HfO<,2>纳米粉体的制备及烧结研究

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纳米材料是当今科学界的研究热点之一.由于纳米粉体材料尺度极小,使之表面原子数、表面能急剧增加,产生了宏观物体所不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应及宏观量子隧道效应等新的性能.使得纳米粉体材料与常规粉体材料相比具有一系列电、磁、光及力学等方面的新异特性,从而使其作为一种新型材料在电子、信息、农业、冶金、宇航、化工和生物医学等领域占有十分重要的地位.本论文从纳米氧化铪粉体制备着手,着重研究制备工艺对纳米氧化铪粉体团聚度的影响.在粉体制备工作基础上,研究了烧结温度及烧结气氛对HfO<,2>陶瓷烧结体的影响.本工作首先以HfOCl<,2>·8H<,2>O为原料,采用化学沉淀法合成了无团聚,平均粒径为20nm,呈正交晶型的纳米氧化铪粉体.并应用XRD、DSC-TG、TEM、BET等方法对制备的纳米粉体的粒度、结构进行表征.通过调节氧氯化铪溶液的初始浓度及母液的pH值、添加表面活性剂和有机溶剂,改变煅烧温度等工艺参数可以达到控制纳米氧化铪粉料团聚度的目的.研究结果表明:(1)氧氯化铪溶液初始溶液浓度从0.1M增大至1M的过程中,所得纳米氧化铪粉体的比表面积先减小后增大,初始溶液浓度为0.5M时粉体团聚较少.(2)不同的pH值条件下,粉体的一次颗粒尺寸变化幅度很小,二次粒径有显著的差异.在pH值等于9-10左右能获得粒度分布窄,二次粒径小的纳米氧化铪粉体.(3)沉淀过程中添加表面活性剂,显著提高了溶胶对电解质的稳定性;水洗后的湿凝胶采用无水乙醇脱水,替代胶粒表面的吸附水,能大大降低胶粒表面的极性水的表面张力,防止-OH形成,能减小胶粒间的团聚力,消除粉料的团聚状态.(4)纳米氧化铪粉体粉体的晶化温度大约600℃,随着煅烧温度的升高,粉体的比表面积减小,平均一次粒径增大,晶化更加完全.最后,在上述方法制得的基本无团聚纳米氧化铪粉体基础上,研究了烧结温度及烧结气氛对氧化铪陶瓷烧结体的影响,得出如下结论:200MPa冷等静压成型的素坯在氢气中1800℃保温2h得到96﹪理论密度的主相为四方相,有少量单斜相存在的氧化铪陶瓷烧结体.
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