原料對自蔓延高溫合成ZrB2粉體的影響.pdf

1、本文以金屬鎂粉、單斜氧化鋯（ZrO2）、氧化硼（B2O3）、氯化鎂（MgCl2）、無水硼砂（Na2B4O7）為原料，在Mg-ZrO2-B2O3體系最佳配比的基礎(chǔ)上，研究了Mg-ZrO2-B2O3-MgCl2體系和Mg-ZrO2-B2O3-Na2B4O7體系自蔓延高溫合成高純ZrB2粉體的最佳原料配比及反應(yīng)合成機(jī)理。利用FactSage軟件計算了各原料體系自蔓延高溫合成ZrB2粉體的熱力學(xué)規(guī)律。通過X射線衍射儀（XRD）及可變真空熱度場發(fā)

2、射掃描電子顯微鏡（FESEM）-能譜能譜儀（EDS）分析產(chǎn)物物相組成，和產(chǎn)物的顯微結(jié)構(gòu)并進(jìn)行化學(xué)成分分析。采用綜合熱分析（DSC-TG）探究了Mg-ZrO2-B2O3-Na2B4O7體系合成ZrB2的反應(yīng)機(jī)理。
　　結(jié)果表明，Mg-ZrO2-B2O3體系的絕熱燃燒溫度為3097.91K，隨著MgCl2添加量的增加，Mg-ZrO2-B2O3-MgCl2體系的絕熱燃燒溫度隨之降低，但在添加量小于41wt.％之前，Mg-ZrO2-B2O

3、3-MgCl2體系的絕熱燃燒溫度均大于1800K，符合Merzhanov提出的經(jīng)驗判據(jù)；在Mg-ZrO2-B2O3體系中，選用Na2B4O7逐步替換B2O3，與B2O3作為復(fù)合硼源時，Mg-ZrO2-B2O3-Na2B4O7體系的絕熱燃燒溫度隨Na2B4O7替換量的增加而降低，替換量超過72wt.%，體系絕熱燃燒溫度小于1800K，不符合Merzhanov提出的自持反應(yīng)的經(jīng)驗判據(jù)；各體系內(nèi)發(fā)生合成ZrB2反應(yīng)的吉布斯自由能及反應(yīng)焓在設(shè)定

4、溫度范圍內(nèi)均小于0。
　　在ZrO2-Mg-B2O3體系中，加入過量的Mg、B2O3可有效提高產(chǎn)物中ZrB2的純度，當(dāng)過量Mg、B2O3分別為40wt.%、30wt.%時，產(chǎn)物中ZrB2的純度最高。在此配比的基礎(chǔ)上加入MgCl2可有效地降低產(chǎn)物的晶粒尺寸，但對于ZrB2純度的提高，效果不是非常顯著。
　　在ZrO2-Mg-B2O3體系最佳配比的基礎(chǔ)之上，選用Na2B4O7逐步替換B2O3，當(dāng)Na2B4O7的替換率達(dá)到15wt

5、.%時，產(chǎn)物中的ZrB2的純度最高，在ZrO2-Mg-B2O3-Na2B4O7的體系中，Na2B4O7不僅有效地減小了ZrB2的晶粒尺寸，還為ZrB2的合成提供硼源。隨著Na2B4O7的增加，體系絕熱燃燒溫度隨之降低，且產(chǎn)物的晶粒尺寸也有顯著的減小。綜合熱分析的結(jié)果顯示：Mg-ZrO2-B2O3-Na2B4O7體系的開始反應(yīng)溫度為625℃，并且在625℃-700℃之間存在較寬的放熱峰，此體系發(fā)生強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，釋放的熱量可供Mg及Na2