水热法制氧化锆.doc

学号： 09030230xx XX学院化学与材料工程系专题研究训练选课实 验 报 告项 目 名 称 水热法制备钇稳定氧化锆纳米粉体实 验 者 xxx所 属 专 业化学工程与工艺 指 导 教 师 xxxx提 交 日 期2011年 06 月 22日 专题研究训练实验课程组一、专题研究训练实 验 报 告姓 名xxxx学 号0903023xxx班级xxxx实验类别综合型实验 研究型实验 实验名称水热法制备钇氧化锆纳米粉体报 告 者 承 诺我保证填报内容真实、准确。实验者（签章）：xxxx电 话：xxxxxxx邮 箱：xxxxxxxx2011年 06 月 22日指 导 教 师 评 语我已对实验报告认真审阅，表中各项内容属实。对该学生的实验研究工作、实验时间、实验结果等给予客观公正评价如下： 并给予相应成绩（百分制）：指导教师（签章）： 年 月 日二、实 验 报 告 正 文2.1 水热法制备钇氧化锆纳米粉体xxx学院化学与材料工程系 xxxxxxx xxxxx（09030230xx）摘要：采用ZrOCl28H2O、氨水、氧化钇、硝酸为起始原料制备水热前驱物， 以矿化剂溶液作为水热介质，通过水热法合成氧化钇氧化锆纳米粉末。研究水热处理温度，PH值，矿化剂浓度对水热合成纳米氧化锆粉体的影响。实验表明：在水热处理3-4个小时，温度220，滴定pH为11时最有利于氧化锆的生成。关键词：氧化钇稳定氧化锆；水热法；矿化剂；前驱物；团聚。1. 前言 氧化钇稳定的氧化锆( YSZ)具有优良的力学性能和耐磨耐蚀性能、 高的氧离子导电性能以及与金属具有良好的热匹配性能 ,被广泛用于特种结构陶瓷、 功能陶瓷、 热障涂料等纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900，有较好的热稳定性1。随着电子和新材料工业的发展，除传统应用于耐火材料和陶瓷颜料外，作为电子陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷和人造宝石的主要原料，在高技术领域的应用日益扩大。制备纳米级氧化锆粉体已成为一个重要的研究性课题。与其他制备方法相比较，水热法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压下无法得到的特殊的物理、化学环境且利用此法可直接从水介质中得到结晶氧化物，避免论文高温煅烧工艺，可有效防止粉末团聚2。2. 实验（以得到产物0.1mol为基准的所需原料量）ZrOCl28H2OY2O3HNO332.225g1.07g=5.2g(大于2倍的计算量)2.1实验原料：ZrOCl28H2O ，K2CO3 , Y2O3, （浓）HNO3, CH3CH2OH, 聚乙二醇， 氨水2.2实验器材：反应釜，玻璃棒，烧杯，研钵，干燥箱，滴管，pH试纸，电子天平，磁力搅拌器2.3实验步骤3：. 将32.225g ZrOCl28H2O 溶于100 ml 水制成1 mol/l 的溶液。. 将HNO3倒入Y2O3中，水浴加热至完全溶解（1-2小时），再倒入已配置好的ZrOCl2 的溶液中，加入聚乙二醇做分散剂，搅拌。. 用氨水滴定Zr(OH)4至pH的值为11，搅拌静置8小时，抽滤、并用无水乙醇洗涤至无氯离子，得到水热前驱体。. 加入矿化剂碳酸钾约一勺左右。在反应釜转速为200r/min,温度为220的条件下水热处理4小时。. 处理产物：将得到的溶液抽滤后放入干燥箱内60干燥2小时即得到氧化锆粉体。3. 结果与讨论：1) 水热反应温度的影响 由于水热反应是在密闭容器中进行的，水以粘稠液体状态存在，所以在水热状态下水的粘度随温度升高而降低。晶体成核、生长速率与扩散速率成正比，而扩按速率与溶液的粘度成反比，因而晶体成核、生长速率与溶液的粘度成反比。所以当随热温度升高时，由于溶液体系粘度降低，可获得较快的晶体成核速率，晶核数量多，导致晶粒尺寸减小，结晶程度提高。实验表明，反应温度为220是结晶程度最高，反应最彻底的3。2) pH值的影响 氧化锆前驱体结构有四种模型。在较低pH值下，氢氧根的浓度低，四价锆离子周围的配位体主要是水分子，随着pH值增大，四价锆离子周围的水分子逐渐被氢氧根取代。氧化锆前驱体网状结构的有序程度，即是否含有较多结构水分子和配位水分子，对最终氧化锆的晶型是有影响的。在pH=11时，前驱体中含有较少结构水分子和配位水分子，前驱体结构主要为Zr(OH)73-，有序程度高，与立方相有短程相似性，更有利于生成立方氧化锆。可见,提高pH值有利于立方氧化锆的形成4。3) 矿化剂的影响 矿化剂的加入会影响水热状态下前驱物凝胶的结构重组和晶体析出。复合矿化剂有利于使氧化钇在微观尺度上均匀分散在氧化锆晶格中3。矿化剂浓度越大，溶液pH值越低，晶格度越低。4) 干燥工艺的影响直接干燥容易使氧化锆粉末发生团聚，抽滤时使用蒸馏水反复洗涤可以减少粉末团聚，另外还可以在干燥形成颗粒状得固体时用研钵碾碎，再进行干燥，这样可得到相对较细的粉末。4. 结论：1） 水热温度越高，合成产物晶粒越小，结晶度越大，220水热处理产物以立方相氧化锆为主；2） 随矿化剂浓度提高，水热合成产物晶粒减小，但过高的矿化剂浓度会降低晶化度3；3） 提高pH值有利于得到高温稳定的立方相氧化锆。参考文献：1 赵青 ,杨阳 ,孙永欣 ,等. 低温微波水热发制备氧化钇稳定氧化锆J . 微纳电子技术 ,2007 ,7 (8) : 76 -80.2 王零森. 特种陶瓷M. 长沙: 中南大学出版社, 2005: 8992. WANG Ling-sen. Special CeramicsM. Changsha: Central South University Press, 2005: 8992.3 水热法合成的纳米氧化锆结构 祝宝军 陶 颖 邱玉婷 谢 旻(1. 湖南大学 材料科学与工程学院，长沙 410082；2. 中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083)4 STEFAMC G, POPOVIDAB S, MUSIDA S.