發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 14:49

【摘要】：碳化鉿(HfC)是一種難熔的非化學(xué)計(jì)量的過(guò)渡金屬碳化物,是已知單一化合物中熔點(diǎn)最高的(3890 ~oC),同時(shí)HfC還具有高強(qiáng)度,高硬度,低表面逸出功,良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能等優(yōu)點(diǎn),因此在高溫耐火材料,復(fù)合材料,硬質(zhì)合金,航空航天以及場(chǎng)發(fā)射陰極材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,如何制備納米碳化鉿粉體對(duì)碳化鉿陶瓷的制備和應(yīng)用至關(guān)重要。本文以檸檬酸與氯化鉿為原料,采用溶膠凝膠工藝結(jié)合真空爐快速升溫?zé)崽幚砉に囍苽浼{米碳化鉿粉體。通過(guò)控制溶膠凝膠工藝和原料配比制備出原料均勻混合的凝膠,然后通過(guò)低溫管式爐(保護(hù)氣氛為氬氣)進(jìn)行低溫?zé)峤獾玫綗峤猱a(chǎn)物(HfO_2-C),后對(duì)熱解產(chǎn)物進(jìn)行球磨處理得到顆粒尺寸分散均勻的熱解產(chǎn)物,最后在真空高溫爐中快速合成納米碳化鉿粉體。本文研究了不同溶膠凝膠工藝方式、碳鉿比對(duì)熱解過(guò)程和HfC粉體合成過(guò)程的影響,熱解工藝和熱解產(chǎn)物的球磨處理工藝對(duì)熱解產(chǎn)物物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的影響以及高溫?zé)崽幚砉に噷?duì)HfC粉體合成過(guò)程的影響。研究表明當(dāng)碳鉿比為6,熱解溫度為800 ~oC,熱解時(shí)間為60 min,球磨4 h時(shí)可以得到均勻性好的熱解產(chǎn)物(HfO_2-C)。當(dāng)高溫?zé)崽幚頊囟葹?700 ~oC,高溫?zé)崽幚頃r(shí)間為3 min時(shí)可制備得到顆粒發(fā)育較好,平均顆粒粒徑約為500 nm的純相碳化鉿粉體,HfC顆粒尺寸分布均勻,分散性良好,晶化程度較好,氧含量低(0.692wt%)。采用溶膠凝膠結(jié)合快速升溫?zé)崽幚砉に嚪椒ㄅc傳統(tǒng)合成方法相比,極大程度降低了高溫?zé)崽幚頊囟�。通過(guò)控制熱解產(chǎn)物的結(jié)晶狀態(tài)和形核過(guò)程,獲得具有較高的活性HfO_2-C復(fù)合粉體,可以在較低溫度下合成顆粒細(xì)小且分布均勻、純相HfC粉體。而放電等離子體燒結(jié)法(SPS)技術(shù)盡管可以在幾分鐘內(nèi)完成升溫和降溫過(guò)程,但是難以實(shí)現(xiàn)批量制備,同時(shí)由于顆粒間存在放電導(dǎo)現(xiàn)象導(dǎo)致局部高溫,造成產(chǎn)物HfC粉體的結(jié)構(gòu)不均勻且氧含量相對(duì)較高。本文合成碳化鉿粉體的方法簡(jiǎn)單,可以被用來(lái)大規(guī)模地制備納米碳化鉿粉體。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ174.6;TB383.3
【圖文】：

圖 3-1 不同工藝制備的熱解產(chǎn)物 XRD 測(cè)試圖（a：水浴，b：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，c：恒溫手動(dòng)攪拌）Fig 3-1 XRD patterns of pyrolysis products obtained by different processes(a: water bath, b: rotary evaporation, c: constant temperature manual stirring)3.3 不同溶膠凝膠工藝對(duì)碳化鉿粉體物相的影響圖 3-2 是通過(guò)不同溶膠凝膠工藝制備得到的 HfC 粉體的 XRD 測(cè)試圖譜（高溫?zé)崽幚頊囟龋?700oC，高溫?zé)崽幚頃r(shí)間：5 min）。從圖中可以看出雖然溶膠凝膠工藝不同，在相同的熱解工藝以及高溫?zé)崽幚砉に囅拢芎铣杉兿?Hf粉體。但通過(guò)軟件 Jade 對(duì)衍射峰進(jìn)行峰擬合得知從工藝 a 到 b 到 c，產(chǎn)物粉體顆粒粒徑是逐漸增大的。工藝 a 是通過(guò)水浴鍋在 80oC 下恒溫水浴溶膠凝膠得到的凝膠，其粒子粒徑分布均勻，故而高溫?zé)崽幚碇苽涞玫降?HfC 粉體顆粒尺寸相對(duì)較小；b 工藝是先在室溫下攪拌兩小時(shí)后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠；c 工藝是通過(guò)電爐加熱并不斷手動(dòng)攪拌，大概 30 min 得到凝膠。因?yàn)閺墓に?a 到 c 形成凝膠的

圖 3-2 不同工藝合成的碳化鉿粉體的 XRD 測(cè)試圖（a：水浴，b：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，c：恒溫手動(dòng)攪拌）Fig 3-2 XRD patterns of hafnium carbide powders obtained by different processes(a: water bath, b: rotary evaporation, c: constant temperature manual stirring)3.4 不同工藝制備得到的碳化鉿粉體的形貌分析圖 3-3 為不同工藝制備得到的 HfC 粉體的掃描圖片（高溫?zé)崽幚頊囟龋?70oC，高溫?zé)崽幚頃r(shí)間：5 min）。從圖中可以看出，三種溶膠凝膠工藝制備得到的碳化鉿粉體顆粒間都存在部分團(tuán)聚現(xiàn)象，從工藝 a 到 b 到 c，團(tuán)聚現(xiàn)象越來(lái)越明顯；并且可以看出 a 圖中顆粒粒徑分布較為均勻，b 和 c 圖中產(chǎn)物顆粒粒徑分布不均勻。因?yàn)橥ㄟ^(guò)磁力攪拌器進(jìn)行水浴恒溫加熱得到的凝膠內(nèi)粒子的均勻性達(dá)到了原子級(jí)別水平，而通過(guò)另外兩種溶膠凝膠工藝形成的凝膠粒子分布較為不均，而后在真空高溫爐中經(jīng)過(guò)相同的高溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下，碳原子向 HfO2擴(kuò)散a 工藝制備得到的 HfC 粉體的顆粒粒徑細(xì)小且分布均勻。

圖 3-3 不同工藝合成的碳化鉿粉體的掃描圖（a：水浴，b：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，c：恒溫手動(dòng)攪拌）Fig 3-3 SEM images of hafnium carbide powders obtained by different processes(a: water bath, b: rotary evaporation, c: constant temperature manual stirring)3.5 不同溶膠凝膠工藝制備得到的碳化鉿粉體的透射分析圖 3-4 為不同工藝制備得到的 HfC 粉體的透射圖片（高溫?zé)崽幚頊囟龋?700oC，高溫?zé)崽幚頃r(shí)間：5 min）。透射電鏡是由電子槍發(fā)射的電子束，通過(guò)聚光鏡將之聚成一束光斑，照射在樣品室內(nèi)的樣品上，透過(guò)樣品后的電子束攜帶有樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，樣品中較厚的區(qū)域或者含有原子數(shù)較多的區(qū)域?qū)﹄娮游蛰^多，在圖像上顯得比較暗。所以從圖中可以得知，顏色較深部分為 HfC 粉體，同時(shí)顏色較淺的部分為游離的碳，而且從 a 的高分辨圖像中可以看到在碳化鉿顆粒外圍包了幾層碳層。從圖中還可以看出，顆粒粒徑在逐漸增大；且顆粒之間都存在團(tuán)聚現(xiàn)象。因?yàn)橥ㄟ^(guò)電爐進(jìn)行溶膠凝膠得到的凝膠內(nèi)粒子分布不均，

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉彩利;趙永慶;田廣民;劉嘯鋒;;難熔金屬材料先進(jìn)制備技術(shù)[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2015年02期

2 張淑華;程曉洪;柳福提;;碳化鉿的彈性與熱力學(xué)性質(zhì)[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年01期

3 王松;謝明;張吉明;楊有才;劉滿門;陳永泰;王塞北;;放電等離子燒結(jié)技術(shù)進(jìn)展[J];貴金屬;2012年03期

4 陳佑劍;張紅;葉泓楠;葉貽;錢高瑾;馬劍華;;常見過(guò)渡金屬碳化物的研究現(xiàn)狀[J];遼寧化工;2011年05期

5 沈?qū)W濤;李克智;李賀軍;馮濤;張磊磊;王斌;;碳化鉿改性炭/炭復(fù)合材料喉襯的熱化學(xué)燒蝕[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2011年04期

6 王延斌;蘇勛家;侯根良;喬小平;吳春龍;劉亞蘭;;液相先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備HfC及其表征[J];稀有金屬材料與工程;2008年04期

7 蔣丹宇;;鉿化合物在先進(jìn)陶瓷中的應(yīng)用[J];稀有金屬快報(bào);2007年01期

8 李雪冬;朱伯銓;汪厚植;;熔鹽法在無(wú)機(jī)材料粉體制備中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年03期

9 蔣軍;馮濤;張繼華;戴麗娟;程新紅;宋朝瑞;王曦;柳襄懷;鄒世昌;;HfC涂覆碳納米管增強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射性能研究[J];真空電子技術(shù);2006年01期

10 馮海波,周玉,賈德昌;放電等離子燒結(jié)技術(shù)的原理及應(yīng)用[J];材料科學(xué)與工藝;2003年03期

本文編號(hào)：2785710