二氧化锆陶瓷空心微球的制备工艺和表征.pdf

国内图书分类号:TB39 学校代码:10213 国际图书分类号: 密级:公开工学硕士学位论文二氧化锆陶瓷空心微球的制备工艺与表征硕士研究生:周鹏导师:郑永挺副教授申请学位:工学硕士学科、专业:材料学所在单位:复合材料与结构研究所答辩日期:2009年06月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index:TB39 .: Dissertation for the Master Degree in Engineering PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF ZIRCONIA CERAMIC HOLLOW SHELLS Candidate:Zhou PengSupervisor:Associate Prof. Zheng YongtingAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpecialty:Material ScienceAffiliation:Center posite Materials Date of Defence:June, 2009Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文I 摘要本文采用乳液聚合法,以苯乙烯为单体,过硫酸钾为引发剂,十二烷基硫酸钠为乳化剂,制备出了粒径范围为纳米到亚微米不同粒径级别的单分散聚苯乙烯微球,随后以聚苯乙烯微球为模板,结合均相沉淀法制备出了包覆均匀的水合ZrO2/PS核壳微球,并在此基础上煅烧获得了二氧化锆空心微球样品。研究了主要工艺条件对聚苯乙烯微球粒径和水合ZrO2粒子对PS微球包覆的影响,获得了可靠的工艺参数,同时对聚苯乙烯微球乳液的分散稳定性和水合ZrO2/PS核壳微球的形成机理进行了分析。采用SEM、激光粒度分析、TG、FT-IR、XRD、XPS等手段表征了聚苯乙烯微球、水合ZrO2/PS核壳微球和ZrO2空心微球样品的形貌、大小、结构和组成。研究了单体用量、引发剂浓度和乳化剂浓度对聚苯乙烯微球粒径的影响。结果表明聚苯乙烯微球粒径随单体用量的增加而增大,随乳化剂浓度的增大而减小,随引发剂浓度的增大而减小。以自制粒度分布均匀且粒径大小约为350nm的PS微球为模板,硝酸氧锆作为锆源,尿素作为沉淀剂和PH调节剂,在水体系中制备ZrO2/PS核壳微球,600℃下煅烧获得ZrO2空心微球样品。研究了反应物浓度、分散剂对ZrO2包覆情况的影响。结果表明当硝酸氧锆和尿素的浓度都很低时,水解产物在PS微球上没有包覆,在此基础上增大尿素浓度,水解产物在PS微球上形成部分包覆。适当增大硝酸氧锆和尿素的浓度有利于ZrO2/PS核壳微球的形成,×10-3mol/,均能实现水合氧化锆粒子对PS微球的包覆,但是当尿素的浓度过高时,导致硝酸氧锆的水解速度过快,有些小粒子来不及吸附在PS乳胶粒上而自身不断长大,体系中出现游离的水合氧化锆纳米粒子聚集体。分散剂的加入有利于ZrO2纳米粒子、聚苯乙烯微球乳胶粒的分散,促进ZrO2/PS核壳微球的形成。通过对水合ZrO2/PS核壳微球傅立叶红外光谱、X射线光电子能谱、热重分析,结果证实了其核壳结构特征的形成。考察了反应过程中体系PH值的变化,认为体系PH值是尿素与硝酸氧锆共同作用的结果,PH值的控制对水合ZrO2/PS核壳微球的形成尤为重要,形成包覆的体系PH值一般经历一个从强酸性到弱碱性的变化过程。关键词:二氧化锆;乳液聚合;聚苯乙烯微球;核壳微球;空心球哈尔滨工业大学工学硕士学位论文II Abstract In this paper,monodisperse polystyrene microspheres in the size range of nano to sub-micron were prepared by emulsion polymerization method using styrene as monomer,potassium persulfate as initiator and sodium dodecyl sulfate as coating ZrO2/PS core-shell microspheres were prepared using polystyrene microspheres as template bining homogeneous precipitation ZrO2 hol