐵礦中TiO2總量達數億噸。我國鈦資源儲量豐富，為發展我國鈦?業提供了雄厚的物質基礎．鈦及鈦材的應?前景?泛，特別是隨著ＩＴ產業的飛速發展，對?純鈦的需求也越來越?．?純難熔?屬的制備或提純是?機合成與制備中的難題之?。利?
