化学沉淀法制备ZrO2纳米粉体及机理的研究

论文摘要

本论文系统地推导出了化学沉淀法制备ZrO2纳米粒子过程中平衡体系的经典力学和统计热力学方程,并导出了表面张力同混合物含量之间的关系,重点推导了沉淀粒子的半径同化学反应条件之间的关系,得到了实际工艺过程中的理论依据。同时以不同初始浓度的工业纯ZrOCl2·8H2O为原料,采用正滴法与分析纯NH3·H2O进行沉淀反应制备出前驱体沉淀物Zr（OH）4,经不同温度煅烧处理制备ZrO2粉体。再以优化初始浓度后的ZrOCl2·8H2O为原料,采用添加不同含量表面活性剂PEG和加入正丁醇共沸干燥两组工艺,通过同样的方法制备ZrO2粉体,与前述不加PEG工艺进行对比试验,得到了以下研究成果: 采用经典力学的三体模型成功地推导出了平衡体系时纳米粒子的运动路径表达式R=Ae （3（c1+c2）/ρr3）t1/i=Ae （3（c1+c2）/ρr）t)1/（i（1/r））; 得到了表面张力与混合物含量之间的关系γ≤（μB-μA）R/2（VA-VB）,为制备过程中加入小表面张力物质的量提供了一个计算的理论依据; 确定了粒子半径同反应条件之间的关系式为R=2Mrγs-l/（vA+vB）RTρlnSr,首次对温度的限定进行了分析r∝1/T,提出了表面活性剂三段加入的工艺方法; X—ray分析表明,ZrO2粉体为单斜和四方相的混合相,其中以单斜相为主,根据粉体比表面积和X—ray的测定以及SEM观察,得到ZrO2颗粒的粒径为纳米尺度,符合理论预测的趋势; 本试验条件下,随着ZrOCl2·8H2O的初始浓度的增大,Zr（OH）4和ZrO2粉体粒径减小,由于没有添加表面活性剂PEG,ZrOCl2·8H2O的初始浓度超过1.5M后,形成的ZrO2粉体团聚严重; 添加表面活性剂PEG并与正丁醇共沸干燥,ZrO2粉体团聚现象有了明显改善,其颗粒尺寸也减小,本试验条件下PEG添加量为2.0%时,ZrO2粉体颗粒尺寸最小并具有良好的分散性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米陶瓷复合粉体的制备方法
• 1.1.1 机械合金化法
• 1.1.2 液相法
• 1.2 液相法制备陶瓷粉体的原理
• 1.2.1 水热反应法
• 1.2.2 溶胶-凝胶法
• 1.2.3 微乳液法
• 1.2.4 醇盐水解
• 1.2.5 喷雾热解法
• 1.2.6 沉淀法
• 1.3 沉淀法制备陶瓷粉体的影响因素
• 1.3.1 盐溶液浓度
• 1.3.2 溶液pH值
• 1.3.3 反应温度
• 1.3.4 搅拌
• 1.3.5 沉淀剂的加入方式
• 1.4 沉淀法制备陶瓷粉体的研究现状
• 1.4.1 Weimarn 学说
• 1.4.2 Harber学说
• 1.4.3 试验研究
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 试验材料与研究方法
• 2.1 试验原材料
• 2·8H₂O'>2.1.1 ZrOCl₂·8H₂O
• 2.1.2 其他原料
• 2粉体的制备'>2.2 ZrO₂粉体的制备
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 差热分析
• 2.3.2 XRD分析
• 2.3.3 比表面积测定
• 2粉体粒度的测定'>2.3.4 ZrO₂粉体粒度的测定
• 2粉体形貌观察'>2.3.5 ZrO₂粉体形貌观察
• 第3章 沉淀体平衡时的描述及热力学分析
• 3.1 表面张力与混合物中各物质含量的关系
• 3.2 体系的数学描述及其相关的计算
• 3.2.1 经典物理学描述
• 3.2.2 平衡体系的简单描述
• 3.3 沉淀法制备纳米粒子的热力学分析
• 3.3.1 问题的提出
• 3.3.2 理论分析
• 3.4 本章小结
• 2粒度的影响'>第4章 制备工艺对纳米 ZrO₂粒度的影响
• 4.1 已推导出的公式讨论
• s-1的关系'>4.1.1 颗粒半径r与表面张力γ_s-1的关系
• 4.1.2 颗粒半径r与离子积 Q的关系
• sp的关系'>4.1.3 颗粒半径r与溶度积 K_sp的关系
• 4.1.4 颗粒半径r与反应温度 T的关系
• 4.1.5 颗粒半径与pH值的关系
• 4.1.6 初始浓度对粒度的影响
• 4.1.7 搅拌速度的选定
• 4.1.8 表面活性剂的作用
• 4.2 工艺因素的确定
• 2粉体性能的影响'>4.3 溶液初始浓度对 ZrO₂粉体性能的影响
• 2粉体性能的影响'>4.4 PEG对 ZrO₂粉体性能的影响
• 2粉体比表面积测定'>4.4.1 ZrO₂粉体比表面积测定
• 4.4.2 SEM观察
• 4.5 XRD分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 工程硕士研究生简历
• 致谢