可控粒径、形貌纳米二氧化锆粉末制备及工艺条件的研究

摘要

该论文在前人经验的基础上,主要完成了以下工作:(1)低温陈化法制备纳米ZrO<,2>粉体;在分析前人工作和文献的基础上,以ZrOCl<,2>·8H<,2>O和尿素为原料,试验在低温条件下陈化制备ZrO<,2>粉体的工艺条件.系统地研究了各种反应条件如:反应物起始浓度、反应温度、反应体系起始pH值、反应物配比、陈化时间、煅烧温度对产物粒径的影响,并对产品中的杂质离子(Cl<'->)进行检测,以鉴定产品质量,由此确定了制粉的最佳工艺条件.实验结果表明:用低温陈化法制备纳米ZrO<,2>粉体粒径较小且较均匀.其最佳工艺条件是:较低的氯氧化锆浓度,较低的起始pH值,反应温度控制在100~110℃之间,较短的陈化反应时间,煅烧温度为500~550℃.(2)研究不同表面活性剂对纳米ZrO<,2>粉体粒度及分散性的影响;在上述低温陈化法制备纳米ZrO<,2>研究中,为防止颗粒硬团聚体的生成,在反应过程中加入各种表面活性剂,研究了多种表面活性剂的加入方式、加入量以及不同分子量的同类物质对ZrO<,2>粉体粒度的影响,并简要分析了不同类型表面活性剂对控制ZrO<,2>粉体颗粒团聚的作用机制,选择出比较适宜的控制粉体粒径的表面活性剂有:聚乙二醇(PEG),十二烷基磺酸钠(SDS),FC-No1和FC-4等.实验结果表明:反应前或干燥前加入适当的表面活性剂有利于减少团聚体的形成.与此同时检测了经不同表面活性剂修饰的Zr(OH)<,4>粉体在不同溶剂中的分散情况.实验证明,经FC-No1修饰的Zr(OH)<,4>固体在乙醇中分散性较在环己烷中强,经聚乙二醇-800修饰的Zr(OH)<,4>固体在乙醇中分散性也较在环己烷中强,且后者在环己烷中分散性较前者强,结合红外光谱的测定结果对此进行了分析.(3)利用强迫水解的方法制备异形纳米ZrO<,2>晶粒;选取ZrOCl<,2>·8H<,2>O为起始原料,分别采用稀溶液直接加热强迫水解、加入表面活性剂后加热回流水解、加入晶种和添加剂后水解等不同方式进行试验.在以上不同的反应条件下,均制得了未见文献报道的近四方形和纺锤形的纳米二氧化锆晶粒.通过实验研究了反应物原始浓度、反应温度、反应时间对产物粒径和晶形的影响.以上实验的结果表明:静置条件下强迫水解和搅拌回流条件下强迫水解均可制出异形纳米氧化锆,而且其形貌较一致,晶体类型均为纯单斜相的纳米ZrO<,2>粉体.在这方面还对比了不同添加剂对低温陈化法制备二氧化锆粉末的形貌作用情况.加入的添加剂有:各种无机阳离子、阴离子、有机阴离子,以及各种表面活性剂.反应完成后,用扫描电镜观察其外形的变化情况,发现在加入一定比例氯化钾的产物中有三角形晶体出现.这种晶形的ZrO<,2>粉体目前也未见报道.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米二氧化锆的制备方法

1.2.1气相法

1.2.2液相法

1.2.3固相法

1.3影响粉体粒径及形貌的因素

1.3.1影响ZrO2纳米粉体粒径大小的因素

1.3.2纳米ZrO2形貌及表面修饰

1.4论文的选题意义和研究内容

第二章低温陈化法制备纳米ZrO2的工艺研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1主要试剂与仪器

2.2.2粉体的制备

2.2.3产品的分析与检测

2.3结果及讨论

2.3.1反应物起始浓度对产品粒度的影响

2.3.2起始PH值对粉体粒径的影响

2.3.3陈化温度和时间对粒径的影响

2.3.4反应物配比对粒径的影响

2.3.5煅烧温度对产品粒径的影响

2.3.6 Cl-含量的测定结果

2.3.7产品结构与组成分析

2.3.8制备工艺参数的验证

2.4小结

第三章添加剂对ZrO2粉体粒度及分散性的影响

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1仪器及试剂

3.2.2实验过程

3.2.3产物表征

3.3结果及讨论

3.3.1表面活性剂对ZrO2粒度的影响

3.3.2表面活性剂修饰Zr(OH)4分散性的研究

3.4小结

第四章强迫水解制备异形纳米ZrO2

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1仪器及试剂

4.2.2强迫水解制备异形ZrO2粉末

4.2.3试验不同添加剂对ZrO2形貌的影响

4.2.4产物的表征

4.3结果及讨论

4.3.1水解产物及煅烧产物成分分析

4.3.3添加剂对产物形貌的影响

4.4小结

结论

参考文献

致谢