锆基烧绿石的高温高压合成

摘要

烧绿石型氧化物A2B2O7，由于具有压电性、铁电性、铁氧体磁性、荧光发光性、巨磁电阻效应以及抗辐射损伤等优良性能，在许多领域得到了广泛的应用。
　　 在本论文中，将压力固定在5.2 GPa、以不同的温度分别对ZrO2-Gd2O3、ZrO2-La2O3、ZrO2-CeO2、ZrO2-CeO2-Gd2O3体系进行了超高压合成实验。对合成样品进行了X射线衍射、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、拉曼光谱分析和观察，测量了样品的密度及气孔率，计算了样品的晶胞参数。
　　 对于ZrO2-Gd2O3体系，在温度分别为1473K、1673K、1873K的条件下，保温保压时间为30min，当温度1473K时有钆烧绿石生成，温度升至1673K原料相减少钆烧绿石相增多、当温度升至1873K时原料相几乎消失，合成了单一相的钆烧绿石。其它条件不变，将保温保压时间延长至60min对钆烧绿石的合成影响不大。说明在5.2GPa、温度1873K、保温保压30min的条件下能合成出单一相的Gd2Zr2O7烧绿石。
　　 对于ZrO2-La2O3体系，在温度范围为1273K～1873K，保温保压时间分别为30、60、120分钟条件下进行了实验研究。实验结果表明La2O3与BN发生了反应，反应产物中没有镧烧绿石的生成，所以BN不能作为ZrO2、La2O3合成镧烧绿石的外保护管。
　　 对于ZrO2-CeO2体系，在温度范围为1473K～1673K，保温保压时间均为30分钟的条件下，当温度为1573K时开始有铈烧绿石生成，得到烧绿石相的百分含量随着温度升高而增加；在温度为1673K时，能够合成含单一相的铈烧绿石。
　　 对于ZrO2-CeO2-Gd2O3体系，用CeO2模拟PuO2在Gd2Zr2O7基材中的固化。以粉体ZrO2、Gd2O3、CeO2为原料，采用与前面所述的ZrO2-Gd2O3相同的合成条件。结果表明，在压力为5.2GPa、温度为1873K和30min的保温保压条件下合成出具有立方烧绿石结构的Gd2Zr1.93Ce0.07O7。
　　 本研究为模拟含钚核废物在Gd2Zr2O7基材中的固化研究提供了一种经济而高效的研究方法。高温高压技术向热等静压技术的演变有希望将来实现玻璃-陶瓷固化含钚核废物的工程化。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 烧绿石在核素固化应用的研究现状

1.2.2烧绿石的高压相变研究现状

1.3烧绿石固化体的合成方法研究

1.3.1机械化学法

1.3.2 联氨法

1.3.3柠檬酸盐法

1.3.4固相反应法

1.3.5湿化学法

1.4烧绿石的用途

1.5拟研究的主要内容

1.6选题的目的和意义

2超高合成实验组装的设计及标定

2.1 高压科学与技术简介

2.2超高压发生的原理

2.3铰链式六面顶高压装置

2.3.1 压力控制系统

2.3.2温度控制系统

2.4样品组装设计及原理

2.5样品组装的压力及温度标定

2.5.1 压力标定

2.5.2温度标定

2.6本章小结

3 实验

3.1实验设计

3.1.1 反应温度的确定

3.1.2压力的确定

3.1.3 保温保压时间的确定

3.1.4研磨介质的确定

3.2所用粉末原料特性

3.3实验步骤

3.3.1 配料

3.3.2 湿磨

3.3.3 成型

3.3.4焙烧叶腊石组件

3.3.5 模具组装

3.3.6超高压合成

3.3.7样品处理

3.4测试方法

3.4.1 体积密度的测试

3.4.2 XRD物相测试

3.4.3 显微结构观察

3.4.4 能谱测试

3.4.5拉曼光谱测试

4.钆烧绿石的高温高压合成研究

4.1实验方案

4.2实验结果分析与讨论

4.2.1 样品XRD物相分析

4.2.2 SEM测试的结果与分析

4.2.3 晶胞参数的计算与分析

4.2.4拉曼光谱测试结果

4.2.5 密度及气孔率测试结果

4.3本章小结

5镧烧绿石的高温高压合成研究

5.1前言

5.2实验方案

5.3实验结果分析与讨论

5.3.1 第一次合成实验实验结果与讨论

5.3.2原料检测与分析

5.3.3 原料的处理

5.3.4第二次合成实验结果与讨论

5.4本章小结

6铈烧绿石的高温高压合成研究

6.1前言

6.2实验方案

6.3实验结果分析与讨论

6.4晶胞参数的计算与分析

6.5本章小结

7 CeO2模拟PuO2的钆烧绿石固化的探索性研究

7.1实验方案

7.1.1 模拟锕系元素的确定

7.1.2样品的配方及其制备条件

7.2实验结果分析与讨论

7.2.1 样品XRD物相分析

7.2.2 SEM的测试结果与分析

7.2.3 晶胞参数的计算与分析

7.2.4 能谱的测试结果及其分析

7.2.5 拉曼测试结果

7.2.6 密度及气孔率测试结果

7.3本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果