二氧化鋯微晶水熱生成的影響因素研究.pdf

1、二氧化鋯（ZrO2）是一種新型高技術(shù)陶瓷材料，除了具有相變?cè)鲰g特性外，還有很好的高溫?zé)岱€(wěn)定性、隔熱性能及很低的熱導(dǎo)率。ZrO2除了作為高技術(shù)陶瓷材料外，也被應(yīng)用于催化、傳感、電子等領(lǐng)域。 高質(zhì)量ZrO2粉體制備是制造高技術(shù)ZrO2陶瓷元件最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的一步。雖然制備超細(xì)ZrO2粉體的方法很多，但迄今為止想要獲得形貌和尺寸都可控且粒度分布均勻的超細(xì)ZrO2粉體依然比較困難。如何從制備方法和工藝角度加以改進(jìn)和完善是超細(xì)ZrO2粉

2、體制備領(lǐng)域一個(gè)值得長(zhǎng)期研究的重要課題。 水熱法是制備ZrO2粉體的一種重要方法，其特點(diǎn)是制備過(guò)程在高溫高壓下一次完成，無(wú)需后期晶化處理，所得粉體粒度分布窄，成分純凈，可以滿足各種高技術(shù)應(yīng)用的要求。相比傳統(tǒng)方法，水熱法具有明顯優(yōu)勢(shì)，水熱制備高質(zhì)量ZrO2粉體的研究具有重要意義。 水熱制備過(guò)程中的諸多條件將對(duì)水熱產(chǎn)物有重要的影響，直接關(guān)系到產(chǎn)物的各種性能。本文系統(tǒng)地研究水熱條件，如體系填充度，水熱前驅(qū)物濃度及pH值，水熱反應(yīng)

3、時(shí)間、溫度對(duì)水熱制備ZrO2的影響。結(jié)果表明，體系填充度對(duì)水熱產(chǎn)物中m-ZrO2含量（Xm）和晶粒尺寸沒(méi)有顯著影響。隨著水熱前驅(qū)物濃度增加，所得產(chǎn)物中m-ZrO2含量（Xm）基本不變，而產(chǎn)物晶粒尺寸隨濃度增加而增大。水熱前驅(qū)物的pH值較低（1.00，2.00）或較高（12.00，13.00）時(shí)，水熱產(chǎn)物中m-ZrO2含量（Xm）較高；水熱前驅(qū)物的pH值在8.00附近時(shí)，水熱產(chǎn)物中m-ZrO2含量（Xm）較低。不同水熱反應(yīng)時(shí)間下生成ZrO

4、2中m-ZrO2含量（Xm）的變化趨勢(shì)基本一致。隨著水熱溫度升高或時(shí)間增加，產(chǎn)物中m-ZrO2含量（Xm）和產(chǎn)物晶粒尺寸均增大。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水熱制備長(zhǎng)度超過(guò)1微米的單晶棒狀ZrO2顆粒是可行的。 本文在水熱體系中加入醇類有機(jī)添加劑，考察其對(duì)生成ZrO2的結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸及形貌的影響。對(duì)加入丙三醇的水熱前驅(qū)物的拉曼光譜研究表明，丙三醇的加入并沒(méi)有對(duì)水熱前驅(qū)物結(jié)構(gòu)造成影響，而是對(duì)水熱過(guò)程中的ZrO2結(jié)晶過(guò)程有顯著影響。對(duì)水熱體

5、系中丙三醇用量的研究表明，隨著丙三醇用量的增加，生成的ZrO2晶粒尺寸逐漸減小，并且丙三醇的加入使水熱產(chǎn)物是純相t-ZrO2。對(duì)其他醇類有機(jī)添加劑在水熱體系中影響的考察結(jié)果表明：只有三羥甲基丙烷、季戊四醇可以起到與丙三醇相似的作用。本文對(duì)丙三醇的水熱穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，結(jié)果表明丙三醇在此實(shí)驗(yàn)體系中是穩(wěn)定的。 本文對(duì)水熱條件下ZrO2形成及轉(zhuǎn)變機(jī)理進(jìn)行了研究。對(duì)水熱前驅(qū)物的形成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表明：pH值為4.00-13.00的水熱前

6、驅(qū)物結(jié)構(gòu)是氫氧化鋯而pH值為1.00和2.00的水熱前驅(qū)物結(jié)構(gòu)是水合ZrO2?？疾炝擞斜嫉乃疅狍w系中生成的純相t-ZrO2在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性，結(jié)果表明生成的純相t-ZrO2在180℃下反應(yīng)240小時(shí)后還沒(méi)有m-ZrO2生成?？疾炝思兿鄑-ZrO2在無(wú)丙三醇的水熱體系中的穩(wěn)定性，結(jié)果表明在無(wú)丙三醇的水熱體系中t-ZrO2容易向m-ZrO2轉(zhuǎn)變，并且水熱體系中NaOH濃度與t-ZrO2的轉(zhuǎn)變速度沒(méi)有直接關(guān)系?？疾炝思兿鄑-ZrO2