ZrO_2系纳米固溶体粉末晶格常数与成分关系的理论研究

氧化物的晶格常数是材料研究和运用的一个重要的参数。从理论上预测氧化物固溶体的晶格常数是材料学家从理论上研究物性参数的方法之一。我们给出了一个表达式用来计算立方纳米固溶体晶格常数与组成固溶体成分的关系。将理论推导出计算纳米氧化物固溶体的晶格常数的公式运用于ZrO2系ZrO2-Gd2O3、ZrO2-Fe2O3、ZrO2-Y2O3、ZrO2-Al2O3、ZrO2-Y2O3-NbO2、ZrO2-Fe2O3-Al2O3、ZrO2-5%Y2O3-30%CeO2以及ZrO2-5%La2O3-30%CeO2纳米固溶体晶格常数的计算,发现晶格常数随固溶体成分变化与用湿化学方法制备的立方ZrO2系纳米固溶体晶格常数实验结果基本一致。误差分别不大于0.3%、3.4%、1.2%、0.6%、1.7%、1.7%、1.7%、2.1%。同时运用此公式计算了ZrO2系非纳米固溶体的晶格常数,发现随颗粒细化,ZrO2系固溶体的晶格常数没有明显的变化。

ZrO_2棒形纳米粉末的制备及吸光特性研究

以ZrOCl2·8H2O为锆源,利用水热法制备ZrO2棒形纳米粉末,并采用X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、能谱仪及扫描电镜分别对样品的物相和形貌进行分析,采用紫外-可见吸收光谱表征样品的吸光特性。结果表明所制备样品是四方相和单斜相共存的ZrO2棒形纳米粉末,其对200～370nm的紫外光有较强的吸收作用。

熔融盐法制备ZrO_2纳米粉末的研究

采用熔盐法制备了氧化锆纳米粉末,探讨了改变锆盐与熔融盐的比例和焙烧温度对粉末晶粒尺寸的影响,确定了可控粉末的最佳试验条件。借助XRD、TEM、BET、TG等测试方法对物相、粒度、分散性和比表面积以及前驱体热分解特性进行了分析。结果表明:焙烧温度为500℃、锆盐与熔融盐的质量比为1∶3时,制备出分散性好、比表面积为100.5m2/g、平均粒径为8nm的氧化锆粉末;随着烧结温度的升高,粉末的晶粒尺寸逐渐增大。

低温热处理制备立方相纳米(ZrO_2)_(0.9)-(CaO)_(0.1)粉末

以ZrOCl2,Ca(NO3)2和NH3.H2O为原料,用液相化学共沉淀法制备(ZrO2)0.9-(CaO)0,1粉末,经过600℃热处理,用TEM观察形貌,BET测定粒子尺寸,XRD和Raman光谱分析相结构.结果表明:粉末样品的粒径为8.9nm,晶粒表现为0.5nm的立方相结构.

ZrO_2纳米复合粉末制备及其应用

ZrO2纳米复合粉末具有高比表面积和高活性等特性,可以显著提高催化剂效率,因而其纳米微粒在催化方面的应用很广.并且获得的高纯、超细、均匀的ZrO2复合粉末还是制备优良性能的ZrO2陶瓷材料的关键.本文介绍ZrO2纳米粉末的制备及其在工业生产上的应用.

化学共沉淀法制备立方相(ZrO2)0.9-(CaO)0.1纳米粉末及表征

以氯氧化锆、硝酸钙和氨水为原料,并掺杂10%摩尔硝酸钙与共沸蒸馏分散相结合,用化学共沉淀法制备并在600℃热处理得到(ZrO2)0.9-(CaO)0.1粉末.样品用BET测定其粒子尺寸;用XRD和Raman光谱分析了相结构.结果表明:粉末样品的粒径为8.9 nm;晶粒为0.5 nm的立方相结构.

Y_2O_3和CeO_2复合掺杂ZrO_2纳米晶的制备与表征

以ZrOCl2.8H2O,Y2O3,Ce（NO3）3.5.5H2O为原料,NH3.H2O作沉淀剂,少量表面活性剂PE作分散剂,采用反向共沉淀-喷雾干燥法,结合物理、化学分散技术,成功地制备了Y2O3,CeO2复合掺杂ZrO2纳米粉末。通过DSC-TG,XRD,XPS,BET和SEM等方法对所制得粉末进行了表征。结果表明：以Ce0.1Y0.1Zr0.8O1.95化学计量比制备的多元氢氧化物胶体经过喷雾干燥处理后,在500℃基本完成水合氧化物的分解,577℃附近完成由非晶相向立方相的转变;经过580-1000℃煅烧后,CeO2和Y2O3已经完全固溶到ZrO2中,形成类质同相体,该粉末系列均属于立方相萤石结构;掺杂进入ZrO2晶格中的Ce呈＋4价形式存在;比表面积由22.0 m^2.g^-1（580℃煅烧）减至4.97 m^2.g^-1（1000℃煅烧）;SEM结果显示800℃煅烧的该粉末颗粒尺寸分布均匀,多呈类球状,且粒径在50-80 nm。

溶胶-凝胶法合成ZrO_2-8%Y_2O_3纳米粉体相转变及晶粒生长行为研究

以醋酸为水解催化剂和螯合剂,采用溶胶-凝胶法合成ZrO2-8%Y2O3(8YSZ)粉末,利用XRD、SEM方法研究纳米8YSZ粉末热处理后的相成分、晶粒尺寸和形貌的变化,并分析纳米8YSZ粉末中的晶粒生长行为。结果表明:溶剂中添加乙醇不利于纳米8YSZ粉末四方相(t)的稳定;在400～1200℃范围内,随着热处理温度的升高晶粒尺寸逐渐增大;然而纳米8YSZ粉末的晶粒生长活化能在低温区和高温区有所不同,热处理温度低于800℃时的晶粒生长活化能(9.71kJ/mol)明显小于热处理温度高于800℃时的晶粒生长活化能(43.06kJ/mol),这有利于t-8YSZ在低温下结晶,在高温下保持四方相的稳定性。

化学共沉淀法制备四方相ZrO_2-CaO纳米粉

以氯氧化锆、硝酸钙和氨水为原料,并掺杂摩尔数分数为5％的硝酸钙与共沸蒸馏分散相结合,采用化学共沉淀法制备ZrO_2-CaO纳米粉末。DTA分析表明化学共沉淀前驱体在温度为593.81℃和1234.56℃时发生相转变。经在400,600,1100和1300℃煅烧1 h后所得粉末,用TEM及BET测定其粒子尺寸,用XRD和Raman光谱分析其相结构,讨论了氧化钙的存在及粒径等因素对氧化锆四方相稳定的影响。结果显示:前驱体经600℃和1 100℃煅烧后,可在室温下分别得到平均粒径为9.8 nm和43.7 nm的四方氧化锆纳米粉末。在掺杂摩尔数分数为5％的硝酸钙的ZrO_2-CaO纳米粉末中,四方相的稳定区在600～1 100℃,1 234.5℃为四方相向单斜相转变的临界温度。

化学共沉淀法合成ZrO_2-8wt%Y_2O_3纳米粉体相转变及晶粒生长行为研究

以ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O为原料,采用共沉淀法合成纳米ZrO2-8wt%Y2O3(8YSZ)陶瓷粉末。利用XRD,SEM,TEM等方法研究纳米8YSZ粉末热处理后相结构、晶粒尺寸和形貌的变化,并分析纳米8YSZ粉末的晶体生长行为。结果表明:凝胶化反应的pH值(9(11)对纳米8YSZ粉末的相结构无明显影响,不同pH值合成的8YSZ纳米粉末在1000℃温度范围内热处理2h后都始终保持单一的四方相结构,在1200℃热处理2h后,仅有少量四方相转变为单斜相。随热处理温度的升高晶粒尺寸逐渐增大。由于晶体生长机制不同,纳米8YSZ粉末的晶粒生长活化能在低温区和高温区不同,均远低于微米级3YSZ材料的晶粒生长活化能(580kJ/mol)。

Al_2O_3/WC-10Co/ZrO_2/Ni金属陶瓷的微波烧结

以纳米WC-10Co复合粉末、YSZ纳米粉末、Al2O3亚微粉末与工业Ni粉为原料,采用微波烧结+热等静压处理制备性能优良的Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷,研究微波烧结、微波烧结+热等静压处理对Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷的组织结构和力学性能的影响。研究结果表明:WC-10Co(10%,质量分数),YSZ(30%),Al2O3(55%)与Ni(5%)复合粉末高能球磨后,经过微波烧结+热等静压处理,可以得到平均晶粒度小于1.5μm的整体性能较好的亚微Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷,其相对密度为98.4%,洛氏硬度为HRA 94.0;微波烧结+热等静压可以有效地消除微波烧结造成Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷中的孔隙,提高复合材料的密实度和力学性能,而且金属陶瓷的晶粒基本没有异常长大。

t-ZrO_2-TiO_2固溶体纳米粉的制备

为了研究和表征氧化锆固溶粉体的本征特性,利用化学共沉淀方法制备一系列ZrO2-TiO2-Y2O3三元体系的固溶体纳米粉。通过X射线衍射、透射电镜分析和比表面积测量确定固溶粉体为单一四方相结构,晶粒尺寸在10～25nm。固溶纳米粉体随TiO2固溶量增加,晶格常数中a值下降,c值上升,c/a值呈上升趋势。由于纳米粉体表面效应的不饱和性,可使t-ZrO2纳米粉中固溶摩尔分数为40%的TiO2,烧结后,固溶掺杂的摩尔分数为20%TiO2的瓷体中已出现ZrTiO4相。

微乳法制备生物医用氧化锆纳米粉体

以可溶性锆盐溶液-环己烷-聚乙二醇辛基苯醚-正戊醇体系的微乳液反应为基础,以氨水为沉淀剂,在微乳液中发生化学反应产生凝胶状沉淀,经洗涤、焙烧得到超细分散的ZrO_2纳米粒子。在微乳液法的基础上开发一种新的脱水工艺——共沸蒸馏制备了纳米ZrO_2粉末。采用比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法对样品进行了形态表征和物相分析,结果表明:所得ZrO_2纳米粉末尺寸可控制在小于40 nm的范围内,并具有良好的分散性。共沸蒸馏能充分脱去凝胶中残余的水分,防止因含水胶体干燥过程引起的粉末硬团聚,从而提高了粉末的性能。