三元材料其他条件完全相同的工艺体条件下,不同的反应温度制备出前驱体的堆积密度不同,温度升高堆积密度增大。但堆积密度在某一温度出现最大值后会有一下降的趋势。造成这一现象的原因是,温度升高,晶粒的生成速率提高,但影响不十分明显,而晶粒长大速率则大大提高。虽然反应温度升高使各种过程的速率都有可能提高(反应物分子动能增加),
但由于反应温度提高时,溶液的过饱和度一般随之下降,所以会使得成核速率的增加相应受到较多的削弱(相对于晶核长大速率)。虽然温度的提高更有利于晶核长大速率的增加,但如果温度太高,反应物分子动能增加过快也不利于形成稳定的晶核。在进料结束后,并不马上停止加热,停止搅拌,溶液继续停留在反应器里一段时间,这样可以使得反应进行得比较完全,而且有利于溶液继续沉积在相当一部分的小颗粒表面,使晶体进一步长大,而已经长大的晶体也可以被溶液中还存在的NH3H20磨掉边角,使晶体变得圆整、光滑。
另外,在前驱体晶体形成的过程中,晶核中容易包覆一些离子,如Na+、s042-等,所以就需要一定的时间使这些离子从晶体中游离出来。所以,在反应完后,进行一定时间的陈化时非常有必要的,因为浴解、结晶是同时进行的过程,虽然溶液中生长基元没发生变化,但反应总是趋于能量低的方向进行,陈化到一定时间,Ni(OH)2沉淀产物会按照其固有的晶格构造规律进行定向重排,表现出较好的结晶性能,高温固相反应是指反应温度在600℃以上的固相反应,适用于制备热力学稳定的化合物。
由于固相反应是发生在反应物之间的接触点上,通过固体原子或离子的扩散完成的,然后逐渐扩散到反应物内部,因此反应物必须相互充分接触。为了加快反应速率,增大反应物之间的接触面积,反应物必须混合均匀,而且需要在高温下进行。高温是无机材料合成的一个重要手段,为了进行高温合成,就需要了解获得高温和高温测试的方法。在三元材料的高温合成过程中,一般采用电阻炉,电阻炉是实验室和工业中最常用的加热炉,它的优点是设备简单,使用方便,温度可精确地控制在很窄的范围内。
应用不同的电阻发热材料可以达到不同的高温限度。表6-2给出电阻发热材料的最高工作温度。为了延长电阻炉的使用寿命,一般使用炉内温度应低于电阻材料最高工作温度。电阻发热材料的最高工作温度准确测量炉内温度对于材料合成是非常重要的。一般测温仪表的主要有接触式和非接触式。接触式中最常用的是热电偶。这是因为热电偶高温计体积小,使用方便;有良好的热感度;具有较高的准确度;测温范围较广,一般可在室温至2000℃左右之间应用。但是热电偶在使用中,还须注意避免受到侵蚀、污染和电磁的干扰,同时要求有一个不影响其热稳定性的环境。
二次仪表热电偶是一种感温元件。它把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个结合点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利OoC一效应来工作的。根据热电劫势与温度的函数关系,制成热电偶;分度表是自由端温度在0。c时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。由于三元材料合成温度在1000℃以下,所以常用的热电偶是镍铬一镍硅。镍铬一镍硅热电偶长期使用温度限于9000C。对于很多热力学上可行的反应,在计算的反应温度下进行固相反应时有时几乎不能进行,固相反应对温度的要求是很高的。三元材料高温圃相反应法包括热分解和化学反应法。这里热分解法主要是加热分解氢氧化物、碳酸盐等。热分解反应通常按下式进行:Acs)Bcs)+Ccg)热分解分两步进行,先在固相A中生成新相B的核,率与时间(温度)的关系呈S形曲线。