本文關(guān)鍵詞：溶膠—凝膠碳熱還原法制備超細(xì)硼化鋯粉體，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科技的飛速發(fā)展,航空航天領(lǐng)域不斷面臨新的挑戰(zhàn),因此對材料的要求也越來越苛刻,具有優(yōu)異物化性能的超高溫陶瓷材料是國際研究最活躍的課題之一。二硼化鋯(ZrB2)憑借其極強的化學(xué)鍵,使其同時具備金屬和陶瓷的雙重特征,即高熔點(3245℃)、高硬度(顯微硬度22.1GPa)、高熱導(dǎo)率(23～25W/(m·K))、導(dǎo)電性能優(yōu)良、低飽和蒸氣壓和低高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)等綜合優(yōu)良特性,是超高溫陶瓷材料最有潛力的候選材料。本論文采用Zr02-B203-C體系碳熱還原的基本原理,選用溶膠-凝膠協(xié)同碳熱還原反應(yīng)制備超細(xì)ZrB2粉體。經(jīng)過理論計算及實驗結(jié)果論證了ZrB2粉體制備工藝的可行性,通過對比兩種合成工藝,研究了不同的鋯源、硼鋯比、碳鋯比、熱解溫度和熱解時間對合成粉體的物相組成和形貌的影響；通過正交實驗,研究了溶膠-凝膠法制備前驅(qū)體過程中的影響因素,即體系pH值、金屬Zr4+與檸檬酸的配比、溶膠-凝膠溫度和分散劑的含量對膠體及熱解產(chǎn)物的影響,確定了最優(yōu)的合成工藝條件；初步研究了合成產(chǎn)物的后續(xù)純化工藝。得出以下結(jié)論：熱力學(xué)計算結(jié)合前驅(qū)體熱重差熱分析及實驗結(jié)果均驗證了在1600℃時,Zr02-B203-C體系可以發(fā)生碳熱還原反應(yīng)合成ZrB2粉體。選用ZrOCl2·8H20為鋯源制備ZrB2粉體的最優(yōu)工藝條件為：n(B)/n(Zr)=4； n(C)/n(Zr)=10；熱解溫度1600℃；熱解時間2h。隨著熱解溫度的升高,熱解產(chǎn)物中的ZrB2逐漸增多,晶粒尺寸顯著增大,當(dāng)熱解溫度為1600℃時,合成的粉體中除了小的類球形晶粒外還存在部分六方柱狀晶體。SEM結(jié)果表明不同熱解溫度下,粉體都存在一定程度的團(tuán)聚,TEM結(jié)果顯示單個晶粒尺寸約為15nm。合成的ZrB2粉體的比表面積為88.1396m2/g。選用Zr(N03)4·5H2O制備ZrB2粉體的最優(yōu)工藝條件為：n(B)/n(Zr)=3.5: n(C)/n(Zr)=12.5；熱解溫度為1600℃；熱解時間2h。熱解溫度越高ZrB2粉體的純度也越高,熱解時間越長粉體結(jié)晶性越好,晶粒尺寸也越大；SEM結(jié)果表明,熱解溫度較低時粉體的粒徑更小、分散性更好,且晶粒呈球形或類球形,當(dāng)熱解溫度升高時,晶體間出現(xiàn)相互融合并且長大的現(xiàn)象,使粉體的平均粒徑顯著增大。合成的ZrB2粉體的比表面積為116.2643m2/g。通過對比發(fā)現(xiàn)選用Zr(No3)4·5H2O為鋯源的合成工藝更簡單,合成的粉體粒徑分布范圍窄、分散性更好、球形度也更好且比表面積更大。設(shè)計正交實驗,對以Zr(NO3)4·5H2O為鋯源的合成工藝進(jìn)行優(yōu)化。研究表明,在pH=4時,體系中能夠形成穩(wěn)定的絡(luò)合物；金屬Zr4+與檸檬酸的配比為2時,絡(luò)合鹽分子濃度最強；溶膠-凝膠溫度越低,合成的粉體粒徑分布范圍越窄,球形度越好,分散也越均勻。但是考慮到實驗效率的問題,本論文確定最合適的溶膠-凝膠溫度為50℃；當(dāng)聚乙二醇含量為2%時,可以獲得分散性相對較好的ZrB2粉體。本論文初步研究了粉體的后續(xù)純化工藝,首先用水洗的方法除去產(chǎn)物中的含硼雜質(zhì),然后在空氣中進(jìn)行熱處理除去含碳雜質(zhì)。結(jié)果表明,在空氣氣氛中進(jìn)行熱處理除去含碳雜質(zhì)的同時,ZrB2會被氧化并且ZrB2本身也會吸附空氣中的氧致使產(chǎn)物的氧含量增加,影響ZrB2粉體的性能。因此,為了降低產(chǎn)物中的氧含量,應(yīng)該在有惰性氣氛保護(hù)且溫度更高的前提下進(jìn)行熱處理。
【關(guān)鍵詞】：硼化鋯 溶膠-凝膠 碳熱還原 熱解 物相 微觀形貌
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 二硼化鋯的晶體結(jié)構(gòu)和主要性質(zhì)13-15
• 1.3 二硼化鋯的應(yīng)用現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 耐火材料15-16
• 1.3.2 熱電偶/電極材料16
• 1.3.3 陶瓷基復(fù)合材料16-17
• 1.3.4 其他材料17-18
• 1.4 ZrB_2粉末的制備工藝18-23
• 1.4.1 氣相法18-19
• 1.4.2 固相法19-21
• 1.4.3 液相法21-23
• 1.4.4 其他方法23
• 1.5 論文研究目的及內(nèi)容23-26
• 第二章 實驗原料與方案設(shè)計26-36
• 2.1 實驗原料及設(shè)備26-27
• 2.1.1 主要的實驗原料及設(shè)備26
• 2.1.2 實驗設(shè)備26-27
• 2.2 實驗工藝流程27-28
• 2.3 實驗方案28-29
• 2.3.1 前驅(qū)體粉末的制備28-29
• 2.3.2 超細(xì)ZrB_2粉體的熱處理工藝29
• 2.3.3 超細(xì)ZrB_2粉體合成工藝優(yōu)化29
• 2.3.4 超細(xì)ZrB_2粉體的提純工藝29
• 2.4 分析測試方法29-36
• 2.4.1 熱分析29-30
• 2.4.2 紅外光譜分析30
• 2.4.3 物相分析30-31
• 2.4.4 掃描電子顯微分析31
• 2.4.5 能譜分析31-32
• 2.4.6 場發(fā)射掃描電子顯微鏡32
• 2.4.7 比表面積分析32-33
• 2.4.8 透射電子顯微分析33-34
• 2.4.9 X射線熒光光譜分析儀34-36
• 第三章 超細(xì)ZrB_2粉體的合成工藝研究36-58
• 3.1 熱力學(xué)計算36-38
• 3.2 碳熱還原反應(yīng)合成超細(xì)ZrB_2粉體38-55
• 3.2.1 氧氯化鋯溶膠體系38-47
• 3.2.1.1 熱解溫度的影響40-43
• 3.2.1.2 硼含量的影響43
• 3.2.1.3 碳含量的影響43-44
• 3.2.1.4 產(chǎn)物的顯微形貌分析44-47
• 3.2.1.5 比表面積分析47
• 3.2.2 硝酸鋯溶膠體系47-55
• 3.2.2.1 熱解溫度的影響48-50
• 3.2.2.2 硼含量的影響50-51
• 3.2.2.3 碳含量的影響51-52
• 3.2.2.4 熱解時間的影響52-53
• 3.2.2.5 熱解溫度不同時產(chǎn)物的顯微結(jié)構(gòu)分析53-54
• 3.2.2.6 不同碳含量對熱解后產(chǎn)物形貌的影響54-55
• 3.2.2.7 比表面積分析55
• 3.3 本章小結(jié)55-58
• 第四章 超細(xì)ZrB_2粉體的工藝優(yōu)化58-70
• 4.1 改進(jìn)溶膠-凝膠法制備ZrB_2前驅(qū)體59-68
• 4.1.1 絡(luò)合機理探討59-62
• 4.1.2 超細(xì)ZrB_2粉體制備的優(yōu)化因素62-68
• 4.1.2.1 Zr~(4+)與檸檬酸配比(r)對膠體的影響63-64
• 4.1.2.2 pH值對膠體的影響64-65
• 4.1.2.3 溶膠-凝膠溫度對膠體的影響65-66
• 4.1.2.4 分散劑含量的影響66-68
• 4.2 本章小結(jié)68-70
• 第五章 超細(xì)ZrB_2粉體的純化70-76
• 5.1 純化70-75
• 5.1.1 水洗71
• 5.1.2 熱處理工藝71-75
• 5.1.2.1 熱處理溫度的影響72-74
• 5.1.2.2 熱處理時間的影響74-75
• 5.2 本章小結(jié)75-76
• 第六章 結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 存在的問題77
• 6.3 展望77-78
• 致謝78-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 附錄86

  本文關(guān)鍵詞：溶膠—凝膠碳熱還原法制備超細(xì)硼化鋯粉體，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：445461