纳米晶碳化锆粉体的制备及热力学机制

摘要

以氧氯化锆、氨水、乙醇为原料,通过化学沉淀法获得含氢氧化锆沉淀的悬浊液,向悬浊液中加入可溶性蔗糖作为碳源,均匀混合后将悬浊液烘干得到前驱体粉体。将前驱体粉体压成圆柱形坯体,在流动的氩气气氛保护下进行高温固相反应来合成Zr C粉体。通过热力学计算分析了碳热反应合成Zr C的反应机制及适宜的温度和CO分压条件。计算结果表明反应式Zr O2+3C=Zr C+2CO(g)的标准生成吉布斯自由能在1900 K以上为负值;而随着CO分压的降低,反应的标准生成吉布斯自由能随之降低。通过X射线衍射(XRD)分析研究了前驱体的Zr/C摩尔比、反应温度、反应时间以及氧分压对高温反应产物物相的影响,优化了Zr C的合成条件。进一步的热力学分析表明,氧分压足够低时Zr C才能稳定存在。最终采用蔗糖作为碳源,Zr/C摩尔比设为1∶3,将前驱体包埋在活性炭中并在流动的高纯氩气保护下经1600℃反应240 min后得到的立方相Zr C粉体,粉体颗粒近球形,小于100 nm。