Klt2gtTilt6gtOlt13gt晶须的制备 生长机理及微结研究.docx

摘要 K2Ti6013晶须具有优异的力学性能，其特殊的隧道结构又赋予其许多独特 的物理化学特性，如：优良的隔热能力和高化学稳定性，因而在航空航天、汽 车、机电、建材和军事等众多领域具有广阔的应用前景。本研究利用高温x射 线衍射(HTXRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手 段对K2Ti6013晶须合成过程中温度和时间诱导的相变、形态演化、生长机理、 微结构和生长晶体学等进行了较为系统的原位研究，然后以此为基础，基于本 研究发现的“纳米崩解效应”、“仔晶合成”和“气相辅助”等现象，指导开发 了高品质低成本K2Ti6013晶须制备的新工艺。 动态相变分析和晶须形态演化观察表明：K22％013晶须的生长对煅烧温度 极为敏感，一定温度下晶须的生长转变几乎是“爆发式的”，但是此后晶须的生 长变得很缓慢。晶须的合成宜采用到温装炉并空冷的升降温方式，从而大大缩 短生产周期，降低生产成本。 基于动态相变分析和晶须形态演化观察，我们提出了两种晶须生长模 型用于解释K2Ti6013晶须的生长过程：串并联生长模型和扩散崩解生长 模型。基于串并联模型生长的晶须沿轴向存在较小的串联生长台阶和较大 的并联生长台阶，且晶须表面存在非晶态的生长过渡层；而基于扩散崩解 模型生长的晶须不存在生长台阶，表面几乎没有非晶层。微结构观察结果 有力地证明了本实验条件下上述两个模型成立。 选区电子衍射(SAED)分析和高分辨透射电镜(HRTEM)观察充分 表明：基于不同模型生长的K2Ti6013晶须轴向生长方向均平行于1010]方 向，晶须断裂始于沿【010】方向且平行于(一201)面的解理。 K2Ti6013晶须的生长模式取决于Ti02原料的尺寸，临界尺寸判据如 下： (1)当Ti02原料的尺寸小于临界尺寸(160nm)时，K2Ti60ls晶须 的生长遵守串并联机理；(2)当Ti02原料的尺寸大于临界尺寸(160nm) 时，K2Ti6013晶须的生长首先遵守扩散崩解机理，然后再按串并联机理进 一步长大。 基于扩散崩解模型，本研究选用200nm左右的Ti02(其尺寸略大于 临界尺寸)作原料，利用崩解出的纳米效应，不仅成功制备了纳米K2Ti60i3 晶须，而且显著地降低了合成温度，降幅高达200℃，同时大大地缩短了 煅烧时间；基于串并联模??，本研究选用10nm左右的Ti02作原料成功 制备了纳米K2Ti6013晶须。 ， 以200nm左右的Ti02作原料，综合利用崩解出的纳米效应和气相辅 助方法；或者是以120nm左右的Ti02作原料，综合利用仔晶合成和气相 辅助方法，均可以在较低的煅烧温度和较短的煅烧时间内成功制备高品质 的K2Ti6013晶须，从而大大降低制备成本。 关键词： K2Ti6013晶须；扩散崩解生长模型；串并联生长模型；临 界尺寸；纳米崩解效应；仔晶合成；气相辅助合成  ABSTRACT Potassium hexatitanate(K2Ti6013)whisker has exceUent mechanical properties and exhibits unique pbysical characteristics，such as hi乒thermal insulating ability and chemical stability,due to its particular unique tunnel structure，It Can find wide applications in many fields including aerospaceaviation,automobile．mcehano· electronics，building materials，and armament,ere．The present work was aimed at in-situ studies of temperature and time induced phase transition,morphologic evolution,growth mechanism,microstmcture，and growth crystallography during the reaction synthesis ofK2Ti6013 whiskers using high-temperature X-ray diffractometer (HTXP,D)，scanning electron microscopy(SEM)，and transmission electron microscopy(TEM)．Based on the phenomena of‘nano-cracking effect,crystal seed syn