ZrO2粉体制备研讨.doc

硼热还原法合成ZrB2粉体 真空纳米ZrO2粉末通过硼热还原法制备出亚微米颗粒大小的高纯度硼化锆粉末（ZrB2）。在实验反应过程中进行了热力学评估，发现B2O3可能为反应的中间产物。ZrO2完全转化为ZrB2需要在真空1000℃下热处理2个小时，但是硼的一些残余化合物去除需要温度超过1500℃。在1000℃—1200℃中获得的ZrB2粉体显示的是一个面状结构，而那些超过1500℃则近似于球体结构。由颗粒的大小计算出被测表面积随合成温度的增加而增加，从1000℃的0.15LM到1650℃的0.66LM。在1650℃中合成的ZrB2粉末的含氧量低至于只用重量的0.43%。 1引言 超高温陶瓷材料中，ZrB2材料被认为是一个最有吸引力的热防护材料，由于其独特的物理化学性质和化学结合应用于航空航天，包括中等密度（6.09 g/cm3），熔点高（32001c），良好的化学惰性、高热，和电导率。1–3强的共价键，但是ZrB2粉体非常难以致密。超细粉体可提高烧结的驱动力，改善烧结致密化性能，提高陶瓷的力学性能。因此，寻找一种简单和廉价的粒度细ZrB2粉体的合成路线是可取的，因为它将允许制作更多的高性价比的ZrB2陶瓷。 各种合成路线制备ZrB2粉中还原过程，化学路线，反应过程是三种主要的方法。其中还原再操作具有较强的可控性，比其他路线更便宜。最常见的还原反应是： ZrO2(s)+ B2O3(l)+ 5C(s)= ZrB2(s) 5CO(g) （1） ZrO2(s)+ 4B(s)= ZrB2(s)+ B2O2(g) （2） 7ZrO2(s)+ 5B4C(s)= ZrB2(s)+ 3B2O3(g)+ 5CO(g) （3） 2ZrO2(s)+ B4C(s)+ 3C(s)=2ZrB2(s)+ 4CO(g) （4） 反应（1）是用来生产商业ZrB2粉。 反应（3）和（4）通常的实验室条件下使用。 反应（2），称为硼热还原，尽管事实上它是最简单的反应，因为它只有两个反应物和两个产品，但在某一方面它并没有得到足够的重视。 对于反应（1），（3），和（4）来说，碳化物相组成和碳在最后粉典型的杂质。对于硼热还原反应，硼是主要预期杂质。在反应（1）中虽然碳在炉中的石墨和加热元件绝缘，对最终产品的污染是由于有限的反应活化。在反应（2）中B2O3可能是一个的反应中间产物，同时B2O3也可以随着B一起变成起始粉。最近的一份报告表明，适量的B可以除去氧气杂质和改善ZrB2–SiC陶瓷的致密化过程。热压单片HfB2和HfB2–20%体积的SiC陶瓷为原料用HfO2硼热还原合成HfB2粉也呈现良好的力学性能。因此，采用硼热还原制备ZrB2粉来制备ZrB2基陶瓷有一定的优势。 硼热反应早已被用于合成ZrB2粉。皮雪夫，布利兹纳科夫报道说1600℃是氧化锆和硼完成反应所需温度。布拉顿和尼科尔斯用同样反应产生气体在1150℃的时候获得BO气体和ZrB2粉体。早期的报道主要集中在成分上而没有提对反应过程信息，ZrB2颗粒尺寸、形貌和相没有提供信息。 真空纳米ZrO2粉末通过硼热还原法制备出亚微米颗粒大小的高纯度硼化锆粉末（ZrB2）。在实验反应过程中进行了热力学评估。同时对产品的颗粒大小和形态进行评价。 2实验过程 以市面上出售的的ZrO2和无定形B粉末为原料。硼酸是用来增加起始粉末混合物的B2O3含量。ZrO2粉和B粉进行混合的摩尔比为1:4，用球磨后ZrO2和乙醇在聚乙烯容器中混合24小时以上。过量的B2O3粉末和50%重量的硼酸混合物在摩尔比1 / 0.67的ZrO2粉末混合物中添加ZrO2–B生成产物ZrO2/B2O3。浆料在60℃的旋转蒸发器上干燥，随后用50目筛过滤。干燥的粉末混合物以5MPA压力压在磁盘里面（20克，530毫米）。磁盘被放置在石墨模具（565毫米）内衬石墨的石墨纸上。磁盘的底部是唯一的接触面。热循环是每一个升温速率为10摄氏度/Min的真空热压石墨电阻加热炉所形成的。在加热前，典型的真空水平在10到20Pa之间。在预定温度停留120分钟后，炉自然冷却到常温。可溶性硼氧化物需要在90℃的热水中热处理8个小时。过滤后，在粉体特征性干燥前，粉体需要在软化水中洗涤3次，乙醇中洗涤2次。 通过使用一个0.51/min CuKa辐射扫描速率的X-射线衍射测定的产物结晶相。粉末的形态用扫描电子显微镜检查。用BET方法分析（采用氮吸附分析）收集到的数据确定了粉体的表面积。用商用热气体防爆牵引分析仪测定的产物氧含量。 3热力学