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本文通过对国内外大量文献的分析,对制备纳米氧化锆粉体的十多种方法进行了比较,在溶胶.凝胶法制备纳米氧化物材料的基础上,结合水热法制备粉体材料的思路,形成一种制备方法——压力-热晶法。其核心是通过控制化学反应的动力学条件(温度、压力、浓度和pH值),保证在液体介质中合成纳米材料,使纳米晶粒自由生长。采用压力.热晶法制备纳米氧化锆粉体的工艺过程中,温度和压力除了促进晶粒择优生长、减小晶粒尺寸外,还增加晶粒密实度,从而减少缺陷。该法包括两步:第一步,应用溶胶-凝胶法制备纯净的氢氧化锆凝胶;第二步,利用水热脱水机理去除凝胶中的结晶水制得纳米氧化锆粉体。
本实验分成两大部分,第一部分采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化锆,对产物粒径的影响因素进行了研究和探讨,包括反应速度、陈化时间、干燥方法、不同溶剂、热处理温度和时间等。第二部分的实验,采用压力.热晶法制备纳米氧化锆,探讨在不同的温度和压力下制得的氧化锆产物的性状的变化。反应溶剂均采用去离子水或无水乙醇。
通过差热分析、X射线衍射分析、透射电镜分析等测试手段对两种方法所制备的纳米氧化锆进行表征。结果表明,压力-热晶法更具优势。该法所制备的纳米氧化锆外观为蓬松的白色粉末状,自分散性好,粒径均小于20nm,只存在单一的四方相,而且其抗老化性能尤为突出,在500℃热处理1h~3h的时间段内,均没有出现明显的老化现象。特别是以无水乙醇为溶剂,采用压力.热晶法在高压状态下制得的纳米氧化锆粉体,收集性好,制样量大,粒径不超过10nm,单一的四方晶型,自分散性好,热稳定性好,抗老化能力强,在500℃热处理6h后颗粒长大不超过5nm。
在本实验条件下,与溶胶-凝胶法制备的纳米氧化锆相比较,采用压力-热晶法制得的样品具备了更好的性能,纳米粒子易于团聚和老化的问题得到了改善。压力热晶法显示了其很大的优势,而且展现了很好的发展前景。