资源描述：
《水热法制备的陶瓷粉体晶粒粒度》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第3期硅酸盐学报Vol.25,No.31997年6月JOURNALOFTHECHINESECERAMICSOCIETYJune,1997水热法制备的陶瓷粉体晶粒粒度施尔畏夏长泰王步国元如林仲维卓(中国科学院上海硅酸盐研究所)(华东地质学院)摘要系统地报道了水热法制备各种化合物晶粒变化及与水热反应条件(前驱物形式、反应温度、反应时间、反应介质)的关系,通过选择不同形式的前驱物可适度调控化合物晶粒的粒度。改变水热反应条件,可制得同种化合物的异构体,由于同质异构体的结晶习性不同,使所制得的晶粒形态和粒度有很大的差异。各种化合物在水热条件下形成的晶粒都有一粒度范围,决定粒度范围的首要因素是
2、晶粒自身结构的差异。任一种化合物晶粒粒度都不可能通过改变水热反应条件而无限制地减小。关键词水热法,晶粒制备,晶粒粒度1引言采用超细陶瓷粉体可大幅度降低相应陶瓷材料的烧结温度,提高材料的性能。在陶瓷粉体制备研究中,如何减小和控制粉体颗粒的粒度,减少颗粒之间的团聚极为重要。水热法制备陶瓷粉体实质上是一个前驱物在水热介质中溶解,进而成核、生长,最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒的过程。与其他化学方法比较,水热法制备陶瓷粉体的优点主要有:水热法毋需高温焙烧等后处理工艺,避免了在这些过程中可能产生的粉体颗粒之间的硬团聚;粉体晶粒物相和形态与水热反应条件有关;制备工艺较为简单等。在水热法制备陶瓷粉体研究
3、中,有关晶粒粒度的研究也是一个重要的课题。本研究在水热法陶瓷粉体制备的实验基础上,总结了水热条件下形成的各种化合物晶粒粒度的范围以及与反应条件(前驱物形式,水热反应温度、时间,反应介质等)的关系,并从晶体结构出发,以晶体成核和生长理论为基础,对实验结果进行了讨论。2实验2.1陶瓷粉体的水热法制备1995年9月8日收到。国家自然科学基金资助项目。通讯联系人:施尔畏,中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050。287水热法制备陶瓷粉体可在长径比较大的管状高压釜或长径比较小的筒状高压釜中进行。前者可作分段加热,通过调节釜体上、下部温度,建立适度径向温差,以形成反应介质垂直方向上的热对流。后者常带有
4、机械搅拌装置,这显然对建立一个较为均匀的反应条件是有利的。但是,由于市售各种形式的高压釜常配有聚四氟乙烯部件,水热反应温度选择在200℃以下,加之附加机械搅拌装置带来了密封问题,阻止了水热反应在较高的温度下进行,因此前种形式高压釜的使用温度和压力(反应可选择较高的填充度)可大大高于后者。此外,可在高压釜外加磁场对反应介质进行搅拌。本研究中,陶瓷粉体制备实验在普通管状高压釜中进行。高压釜反应腔直径为20～30mm不等;腔体长径比范围是10∶1至15∶1。反应腔内加贵金属内衬。所用反应前驱物主要有:(1)固体粉末制备多元氧化物粉体时,可直接选用相应的金属氧化物和氢氧化物固体粉末作为前驱物。例如选用
5、市售TiO2粉(XRD检测表明其中金红石含量约为15%,其余为锐钛矿)和Ba(OH)2·8H2O粉末为前驱物用水热法制备钙钛矿型BaTiO3粉体。(2)胶体制备金属氧化物粉体时,在相应的金属可溶性盐溶液中加入过量的碱得到氢氧化物胶体,经反复洗涤除去阴离子后作为前驱物。例如在ZnCl2和ZrOCl2·8H2O水溶液中加入过量的氨水,得到氢氧化锌和氢氧化锆胶体,经反复洗涤后分别作为水热法制备ZnO和ZrO2粉体的反应前驱物。(3)胶体和固体粉末混合将市售Bi2O3粉溶于盐酸,再加入过量氨水制得氢氧化铋胶体,然后按一定的摩尔比与市售GeO2粉混合,作为水热法制备Bi4Ge3O12粉体的前驱物。就此例
6、子而言,采用这种形式前驱物的原因是氧化锗不溶于酸而仅能溶于碱,所以无法制得一定摩尔配比的原子尺度上均匀混合的胶体。在水热反应时,常常引入矿化剂。矿化剂的引入可改变反应介质的酸碱度。为防止酸性反应介质对金属釜体的腐蚀,本研究仅选用碱作为矿化剂,并在文中以碱性反应介质表示。水热反应在低于400℃的温度下进行。水热反应时体系的压力可直接加以测量,也可根据著名的[1]填充度温度压力关系曲线作一估计。在本实验中,体系的压力低于50MPa。本文提及的水热反应温度是指恒温时的温度。在所有的反应中,升温速率均相同。水热反应后,作固(产物)液分离。产物用去离子水和乙醇反复洗涤后,在空气中120℃下干燥48h,得
7、到相应的陶瓷粉体。2.2粉体的表征目前,粉体颗粒(晶粒)粒度的主要测量方法为光散射法(包括X射线小角度散射法和激光散射法),X射线沉降法以及透射、扫描电子显微镜直接观察法等。前两种方法的测试结果与测试技术密切相关,得到的结果实质上是粉体的表观(有效)粒度。本实验中,采用透射电子显微镜(JEM2010,日本)和扫描电子显微镜(KYKY2000)直接观察法确定粉体晶粒的粒度。3实验结果3.1同种化合物
