沉淀法制备ZrO2-Al2O3-CeO2复合粉体的煅烧反应过程及物相表征

论文摘要

鉴于纳米CeO2的广泛应用，本文首先利用不同方法制备了单相CeO2粉体，从粒度、分散性、形貌等方面进行对比研究。结果表明以Ce（NO3）3·6H2O为铈源，采用氨水沉淀法可得到平均粒径9.5nm、分散性好的球形CeO2颗粒；借助微波的溶胶-凝胶法在成胶和烘干方面大大节省了时间和能源，300℃煅烧后可得到平均粒径为15nm、粒度分布窄的CeO2粉体；利用NH4HCO3沉淀法制备出了平均长度84nm、直径15nm的棒状CeO2粉体，发现CeO2与其前驱体Ce2O（CO3）2·H2O在形貌上具有继承性。通过液相共沉淀法分别制备了Al2O3-ZrO2、Al2O3-CeO2、ZrO2-CeO2和ZrO2-Al2O3-CeO2系粉体，利用X射线衍射、差热-热重分析、透射电子显微术等方法对粉体进行分析表征。认为氨水共沉淀法制备的ZrO2-30wt％Al2O3复合粉体经1200℃煅烧处理后，t-ZrO2在室温下仍能存在的原因并不是Al2O3固溶到ZrO2晶格中稳定实现的，而是因为热胀系数失配，高弹性模量的Al2O3对ZrO2产生应力作用抑制了t→m相变；Al2O3是由非晶态直接转变为高温稳定态α-Al2O3。ZrO2-12mol％CeO2复合粉体在700℃时即形成结晶良好的立方ZrO2-CeO2固溶体；经1200℃煅烧后主要以四方相存在。Al2O3-CeO2复合粉体经700℃煅烧后仅有立方萤石结构的CeO2，950℃煅烧后有弱结晶的γ-Al2O3出现但1200℃后其完全转变为结晶良好的α-Al2O3。结合两相复合粉体的分析结果，研究了ZrO2-Al2O3-CeO2系粉体在煅烧过程中发生的固溶、相变等过程以及在不同温度下的物相组成。结果表明以氨水作沉淀剂制备的ZrO2-Al2O3-CeO2系复合粉体从室温煅烧至1300℃过程中相转变过程为：非晶态→c-（Zr，Ce）O2→t-（Zr，Ce）O2→t-（Zr，Ce）O2+α-Al2O3，不同煅烧温度下均未出现CeAlO3或其他Ce-Al化合物的衍射峰；CeO2优先与ZrO2形成固溶体；Al2O3在低温下是以无定形态存在的，直到1300℃才直接转变为结晶度较低的α-Al2O3。而碳酸氢铵沉淀法制备的三相复合粉体经1200℃煅烧1h后出现四种物相的衍射峰，分别为立方相（Ce，Zr）O2固溶体、四方相（Zr，Ce）O2固溶体、单斜相ZrO2和α-Al2O3，分析认为粉体的不均匀性使其在富铈区域形成c-（Zr，Ce）O2固溶体，而在富锆区域形成t-（Zr，Ce）O2固溶体；缺少CeO2稳定和Al2O3抑制作用的t-ZrO2在1000℃煅烧后就发生t→m相变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 陶瓷粉体的制备与测试表征方法
• 1.1.1 粉体制备方法
• 1.1.2 粉体的分析表征方法
• 1.2 实验研究目的
• 1.3 实验内容及方案
• 2粉体的对比研究'>第二章 不同液相法制备CeO₂粉体的对比研究
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验内容
• 2.3.1 氨水沉淀法
• 2.3.2 溶胶-凝胶法
• 2.3.3 碳酸氢铵沉淀法
• 2.3.4 氧化铈棒状晶的形成过程
• 2.4 本章小结
• 第三章 两相复合粉体的制备与研究
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验仪器
• 2-Al₂O₃复合粉体的制备与表征'>3.3 ZrO₂-Al₂O₃复合粉体的制备与表征
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 DTA/TG分析
• 3.3.3 XRD物相分析
• 3.3.4 SEM-EDS分析
• 2O₃稳定t-ZrO₂的机理研究'>3.3.5 Al₂O₃稳定t-ZrO₂的机理研究
• 2-CeO₂复合粉体的制备与表征'>3.4 ZrO₂-CeO₂复合粉体的制备与表征
• 3.4.1 实验过程
• 3.4.2 DTA/TG分析
• 3.4.3 XRD物相分析
• 2O₃-CeO₂复合粉体的制备与表征'>3.5 Al₂O₃-CeO₂复合粉体的制备与表征
• 3.5.1 实验过程
• 3.5.2 DTA/TG分析
• 3.5.3 XRD物相分析
• 3.6 本章小结
• 2-Al₂O₃-CeO₂系粉体的制备与物相表征'>第四章 ZrO₂-Al₂O₃-CeO₂系粉体的制备与物相表征
• 4.1 实验原料
• 4.2 实验仪器
• 2-Al₂O₃-CeO₂系粉体的制备与表征'>4.3 ZrO₂-Al₂O₃-CeO₂系粉体的制备与表征
• 4.3.1 氨水沉淀法
• 4.3.2 碳酸氢铵沉淀法
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢