氚增殖材料Li2TiO3的微波-溶液燃燒合成過(guò)程及機(jī)理研究.pdf

1、Li2TiO3陶瓷由于具有高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱系數(shù)、良好的氚釋放性能、低活化性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的Li原子密度以及與結(jié)構(gòu)材料有良好的相容性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最具前途的固體氚增殖材料之一。因此，氚增殖材料Li2TiO3陶瓷的合成一直受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
　　溶液燃燒合成技術(shù)由于操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低，得到的納米氧化物純度高、化學(xué)均勻性好等特點(diǎn)，被視為是合成納米氧化物的一種高效、快速的方法，但現(xiàn)有的溶液燃燒合成技術(shù)尚存在合成的納米粒子尺

2、寸大、粒徑分布不均、某些多組元反應(yīng)體系由于絕熱燃燒溫度低難以一步合成所需的多元復(fù)合氧化物等問(wèn)題。本課題針對(duì)上述問(wèn)題，將微波加熱技術(shù)和溶液燃燒合成技術(shù)結(jié)合起來(lái)制備Li2TiO3陶瓷粉末，模擬計(jì)算了微波-溶液燃燒合成過(guò)程的溫度場(chǎng)，系統(tǒng)研究了關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)Li2TiO3陶瓷粉末的物相組成和顯微形貌的影響，詳細(xì)分析了微波促進(jìn)和誘發(fā)溶液燃燒合成機(jī)制，并探討了Li2TiO3的形成過(guò)程。通過(guò)系統(tǒng)研究，取得如下主要成果：
　　（1）采用時(shí)域有限差

3、分方法對(duì)微波-溶液燃燒合成的加熱階段的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬。研究發(fā)現(xiàn)，微波加熱為體加熱方式，前驅(qū)體溶液的溫度場(chǎng)呈類球狀分布，中心區(qū)域溫度較高，但整體溫度梯度小。
　　（2）研究了微波功率、燃料比和金屬陽(yáng)離子濃度對(duì)Li2TiO3陶瓷粉末性質(zhì)的影響。當(dāng)微波功率為1200 W，燃料比為1.5時(shí)，合成了單一相的單斜結(jié)構(gòu)Li2TiO3陶瓷粉末，平均顆粒尺寸（D50）為4.63μm，分散均勻，晶粒尺寸約為40 nm，條紋間距為0.475 nm，形

4、狀為規(guī)則的準(zhǔn)立方體。金屬陽(yáng)離子濃度也顯著影響了Li2TiO3的相組成，金屬陽(yáng)離子濃度n=0.15 mol/L時(shí)，合成的Li2TiO3為單一相的單斜結(jié)構(gòu)；n=0.375mol/L時(shí)，在26°附近出現(xiàn)了銳鈦礦TiO2的衍射峰；n=0.75 mol/L，產(chǎn)物中同時(shí)出現(xiàn)了TiO2和LiNO3的衍射峰。
　?。?）分別從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度分析了微波促進(jìn)和誘發(fā)溶液燃燒合成反應(yīng)的機(jī)制。研究結(jié)果表明，同傳統(tǒng)加熱方式相比，微波-溶液燃燒合成的反應(yīng)活