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纳米氧化锆粉体的合成与表征
李杰 119024189 无111
1 引言
二氧化锆是制备特种陶瓷最重要的原料之一,由于其具有优良的机械、热学、电学、光学性质而在高温结构材料、高温光学元件、氧敏元件、燃料电池等方面有着广泛的应用,它是2l世纪最有发展前景的功能材料之一。而控制氧化锆前驱粒子的颗粒尺寸对制备高性能氧化锆陶瓷具有重要意义。
本研究采用水/环己烷/辛基苯基聚氧乙烯醚(Triton X-100)/正己醇四元油包水体系,通过反相微乳液法制备了纳米ZrO2粉体,用TEM,XRD等对所制备的纳米粉体进行了表征,研究了煅烧温度、pH值、陈化时间对ZrO2纳米粒子结构与性能的影响。结果表明,以单斜相为主的ZrO2纳米粉体,其晶粒尺寸可控制在20 nm左右;随着煅烧温度的提高,ZrO2的结晶程度逐渐提高;随着pH值的提高,少量四方相ZrO2全部转化为单斜相;随着陈化时间的增加,ZrO2颗粒尺寸变大。
2 结构性质
自然界的氧化锆矿物原料,主要有斜锆石和锆英石。,,熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪,难以分离,但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态:单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现,加热到1100℃左右转变为四方相,加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化,冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化,容易造成产品的开裂,限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后,四方相可以在常温下稳定,因此在加热以后不会发生体积的突变,大大拓展了氧化锆的应用范围。

3 用途
 ZrO2在特种陶瓷中的应用
由于高纯ZrO2具有优良的物理化学性质,当其与某些物质复合时,在不同条件下又具有对电、光、声、气和温度等的敏感特性,使其广泛用于电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高新技术领域。
 电子陶瓷
  ZrO2在电子陶瓷中的应用主要有压电元件(如发火元件、助听器、拾音器等),滤波器(用于电视机、收录机、共电式无线电收发机等),超声波振荡器(用于潜艇音纳、鱼群探测器和测深仪等),蜂鸣器(用于电子计算机输入功率鉴定信号机、曲调桌式电子计算机、数字显示手表及闹钟等)及高温导体等。
 功能陶瓷
  ZrO2在功能陶瓷中的应用主要有气体传感器(如氧气分析仪和钢液测氧探头等),温度传感器(用于电子温度表、复印机、电子透镜等),声音传感器(用于超声波遥控、潜艇音纳、超声波探伤和诊断仪等),压力传感器(用于应变仪、拾音器、电子血压表等),加速度传感器(用于加速度测量仪)等高技术自动控制系统及高温固体燃料电池电介质和磁流体发动机电极等。
 结构陶瓷
  由于ZrO2具有耐高温、高强度、韧性好和耐腐蚀等特性,常温下抗压强度可达2100MPa。1000℃时为1190MPa。最好的亚稳定ZrO2韧化陶瓷常温下抗弯强度可达2000MPa,KIC可达9MPam1/2以上。因此,可用作空间飞行器的无润滑滚珠轴承和喷气发动机、内燃机和汽轮机的构件(如推杆、连杆、轴承、气缸内衬和活塞帽等)。用ZrO2制作的密封圈、阀门、管道等构件在化工、冶金等部门也得到广泛应用。
  由于ZrO2硬度高,与电熔Al2O3