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《納米zro2粉體的熱處理研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、納米ZrO2粉體的熱處理研究近些年來，ZrO2由于其特殊的性能受到了重視，用它制作的產(chǎn)品已經(jīng)在許多工業(yè)領(lǐng)域用于實(shí)際。眾所周知，陶瓷部件的質(zhì)量依賴于原料的質(zhì)量，因此許多學(xué)者將制備ZrO2粉體作為了研究重點(diǎn)，國家自然科學(xué)基金委也在無機(jī)非金屬的自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展方向上指出了納米粉體的制備科學(xué)與工程是優(yōu)先發(fā)展的方向。目前制備納米ZrO2粉的方法一般有水解法、噴霧熱解法、共沉淀法、水熱法和等離子體法等，其中共沉淀法因其適于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。在共沉淀方法中，熱處理是很重要的一步。在粉體制造工藝中熱處理的主要目的有三：（1）通過去除殘留的有機(jī)物及酸根來提高粉體純度；
2、（2）調(diào)控粉體的比表面積。粉體的比表面積與其顆粒度之間應(yīng)遵從下述關(guān)系：(1)式中，、s、ρ分別為該粉體的平均粒徑、比表面積及密度；k為一常數(shù)，它隨粉體顆粒形狀不同而在6～11之間變化，對(duì)于嚴(yán)格的球形粒子足k=6。當(dāng)然，這里未考慮顆粒之間的團(tuán)聚問題。（3）調(diào)控粉體的物相，亦即調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)。Kobayashi、Khor等討論了等離子法制備納米ZrO2粉體中熱處理的作用；Gutzov、DaiXiaming等對(duì)熱處理與化學(xué)成分、熒光光譜的影響做了研究。系統(tǒng)研究并沉淀法中熱處理與納米ZrO2粉體性能關(guān)系的工作尚未見報(bào)道．1．?實(shí)驗(yàn)方法所用粉末樣品均是以沉淀法制備，各樣品的熱處理參
3、數(shù)如表1所示。表1樣品熱處理參數(shù)一覽表樣品號(hào)4-34-64-96-36-66-98-38-68-910-310-610-9處理溫度/℃400400400600600600800800800100010001000保溫時(shí)間/h369369369369處理后的樣品粉末的形貌和粒徑是用TEM觀測，部分樣品又用X射線小角散射方法（SAXS）測定其粒徑；比表面積是用BET模型以氮吸附法測量；粉體的物相用XRD檢測，其單斜相（m－ZrO2）的體積含量按下式計(jì)算式中，It（101）、Im（111）、Im（101）分別是t-ZrO2的（101）、m-ZrO2（111）和（101）的強(qiáng)度，
4、Xm為雙相體系中m-ZrO2的積分強(qiáng)度份額。2結(jié)果與討論2．1粉體的幾何形態(tài)各樣品TEM照片如圖1所示?？梢娝袠悠贩垠w的一次顆粒形狀都基本上是等軸的。它們的區(qū)別只在于：（1）在較低溫度，比如400℃處理時(shí)，其顆粒的輪廓線比較圓滑，而在較高溫度下則變成多邊形了。這顯然是由于晶化程度提高或晶粒長大所致，在同一處理溫度下，延長時(shí)間也有同樣的效果，但不如提高溫度來得明顯；（2）在較低溫度下處理較短時(shí)間，其顆粒間的相互粘連亦即團(tuán)聚較輕，而高溫下特別是處理較長時(shí)間則粘連較重。這實(shí)際上是高溫下物質(zhì)擴(kuò)散的結(jié)果。2．2比表面積和粒徑熱處理后粉體比表面積（SSA）測試結(jié)果如表2所示。表2粉
5、體比表面積、粒徑與熱處理?xiàng)l件的關(guān)系溫度/℃4006008001000時(shí)間/m2·g-1369369369369Dx/nm147-12955.751.447.325.622.5-15.213.311.3Dx/nm7.5-8.519.821.423.343.049.0-72.582.87.5由表中可見，在試驗(yàn)的溫度和時(shí)間范圍內(nèi)，隨著熱處理溫度的升高，SSA急速下降。隨著處理時(shí)間的延長，SSA也下降。但除開始階段如400℃外，下降速度較慢。如前所述，我們可據(jù)比表面積數(shù)據(jù)來計(jì)算出相應(yīng)樣品的粒徑人與人的關(guān)系，再利用幾個(gè)M測定得的粒徑八，并參考對(duì)照TEM照片即可以估算出是值，對(duì)于本系
6、列樣品足二6．5，于是各樣品粉末的粒徑人可以很容易地計(jì)算出來，一同列于表2。為清楚起見將人～T（t）的關(guān)系繪得一組曲線如圖人從顆粒的角度看，粉末的熱處理實(shí)際上是其晶化（包括相變）和團(tuán)聚長大的過程。晶化過程是物質(zhì)分子的重新排列，在一定溫度下，某種相的出現(xiàn)或消失取決于其熱力學(xué)參數(shù)。這一點(diǎn)將在后文中專門討論，這里僅對(duì)粒子長大過程做一簡單探討。我們可以將粉末熱處理過程看作是一種無液相的燒結(jié)過程，只不過在陶瓷成型后的坯體中粉粒被強(qiáng)行擠壓到一起，就是說它們之間的距離比較小，而松散粉體熱處理時(shí)粉粒間的距離則較大，但松散粉樣中的團(tuán)聚體內(nèi)粒間距則很小。觀察分析熱處理樣品的TEM照片，可以認(rèn)
7、為粉末顆粒的長大主要是靠兩種機(jī)制進(jìn)行的：（1）?????????????氣相擴(kuò)散導(dǎo)致小顆粒消失、大顆粒長大。據(jù)凱爾文（Kelvin）理論，曲率半徑為r的粒子表面的蒸汽壓p與平面固體的蒸汽壓p0之間應(yīng)遵循如下關(guān)系(4)式中，M、ρ、γ分別為該物質(zhì)的分子量、密度及表面能；R、T則為氣體常數(shù)和處理溫度。這種表面曲率變化引起的物質(zhì)遷移對(duì)粒徑很小的納米粒子是必須考慮的。從TEM照片可見在4—3樣品中有許多單獨(dú)存在的粒徑僅為幾納米的小粒子，而隨著熱處理溫度的提高和時(shí)間的延長，這些小粒子全部消失了，最可能的機(jī)制就是由于蒸汽壓的顯著差異造成物
