CuO摻雜堇青石基材料的制備與研究.pdf

1、堇青石材料因具有介電性能低、熱膨脹系數(shù)低，以及化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)良特性，而被廣泛應(yīng)用于催化劑載體、電子器件、低溫?zé)彷椛洳牧系雀咝录夹g(shù)領(lǐng)域。本文以金屬醇鹽為原料，采用溶膠-凝膠法制備堇青石材料。應(yīng)用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、粒度分析儀、強(qiáng)度檢測(cè)儀等檢測(cè)手段，研究了pH值、燒成制度及CuO摻雜量對(duì)堇青石析晶及性能的影響，結(jié)果表明：
　　 溶膠-凝膠法制備堇青石材料可降低燒結(jié)溫度，拓寬燒結(jié)溫度范圍，并促進(jìn)燒結(jié)體致密化，最佳燒成制度是

2、在1200℃保溫2h，形成過(guò)程為非晶態(tài)→μ-堇青石→β-堇青石。硝酸對(duì)溶膠轉(zhuǎn)變成凝膠具有催化作用，硝酸越多，水解越快，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間越短。硝酸對(duì)堇青石的粒度也有較大影響，在pH值為1.0～4.5的范圍內(nèi)，隨著pH值的增加，粒度先緩慢降低，當(dāng)pH值為2.0時(shí)，樣品的粒度為最小值3.77μm，繼續(xù)增大pH值，粒度值的增幅變大，pH值在3.5～4.5的范圍內(nèi)，粒度值變化較小。
　　 未摻雜CuO樣品的凝膠時(shí)間是120h，C

3、uO摻雜量越多形成凝膠的時(shí)間越短，當(dāng)CuO摻雜量為25％時(shí)凝膠時(shí)間為48h，比未摻雜時(shí)降低了60％。當(dāng)CuO摻雜量≤20％時(shí)，Cu2+可全部固溶到堇青石的晶格中，部分取代Mg2+的位置，經(jīng)XRD檢測(cè)只獲得堇青石的單相固溶體；當(dāng)CuO摻雜量為25％時(shí)，多余的Cu2+將不能再進(jìn)入堇青石的晶格中，而是生成了石榴石、尖晶石的雜相晶體。未摻雜CuO時(shí)樣品的粒度為3.77μm，隨著CuO摻雜量的提高，粒度先減小，當(dāng)CuO摻雜量為15％時(shí)，獲得最小的

4、粒度1.06μm，比未摻雜時(shí)減小了72％；繼續(xù)提高摻雜量粒度反而增加，當(dāng)CuO摻雜量為25％時(shí)，獲得最大的粒度4.83μm，比未摻雜時(shí)增大了28％。
　　 在1100～1250℃的煅燒溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高未摻雜CuO樣品的熱膨脹系數(shù)逐漸降低，從1100℃時(shí)的7.85×10-6/℃降低到1250℃時(shí)的4.21×10-6/℃。另外，隨著CuO摻雜量的提高，熱膨脹系數(shù)先減小后增大。未摻雜CuO樣品的熱膨脹系數(shù)為4.21×10-6

5、/℃；當(dāng)CuO摻雜量為15％時(shí)得到最小的熱膨脹系數(shù)值2.65×10-6/℃，比未摻雜時(shí)降低了37％；當(dāng)CuO的摻雜量為25％時(shí)熱膨脹系數(shù)得到最大值7.44×10-6/℃，比未摻雜時(shí)提高了77％。
　　 未摻雜CuO的樣品在1100℃時(shí)的抗壓強(qiáng)度較低為1.75MPa，隨著燒結(jié)溫度的提高，樣品的強(qiáng)度逐步增大，在1250℃時(shí)達(dá)到最大值13.36MPa。在1200℃時(shí)，未摻雜CuO樣品的抗壓強(qiáng)度為13.25MPa，隨著CuO摻雜量的提高