非水解溶胶-凝胶工艺结合熔盐法制备硅酸锆晶须的研究

摘要

本文以无水 ZrCl4为锆源，Si(OC2H5)4为硅源，LiF为矿化剂，无水乙醇为溶剂，首次采用非水解溶胶-凝胶工艺(NHSG)结合熔盐法制备硅酸锆晶须。借助XRD、FE-SEM、TG、TEM等测试表征手段研究了熔盐种类、熔盐用量、热处理温度、洗样方式等工艺参数对硅酸锆晶须制备的影响，分析了晶须的结构和生长方向。结果表明：钼酸钠熔盐体系有利于硅酸锆的合成及一维生长；熔盐用量过少，硅酸锆晶须无法形成，而用量过多，硅酸锆易二维甚至三维生长，在干凝胶粉与熔盐质量比为1:4时，最有利于硅酸锆晶须的生长；当热处理温度为900℃，洗样方式为超声洗涤时，能制备出直径约100~250 nm，长径比＞10的硅酸锆晶须，但晶须粘结严重。在此基础上，为深入揭示熔盐及矿化剂的作用机理，初步研究了熔盐处理方式、氟硅酸钠、氟锆酸铵的添加及矿化剂用量等工艺参数对硅酸锆晶须制备的影响。结果表明：将熔盐进行熔融处理能显著提高钼酸钠的合成率，有利于硅酸锆在650℃的低温下合成；氟硅酸钠、氟锆酸铵的加入会阻碍硅酸锆晶体的一维生长，使其发育为四方双锥状晶体；随着矿化剂LiF用量的降低，硅酸锆晶须直径逐渐减小，晶须之间的粘连程度逐渐缓解，当矿化剂LiF用量为0时，制备出的硅酸锆晶须分散性稍好、质量较优。
　　为进一步优化硅酸锆晶须的质量，在未加入矿化剂的情况下，系统研究了熔融钼酸钠熔盐的引入、熔盐用量、钼酸钠配比、热处理温度、保温时间、热处理方式、降温速率等工艺参数对硅酸锆晶须制备的影响，并分析了晶须的结构及生长方向，探究了硅酸锆晶须的生长过程。
　　结果表明：在未引入矿化剂的情况下，600℃便能合成硅酸锆纯相；氧化钼与碳酸钠比例过小（钼酸钠配比），体系对硅酸锆溶解度过小，不利于硅酸锆的液相传质；氧化钼与碳酸钠比例过大，体系对硅酸锆溶解度过大，硅酸锆浓度过大，硅酸锆晶粒易粘结，均不利于硅酸锆的一维生长，当氧化钼与碳酸钠摩尔比为56:44时，钼酸钠配比合适，硅酸锆在熔盐中的溶解度适中，有利于硅酸锆液相传质及一维生长；温度过高或保温时间过长，硅酸锆易三维生长，而过低则会使得硅酸锆晶须直径较细，发育不完全；由于 NHSG工艺制备的干凝胶粉组分均匀程度较好，生长基元扩散充分，硅酸锆合成速率大于由于温度升高造成的溶解度增大速率，使得硅酸锆晶须在升温过程中便开始生长。非水解溶胶-凝胶工艺结合熔盐法制备硅酸锆晶须最优的工艺参数为：不添加矿化剂LiF，干凝胶粉与熔盐质量比1:1，热处理温度850℃，保温时间3 h，随炉降温，所制备的硅酸锆晶须产率高，表面光滑，直径为50~100 nm，长径比为20~30，沿[001]晶向一维生长。

目录

声明

1 引 言

2 文献综述

2.1 硅酸锆材料简介

2.1.1 硅酸锆的晶体结构

2.1.2 硅酸锆材料的性能

2.1.3 硅酸锆粉体的制备方法

2.2 晶须材料简介

2.2.1 晶须的简介

2.2.2 晶须的生长过程及生长机制

2.2.3 晶须的制备方法

2.3 硅酸锆晶须的研究现状

2.4.1 课题创新点

2.4.2 课题主要研究内容

3矿化剂条件下制备硅酸锆晶须的研究

3.1引言

3.2实验与表征

3.2.1实验原料与设备

3.2.2样品制备及工艺流程

3.2.3样品测试与表征

3.3.1 熔盐种类对硅酸锆合成及形貌的影响

3.3.2 熔盐用量对硅酸锆合成及形貌的影响

3.3.3热处理温度对硅酸锆合成及形貌的影响

3.3.4洗样方式对硅酸锆形貌的影响

3.3.5以熔融钼酸钠为熔盐制备硅酸锆晶须的初探

3.3.6硅酸锆晶须结构与生长方向的确定

3.4本章小结

4 未加入矿化剂条件下制备硅酸锆晶须的研究

4.1引言

4.2实验与表征

4.2.1实验原料与设备

4.2.2样品制备及工艺流程

4.2.3样品测试与表征

4.3实验结果分析与讨论

4.3.1 熔盐的引入对硅酸锆合成及形貌的影响

4.3.2 熔盐用量对硅酸锆合成及形貌的影响

4.3.3 钼酸钠配比对硅酸锆合成及形貌的影响

4.3.4 热处理制度对硅酸锆晶须制备的影响

4.3.5 硅酸锆晶须形成过程的探讨

4.4本章小结

5 结论

6 展望

致谢

参考文献