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第七章第七章 高温合成和低温合成高温合成和低温合成7.1 各种高温设备；各种高温设备；7.2 高温测量方法；高温测量方法；7.3 高温合成反应的种类；高温合成反应的种类；7.4 低温合成低温合成获得高温的方法及其温度获得高温的方法及其温度获得高温的方法获得高温的方法温度温度 / K高温电阻炉高温电阻炉1,273 – 3,273聚焦炉聚焦炉4,000 – 6,000闪光放电闪光放电> 4,273等离子体电弧等离子体电弧20,000激光激光105 – 106原子核裂变及聚变原子核裂变及聚变106 – 109高温粒子高温粒子1010 – 10147.1 高温反应设备高温反应设备v电阻炉电阻炉v感应炉感应炉v电弧炉电弧炉v放电等离子烧结炉（放电等离子烧结炉（ Spark Plasma Sintering ））1 电阻炉电阻炉v简介：简介：最常见的加热设备具有结构简单，使用方便，温度精确可控最常见的加热设备具有结构简单，使用方便，温度精确可控等优点v工作原理：工作原理：电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内进行加热炉内进行加热。

v电阻材料：电阻材料：石墨，金属，氧化物，等等石墨，金属，氧化物，等等各种电阻材料及其最高工作温度各种电阻材料及其最高工作温度发热体发热体最高温度最高温度 / ℃℃镍铬丝1060硅碳棒1400铂丝1400铂铑合金1540钼丝1650硅钼棒1700钨丝1700发热体发热体最高温度最高温度 / ℃℃ThO2 / CeO21850ThO2 / La2O31950钽丝2000ZrO22400碳管2500石墨棒2500钨管3000电阻炉图片2 感应炉感应炉v简介：简介：也称高频感应加热设备，主要用于金属、导电材料的热处理、也称高频感应加热设备，主要用于金属、导电材料的热处理、粉末热压烧结和真空熔炼等具有升温速度快，操作方便、清洁等优点，粉末热压烧结和真空熔炼等具有升温速度快，操作方便、清洁等优点，并且可准确控制实现局部加热并且可准确控制实现局部加热v工作原理：工作原理：以交流线圈为加热部件，将被加热的导体置于线圈内在以交流线圈为加热部件，将被加热的导体置于线圈内圈上通以交流电，在被加热的导体内产生感应电流线圈上通以交流电，在被加热的导体内产生感应电流——涡流由于交涡流由于交流电方向变化导致涡流方向变化，电能转化为热能，实现被加热导体的流电方向变化导致涡流方向变化，电能转化为热能，实现被加热导体的迅速升温。

迅速升温简易感应炉工业用感应炉感应炉感应炉 VS 电阻炉电阻炉v感应炉：感应炉：1.最高使用温度最高使用温度2500℃℃；；2.炉膛寿命长，基本不需要维护；炉膛寿命长，基本不需要维护；3.发热体与外界不接触，炉膛结发热体与外界不接触，炉膛结构密实，保温性能好；构密实，保温性能好；4.节能v电阻炉：电阻炉：1.最高使用温度最高使用温度1800 – 2000℃℃；；2.需要经常更换发热体和电接头需要经常更换发热体和电接头部分；部分；3.发热体与外界有接触，炉膛保发热体与外界有接触，炉膛保温性能相对较差；温性能相对较差；4.能耗较大能耗较大应用范围应用范围v金属表面热处理；金属表面热处理；v感应焊接；感应焊接；v铸造熔炼；铸造熔炼；v锻造锻造/轧制毛坯加热；轧制毛坯加热；v金属材料空中悬浮熔炼；金属材料空中悬浮熔炼；v复合材料加热复合材料加热3 电弧炉电弧炉v简介：简介：一般用于金属冶炼、磨具磨料工业目前也用于大块非晶材料一般用于金属冶炼、磨具磨料工业目前也用于大块非晶材料的制备其优点是熔化固体炉料的能力强，具有大吨位生产的能力缺的制备其优点是熔化固体炉料的能力强，具有大吨位生产的能力。

缺点是耗电量大，不利于电网容量小的国家和地区推广点是耗电量大，不利于电网容量小的国家和地区推广v工作原理：工作原理：利用电极间的电弧放电进行加热利用电极间的电弧放电进行加热v电极材料：电极材料：石墨v分类：分类：交流电弧炉交流电弧炉直流电弧炉直流电弧炉直流直流 VS 交流交流直流电弧炉直流电弧炉交流电弧炉交流电弧炉电极损耗电极损耗小小大大电网干扰电网干扰小小大大熔池温度熔池温度均匀均匀较不均匀较不均匀炉体结构炉体结构简单简单复杂复杂炉体容量炉体容量大大小小消耗电能消耗电能少少多多电弧炉图示1-倾炉液压缸 2-倾炉摇架 3-炉门 4-熔池 5-炉盖 6-电极 7-电极夹紧器 8-炉体 9-电弧 10-出钢槽 4 放电等离子烧结炉（放电等离子烧结炉（SPS））v简介：简介：放电等离子烧结（放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，，SPS），又称等），又称等离子活化烧结（离子活化烧结（Plasma Activated Sintering，，PAS）或等离子辅助烧）或等离子辅助烧结（结（Plasma Assisted Sintering，，PAS）是九十年代兴起的一种高温）。

是九十年代兴起的一种高温制备新技术，具有快速、低温、节能、环保等特点制备新技术，具有快速、低温、节能、环保等特点v工作原理：工作原理：利用脉冲大电流直接施加于石墨模具和样品，产生体加热，利用脉冲大电流直接施加于石墨模具和样品，产生体加热，实现样品的快速升温同时，脉冲电流引起的颗粒间放电效应，净化颗实现样品的快速升温同时，脉冲电流引起的颗粒间放电效应，净化颗粒表面，实现快速烧结粒表面，实现快速烧结等离子体的获得方式等离子体的获得方式物质状态物质状态固固 态态液液 态态气气 态态等离子态等离子态加加 热热放放 电电光激励光激励直流放电直流放电射频放电射频放电微波放电微波放电获得方式获得方式SPS装置v轴向压力装置；轴向压力装置；v水冷冲头电极；水冷冲头电极；v真空腔体；真空腔体；v气氛控制系统（真空，氩气）；气氛控制系统（真空，氩气）；v直流脉冲电源及冷却水；直流脉冲电源及冷却水；v监测控制系统监测控制系统SPS内部装置示意图1-电极 2-冲头 3-模腔 4-样品粉末反应机理反应机理v颗粒间放电说颗粒间放电说：颗粒间放电激发等离子体，可以解释导电性材料的反应，无法解释非导电性材料的反应；v放电放电——热传导说热传导说：导电性材料中存在放电效应与热效应，非导电性材料的反应源于模具的热传导，无法解释与其他方法的区别；v诱导电磁波说诱导电磁波说：导体、非导体在反应过程中都出现诱导电磁波，未能给出诱导电磁波的产生机制。

SPS技术的应用技术的应用v纳米材料；纳米材料；v梯度功能材料；梯度功能材料；v先进陶瓷材料；先进陶瓷材料；v磁性材料；磁性材料；v大块非晶合金材料；大块非晶合金材料；v其他材料其他材料纳米材料的制备纳米材料的制备v纳米材料制备存在的问题纳米材料制备存在的问题：利用传统的方法，如热压、热等静压烧结等等，难以在保证晶粒尺寸为纳米级别的同时达到完全致密化vSPS技术技术：在有效阻止晶粒长大的同时达到完全致密化v以超细以超细SiC的烧结为例的烧结为例：热压烧结SPS烧结相对密度 / ％92 – 9399显微韦氏硬度 / GPa.mm-223.0 – 29.028.6断裂韧性 / MPa.m1/23.2 – 4.24.7梯度功能材料的制备梯度功能材料的制备v梯度功能材料梯度功能材料（Functionally Graded Material，简称FGM）是以计算机辅助设计为基础，采用先进的材料制备技术，使材料的组成，结构沿厚度方向呈梯度变化从而使材料的性能也呈梯度变化的一种新型材料v难点难点：由于不同组份的烧结温度不同，利用传统方法难以一次烧成；利用CVD、PVD等方法，成本昂贵，难以实现工业化生产。

vSPS技术技术：以较低的成本实现一次烧成梯度功能材料的SPS烧结PSZ / Ti梯度材料非晶合金材料的制备非晶合金材料的制备v非晶合金材料的制备关键非晶合金材料的制备关键：针对合金成分，选择适当的条件，保证合金具有极低的非晶形成临界冷却速度，提高形成非晶的能力vSPS技术技术：利用脉冲过程中晶内快速冷却的特点制备非晶合金材料SPS技术制备其他材料v先进陶瓷材料先进陶瓷材料：追求晶粒细化和显微结构高致密化；v磁性材料磁性材料：追求晶粒细化；v热电材料热电材料：追求成分梯度化；v铁电材料铁电材料：追求晶粒细化和显微结构高致密化SPS技术的优势v加热均匀，升温速度快；加热均匀，升温速度快；v烧结温度低；烧结温度低；v烧结时间短；烧结时间短；v生产效率高；生产效率高；v产物显微组织细小均匀，能产物显微组织细小均匀，能保持原材料的自然状态；保持原材料的自然状态；v可以得到高致密度的材料；可以得到高致密度的材料；v操作简单，自动化程度高操作简单，自动化程度高发展趋势vSPS是一种低温、短时的快速烧结法，可用于制备金属、陶瓷、纳米材是一种低温、短时的快速烧结法，可用于制备金属、陶瓷、纳米材料、非晶材料等等，将在无机化合物的合成与新材料的研究与生产中发料、非晶材料等等，将在无机化合物的合成与新材料的研究与生产中发挥重要作用；挥重要作用；vSPS的基础理论还有待进一步研究完善，反应设备向多功能、高脉冲容的基础理论还有待进一步研究完善，反应设备向多功能、高脉冲容量发展，适应形状复杂、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产要求；量发展，适应形状复杂、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产要求；v开发强度更高、重复使用率更好的模具材料，提高模具的承载能力并降开发强度更高、重复使用率更好的模具材料，提高模具的承载能力并降低模具费用；低模具费用；v针对不同材料体系，寻找确定反应规律，更好的控制产品质量。

针对不同材料体系，寻找确定反应规律，更好的控制产品质量7.2 温度测试设备温度测试设备液体膨胀式固体膨胀式膨胀式温度计液体型气体型蒸汽型压力式温度计铂电阻铜电阻特殊电阻半导体热敏电阻热电阻温度计铂铑－铂镍铬－镍硅（镍铝）镍铬－康铜特殊热电偶热 电 偶接触式辐射高温计比色高温计光学高温计（亮度高温计）非接触式测温仪表1 温标的建立与发展v在高温测量方面，古代人们在烧窑和冶炼时通过观察火焰和被加热物体的颜色判断温度，利用陶土制作在高温测量方面，古代人们在烧窑和冶炼时通过观察火焰和被加热物体的颜色判断温度，利用陶土制作的熔锥在高温下的弯曲程度判定温度；的熔锥在高温下的弯曲程度判定温度；v1714年，德国物理学家华伦海特（年，德国物理学家华伦海特（Daniel Gabriel Fahrenheit ），华氏水银温度计（冰点），华氏水银温度计（冰点32度，沸点度，沸点212度，间隔度，间隔180度）；度）；v1742 – 1745年，瑞典的摄耳修斯（年，瑞典的摄耳修斯（Celsius）、林奈，摄氏水银温度计（冰点）、林奈，摄氏水银温度计（冰点0度，沸点度，沸点100度，间隔度，间隔100度）；度）；v1802年，气体温度计；年，气体温度计；v1821年，德国的塞贝克（年，德国的塞贝克（Seebeck）发现热电效应，英国的戴维尔发现电阻随温度变化的规律，随后）发现热电效应，英国的戴维尔发现电阻随温度变化的规律，随后出现热电偶温度计和热电阻温度计出现热电偶温度计和热电阻温度计v20世纪初，出现辐射温度计和光学高温计；世纪初，出现辐射温度计和光学高温计；v各种现代测温仪，如热像仪，激光测温仪等等。

各种现代测温仪，如热像仪，激光测温仪等等2 热电偶v工作原理工作原理：由两种不同的均质导体形成回路，用于直接测量的一端称为测量端，接线的一端称为参比端当两端存在温差时，就会在回路中产生热电流（Seebeck效应），同时两端之间存在热电势该热电势的大小只与热电偶导体材质和两端之间的温差有关因此可以用于测定温度热电偶的特点1.体积小，重量轻，结构简单，使用方便；2.热响应快；3.适用温度范围广，可在室温至2000℃甚至3000℃区间工作；4.耐冲击、耐震动性好几种热电偶材料及其工作温度3 光学高温计v工作原理工作原理：利用受热物体的单波辐射强度（即物体的单色亮度）随温度升高而增加的特性进行高温测量光学高温计的特点1.使用方便，测量迅速；2.工作范围宽，可以测定700 – 6000℃的高温；3.测量精度高，误差可在±10℃以内4.无需与被测物质接触，适用于热电偶不能或不方便使用的场合7.3 高温合成反应的类型高温合成反应的类型v高温固相反应；高温固相反应；v高温固－气反应；高温固－气反应；v高温化学转移反应；高温化学转移反应；v高温熔炼和合金制备；高温熔炼和合金制备；v高温相变反应；高温相变反应；v高温熔盐电解；高温熔盐电解；v等离子体激光、聚焦等作用等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成；下的超高温合成；v高温下单晶生长和区域熔融高温下单晶生长和区域熔融提纯。

提纯1.高温还原反应；2.化学转移反应；3.高温固相反应；4.稀土复合氧化物的高温合成1 高温还原反应v定义定义：在高温下通过还原剂将反应物还原，以获得所希望 的产物v该法适用于几乎所有的金属材料和许多非金属材料v根据常用的反应体系可以分为： 碳热还原法； 氢还原法； 金属还原法△Gfθ – T图的应用△Gfθ – T图的应用v根据热力学基本原理，判定反应物体系在某种条件下能否发生反应，反应类型，反应进行的程度，反应的特点等等1.对于金属的氧化反应：金属（s）+ O2（g）＝ 氧化物（s）v根据△G ＝ △H – T·△S：△S < 0，斜率为正2.对于碳的氧化反应：2 C + O2 ＝ 2 COC + O2 ＝ CO2v斜率：（1） 碳热还原法v由△Gfθ – T图可以看到，碳氧化生成CO的反应，△Gfθ随温度升高而逐渐降低；v推论：只要温度足够高，几乎所有的金属氧化物都可以被碳还原，这就是碳热还原法：MOx + x C = M + x CO△G = △Gf, MOx + x △Gf,CO - △Gf, MOv碳热还原法适用于金属制备和众多非氧化物的制备。

碳热还原法制备Ti(C,N)纳米颗粒TiO2 + (3 - x) C + x/2 N2 = Ti(C1-xNx) + 2 CO△G = △Gf, Ti(C1-xNx) + 2 △Gf,CO - △Gf, TiO2vTi(C1-xNx)的应用：硬质合金；刀具涂层；复合陶瓷，等等Ti(C,N)的生成反应1.TiO2 + 3 C = TiC + 2 COv△G2 = △Gf, TiC + 2 △Gf,CO - △Gf, TiO22.TiO2 + 2 C + ½ N2 = TiN + 2 COv△G3 = △Gf, TiN + 2 △Gf,CO - △Gf, TiO23.TiN + C = TiC + ½ N2v△G4 = △Gf, Ti(C1-xNx) + 2 △Gf,CO - △Gf, TiO2(1)(2)(3)Ti(C,N)纳米颗粒（2） 氢还原法v反应方程式反应方程式：v注意注意：还原剂利用率不完全H2 / H2O分压平衡决定氢的利用率v改进方法改进方法：1.提供过量氢气；2.清除氢气中的杂质，如水分、氧气、碳的氧化物、碳氢化合物等等氢还原反应的特点v逐级转化原则逐级转化原则：在反应过程中生成一系列低价金属化合物；v反应温度反应温度：由低价化合物到金属单质需要更高的温度；v产物性质产物性质：低温产物比表面积更大，反应活性更高；氢还原法制备金属钨v反应可以分为三个阶段：1.2 WO3 + H2 = W2O5 + H2O2.W2O5 + H2 = 2 WO2 + H2O3.WO2 + 2 H2 = W + 2 H2O金属钨产品性质和成分与温度的关系氢还原法制备金属钼v两个阶段反应两个阶段反应：1.MoO3 (s) + H2 (g) = MoO2 (s) + H2O (g)2.0.5 MoO2 (s) + H2 (g) = 0.5 Mo (s) + H2O (g)钼粉SEM和TEM照片SEMTEM(3) 金属还原法金属还原法v也称金属热还原法。

利用活性金属作为还原剂，还原其他金也称金属热还原法利用活性金属作为还原剂，还原其他金属的化合物（氧化物、卤化物等）属的化合物（氧化物、卤化物等）v通常用作还原剂的金属：通常用作还原剂的金属：Ca，，Mg，，Al，，Na，，K，等等还原剂的选择原则还原剂的选择原则v还原力强；还原力强；v容易处理；容易处理；v不与生成物金属形成合金；不与生成物金属形成合金；v可以获得高纯度的金属；可以获得高纯度的金属；v副产物容易与产物分离；副产物容易与产物分离；v成本尽可能低成本尽可能低还原剂的提纯还原剂的提纯v真空蒸馏法真空蒸馏法 / 真空升华法：真空升华法：1.Mg →→ 600℃℃升华升华 →→ 400℃℃冷凝；冷凝；2.Ca →→ 1000℃℃升华升华 →→ 850 – 900℃℃冷凝助熔剂的使用助熔剂的使用v助熔剂的用途：助熔剂的用途：1.改变反应热，降低反应体系的熔点；改变反应热，降低反应体系的熔点；2.使熔渣便于分离使熔渣便于分离v注意：注意：助溶剂通常为吸热体，应精确控制用量；助溶剂通常为吸热体，应精确控制用量；反应生成物的处理反应生成物的处理v使金属产物与熔渣分离；使金属产物与熔渣分离；v对分散相（颗粒或粉末）金属产物进行收集、提纯；对分散相（颗粒或粉末）金属产物进行收集、提纯；v将分散相金属产物制成块状。

将分散相金属产物制成块状金属还原法的应用金属还原法的应用v以稀土金属冶炼工业为例：以稀土金属冶炼工业为例：v1862年，瑞典化学家年，瑞典化学家G. Mosander，首次用金属钠、钾还原，首次用金属钠、钾还原无水氯化铈获得金属铈无水氯化铈获得金属铈v金属热还原制备稀土金属：金属热还原制备稀土金属：氧化物还原法：氧化物还原法：Sm、、Eu、、Tm、、Yb等等氟化物还原法：氟化物还原法：Y、、Dy、、Er、、Lu等等氯化物还原法：氯化物还原法：Nd、、Pr等等化合物稳定性的比较化合物稳定性的比较v氧化物氧化物：CaO > RE2O3 > MgO > Al2O3 > SiO2v氟化物氟化物：CaF2 > REF3 > LiF > MgF2 > AlF3v氯化物氯化物：KCl > NaCl / LiCl / CaCl2 > RECl3 > MgCl2 > AlCl3稀土氧化物的金属热还原稀土氧化物的金属热还原v对于钐（Sm）、铕（Eu）、镱（Yb）、铥（Tm）等饱和蒸气压较高的稀土金属的氧化物，用蒸气压较低的稀土金属或稀土金属混合物（镧La，1953年，Danne等人）在真空度10-3托，1000 – 1600℃下，经0.5 – 2h还原－蒸馏反应获得目标产物。

稀土氯化物的金属热还原稀土氯化物的金属热还原v将无水氯化物与还原剂混合均匀，在高真空加热炉中，充入惰性气体，在800 – 1100℃的温度下进行还原反应，获得目标产物稀土氟化物的金属热还原稀土氟化物的金属热还原v与氯化物的还原反应类似将无水氟化物与过量与氯化物的还原反应类似将无水氟化物与过量10-15％的％的金属钙混合均匀，在高真空加热炉中，充入惰性气体，在高金属钙混合均匀，在高真空加热炉中，充入惰性气体，在高于金属熔点于金属熔点50 – 100℃℃的温度下保温的温度下保温15min进行还原反应，进行还原反应，冷却至室温获得目标产物冷却至室温获得目标产物中间合金法中间合金法v在金属还原过程中加入熔点较低的合金组元，使其与在金属还原过程中加入熔点较低的合金组元，使其与高熔点的稀土金属形成熔点较低的合金，同时加入助高熔点的稀土金属形成熔点较低的合金，同时加入助熔剂，以降低渣的熔点，这样还原反应可在较低温度熔剂，以降低渣的熔点，这样还原反应可在较低温度下进行，还原后得到的稀土金属合金再进行真空蒸馏下进行，还原后得到的稀土金属合金再进行真空蒸馏除去合金组元而得到稀土金属除去合金组元而得到稀土金属。

钇的中间合金法制备钇的中间合金法制备1.钙还原无水钙还原无水YF3时，在还原炉料中添加一定比例的镁和氯时，在还原炉料中添加一定比例的镁和氯化钙，用于在反应中形成稀土镁合金和化钙，用于在反应中形成稀土镁合金和CaF2 – CaCl2的低的低熔点熔渣熔点熔渣2.将金属钙、镁装入坩埚，将金属钙、镁装入坩埚，YF3和和CaCl2装入上部料斗，在氩装入上部料斗，在氩气气氛下，加热至气气氛下，加热至950℃℃，保温，保温20 – 30min，在坩埚中反，在坩埚中反应，得到钇镁合金将该合金真空蒸馏，获得金属钇应，得到钇镁合金将该合金真空蒸馏，获得金属钇中间合金反应装置示意图中间合金反应装置示意图7.4 低温合成v低温的获得、测量与控制v真空的获得与测量v低温分离v液氨中合成v低温下稀有气体化合物的合成v低温下挥发性化合物的合成v低温化学中的低温合成7.4.1 低温的获得、测量和控制制冷制冷：将局部空间的温度降低至低于环境温度的操作，称为冷冻或制冷制冷分级制冷分级温度温度普通冷冻 / 普冷- 100℃深度冷冻 / 深冷- 100℃ ～ 4.2 K极度冷冻 / 极冷< 4.2 K低温的获得方法常用的低温浴v冰水浴v冰盐浴v干冰浴v液氮v相变制冷浴部分低温浴的相变温度液化气体的贮存v贮存容器贮存容器：杜瓦瓶、贮槽（贮罐）、槽车、槽船——优选球形容器——容积大、比表面小、冷耗小、机械强度高、承载压力高、冷却周期短。

v容器的工作性能容器的工作性能——损耗率损耗率：一昼夜的液体蒸发量与有效容积之比v几何容积几何容积：容器的实际容积；v公称容积公称容积：容器贮存液化气体的有效容积v注注：几何容积应大于公称容积，以便留有5 – 10％的空间液化气体的转移v转移方法转移方法v注注：1.倾倒法不可用普通玻璃漏斗；2.使用较大的和普通玻璃制杜瓦瓶时，不可倾倒，只能舀取；3.使用完毕应将所有液态气体倒回原来的贮存容器倾倒法倾倒法虹吸法虹吸法加压法加压法舀取法舀取法低温的测量v测量工具——低温温度计1.低温热电偶：利用热电势与温度的关系；2.电阻温度计：利用感温元件电阻与温度的关系；3.蒸气压温度计：利用液体的蒸气压随温度变化的关系；4.新型低温传感器：如电声气体温度传感器（2 ~ 273 K ± 0.01 K），石英晶体音叉温度传感器（4.2 ~ 523 K，精度0.02 ~ 0.2 K），等等高、低温热电偶的差异1.所使用的材质不同；2.低温热电偶应考虑选择更细的线材，降低热损失；3.焊接方式上要求能够承受低温；热电偶 / 热电阻温度计实例热电偶热电偶工作温区工作温区 / K铜－康铜75 – 300镍铬－康铜20 – 300镍铬（9:10）－金铁2 – 300镍铬－铜铁2 – 300铜－铜铁4.2 – 77电阻温度计电阻温度计工作温区工作温区 / KE－热电阻30 – 300铂电阻20 – 30CLTS2.4 – 270碳玻璃电阻1.5 – 300碳电阻1.5 – 30锗电阻4.0 – 100低温的控制v恒温冷浴恒温冷浴v低温恒温器低温恒温器1.减压降温恒温器：通过调节液体蒸气压控制温度；2.连续流恒温器：通过调节制冷剂的流量控制温度。

7.4.2 真空的获得、测量与装置真空区间真空区间真空度真空度 / Pa粗真空105 – 103 低真空103 – 10-1 高真空10-1 – 10-6 超高真空10-6 – 10-12极高真空< 10-121 真空的获得真空区间真空区间获得手段获得手段105 – 103 水泵、机械泵、各种粗真空泵103 – 10-1 机械泵、油/机械增压泵、冷凝泵10-1 – 10-6 扩散泵、吸气剂离子泵10-6 – 10-12扩散泵加阱、涡轮分子泵、吸气剂离子泵< 10-12深冷泵、扩散泵加冷冻升华阱2 真空的测量真空区间真空区间测量手段测量手段105 – 103 U型压力计、薄膜压力计、火花检漏器103 – 10-1 压缩式真空计、热传导真空规10-1 – 10-6 热阴极电离规、冷阴极电离规10-6 – 10-12各种改进型的热阴极电离规、磁控规< 10-12冷阴极 / 热阴极磁控规3 真空装置与操作单元真空装置真空泵真空测量装置管路 / 仪器重要操作单元v阀阀：真空系统中用以调节气体流量和切断气流通路的元件v阱阱：用于减少各种蒸气及腐蚀性气体对系统的侵蚀，以及物质的分离或系统真空度的提高。

阱阱机械阱冷凝阱热电阱离子阱吸附阱7.4.3 低温分离v低温反应往往由于存在化学平衡而不能完全反应，并且常伴随副反应，所得到的产物一般为混合物，需要进行分离处理v分离方法分离方法1.低温分级冷凝；2.低温分级真空蒸发；3.低温吸附分离；4.低温分馏；5.低温化学分离低温分级冷凝v工作原理工作原理：使气体混合物通过不同低温的冷阱，由于气体的沸点不同，分别冷凝在不同低温的冷阱内，达到分离目的v关键关键：判断冷凝能否出现且是否彻底；v判定标准判定标准：1.气体通过冷阱后其蒸气压小于1.3Pa，为彻底冷凝；2.气体通过冷阱后其蒸气压大于133.3Pa，为不冷凝操作要点v混合气体通过冷阱速度混合气体通过冷阱速度1.不能过快——低挥发性组分冷凝不彻底，高挥发性组分可能部分冷凝；2.不能过慢——低挥发性组分再次蒸发v最佳分离速度最佳分离速度：以 1 mmol / min 的速度分离效果最好v有效工作范围有效工作范围：若混合物的组分沸点之差小于40℃，分级冷凝的效果不好可以用重复分级冷凝的办法，但回收率很低冷阱的选择低温分级真空蒸发v工作原理工作原理：用泵将易挥发物质抽出之后，混合物中难挥发物质基本上不蒸发，从而达到分离目的。

v有效工作范围有效工作范围：混合物沸点之差大于80℃v冷源冷源：通常使用干冰或液氮作为制冷浴低温吸附分离v工作原理工作原理：利用吸附剂孔径对吸附量的影响实现选择性吸附，达到分离的目的低温化学分离v工作原理工作原理：对于挥发性差别较小的两种化合物，通过加入过量的第三种化合物，使之与其中一种化合物形成不挥发化合物，将另一种挥发性组分除去再添加第四种化合物从不挥发化合物中将原组分置换出来，并同第三种化合物形成不挥发性化合物最终达到分离目的v工作范围工作范围：难以利用挥发性差别进行分离的混合物应用实例7.4.4 液氨中的合成液氨中的合成与金属的反应与化合物的反应与非金属的反应碱金属碱土金属与碱金属及其化合物的反应v在催化剂存在的条件下反应迅速：M + NH3 (l) = MNH2 + ½ H2↑v固－液低温反应，进行彻底v对比例——碱金属的高温氨化反应；Na (l) + NH3 (g) = NaNH2 + ½ H2↑v气－液界面反应，进行不完全与碱土金属的反应v在少量铵离子存在的条件下，反应生成不溶性氨化物：Mg + 2NH4+ = Mg2+ + 2NH3 + H2Mg2+ + 4NH3 = Mg(NH2)2 + 2NH4+v注：碱土金属的盐可以形成相应的氨化物。

与化合物的反应v许多化合物在液氨中能够氨解形成氨化物；BCl3 + 6NH3 = B(NH2)3 + 3NH4Clv通常氨化物加热可以得到亚胺化合物；2B(NH2)3 = B2(NH)3 + 3NH3v有些化合物在液氨中可以直接生成亚胺化合物；2BI3 + 9NH3 = B2(NH)3 + 6NH4Iv一些络合物在液氨中可以发生取代反应[Co(H2O)6]2+ + 6NH3 = [Co(NH3)6]2+ + 6H2O与非金属的反应v与S的反应：变色反应v与臭氧的反应——生成硝酸铵：2NH3 + 4O3 = NH4NO3 + H2O + 4O22NH3 + 3O3 = NH4NO2 + H2O + 3O27.4.5 低温下稀有气体化合物的合成v稀有气体稀有气体：1884 – 1900，Ramsay（1904年度Nobel化学奖）v稀有气体的分离 —— 低温精馏v最外层8电子结构ns2np6 —— 惰性气体；氙-109.1℃氪-151.7℃氩-185.9℃氖-245.9℃氦-268.9℃稀有气体合成方法稀有气体化合物低温放电合成低温水解合成低温光化学合成反应条件：低温，高电压，低电流水解反应剧烈，易引起爆炸反应条件：低温，紫外光照7.4.6 挥发性化合物的低温合成v挥发性化合物：1.熔点、沸点低；2.合成过程中副反应较多。

7.4.7 低温化学中的低温合成v合成反应类型：1.金属蒸气原子与无机或有机分子间的金属蒸气合成；2.碳蒸气原子与无机或有机分子间的反应；3.非金属高温物种分子或自由基与无机或有机分子间的反应掌握掌握v获得高温的方法和温度获得高温的方法和温度v电阻炉不同材料达到的最高使用温度电阻炉不同材料达到的最高使用温度v什么是放电等离子烧结法（什么是放电等离子烧结法（SPS），反应机理及其），反应机理及其优势优势v热电偶的工作原理热电偶的工作原理v高温合成反应类型及具体实例高温合成反应类型及具体实例v低温的获得方法和常用的低温浴低温的获得方法和常用的低温浴v低温化学中的低温合成低温化学中的低温合成v液氨中的合成反应类型液氨中的合成反应类型。