收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

熔盐法合成莫来石粉体和氧化锆—莫来石复合粉体研究

李雪冬  
【摘要】: 熔盐合成法是一种新颖的无机材料粉体合成方法。该方法采用一种或数种低熔点的盐类熔体作为反应介质,利用反应物在熔融盐中溶解,可使反应物在熔盐中充分接触,以此达到降低反应温度、提高反应速度的目的。由于熔盐提供的液相环境有利于晶体的生长,可使产物具有良好的显微形貌。在反应过程中熔融盐贯穿在生成的颗粒之间,可以阻止颗粒之间相互团聚。因此熔盐法在合成粉体材料方面具有一定的优势,有广阔的应用前景。在本论文中进行了以熔盐法合成莫来石粉体和氧化锆—莫来石复合粉体的研究。 本论文首先依据熔盐法的基本合成工艺,进行了以不同的氧化硅和氧化铝分别在不同熔盐介质中合成莫来石粉体的初步实验。结果表明,由于氧化铝的稳定性强,直接采用氧化铝和氧化硅在熔盐中达不到合成莫来石粉体的目的;而以硫酸铝和氧化硅在部分熔盐中可合成出莫来石,认为硫酸铝的分解产物Al_2O_3在熔融盐中具有,一定的溶解度,可以和溶解于熔盐中的氧化硅接触,从而反应生成莫来石。 针对以硫酸铝和氧化硅在硫酸钠熔盐中合成莫来石的反应,分别进行了热力学和动力学研究。利用热力学计算和综合热分析研究了该合成反应的热量变化过程,经研究认为,硫酸铝和氧化硅在熔盐中于950~1050℃之间生成莫来石。测得此温度下的反应热ΔH_r为1554.615kJ·mol~(-1)。该结果与合成的反应标准生成焓一致,表明在硫酸钠熔盐中合成莫来石的反应为硫酸铝和氧化硅的反应。采用热分析动力学的方法,对以硫酸铝和氧化硅在硫酸钠熔盐中合成莫来石的反应进行了动力学研究。计算出该合成反应的反应活化能Ea为913.5kJ·mol~(-1),此结果与其它方法合成莫来石的活化能数据相近。说明采用熔盐法合成莫来石的反应本质与其它合成方法相同。 分别研究了合成温度、熔盐用量、保温时间、升温速度对合成产物的影响。结果表明,在硫酸钠熔盐中,硫酸铝与氧化硅在950℃~1000℃之间合成出的莫来石晶体发育完整,而且粉体产物为高纯度莫来石。当合成温度超过1100℃时莫来石开始分解;熔盐介质硫酸钠的用量为W_(Na2SO4)∶W_(Al2(SO4)3)=66∶34,即可满足合成反应对熔盐用量的要求;在1000℃下保温3小时可使合成反应进行完全;采用较快的升温速度,可以减少体系在900℃之前的停留时间,减少硫酸铝在此温度区间的分解量,从而使产物中莫来石的含量增加。 分别研究了纯度、粒度和晶型不同氧化硅原料对合成莫来石纯度及形貌的影响。结果表明,以不同氧化硅均可以合成出纯度高、形貌相近的莫来石粉体,其显微形貌和比表面积基本相似;进行了在不同熔盐介质中合成莫来石粉体的实验。结果表明,熔融盐的粘度、熔盐阳离子均对合成莫来石的纯度具有影H向。莫来石在熔融盐中的过饱和度对合成莫来石粉体的显微形貌具有决定性影响,在不同熔盐介质中合成的莫来石粉体的显微形貌明显不同。 通过研究氧化硅和硫酸铝在硫酸钠熔盐中的行为,探讨了熔盐法合成莫来石的合成机理。结果表明,氧化硅以及硫酸铝的分解产物Al_2O_3在硫酸钠熔盐中均具有一定的溶解度,可充分接触并生成莫来石。熔盐介质可为莫来石的结晶及生长提供液态环境,莫来石可按照自身的结构特点形成莫来石晶须。认为在熔盐中莫来石的生长机理符合L-S生长机理。 对在硫酸钠熔盐中合成的莫来石粉体进行了表征。结果表明,该方法合成的莫来石粉体其化学成分与3∶2型莫来石的理论化学组成一致,且杂质含量较低。莫来石粉体的显微形貌呈晶须状,其直径约100~200nm,长度约5~10μm。通过SEAD和HR-TEM分析,可知该晶须为具有完整的晶体结构的莫来石单晶。 在本论文中还进行了以锆英石为原料,用熔盐法合成氧化锆—莫来石复合粉体的研究。研究发现,由于锆英石具有很强的稳定性,直接采用锆英石和硫酸铝不能在熔盐中合成出氧化锆—莫来石复合粉体。而通过采取制备锆硅酸钠和锆硅酸钾中间体的方法,降低了ZrO_2和SiO_2之间的稳定性,利用中间体产物和硫酸铝在熔盐中制备出氧化锆—莫来石复合粉体。该合成过程与熔盐法合成莫来石的反应过程近似。研究了在不同温度下复合粉体中氧化锆相变的原因,认为不同温度下形成的氧化锆的晶粒尺寸的差异是影响氧化锆相变的主要因素。 对以锆硅酸钠和硫酸铝在硫酸钠中合成的复合粉体进行了表征。结果表明,以该方法合成的氧化锆—莫来石复合粉体为氧化锆和莫来石两相组成的混合物。复合粉体中氧化锆的显微形貌为直径约50~100nm的球状颗粒,莫来石为直径小于50nm,长度约2~5μm的晶须。 通过引入部分焦硫酸钠,使焦硫酸钠与锆硅酸钠在500℃~600℃之间发生反应生成氧化锆和氧化硅,然后氧化硅再与硫酸铝反应形成莫来石。研究结果表明,焦硫酸钠的加入提高了硫酸铝的分解温度,使粉体产物中莫来石相的含量增加;另一方面,由于改善了氧化锆和莫来石的结晶生长环境,所生成的氧化锆和莫来石的显微形貌更加均匀一致。 本论文研究发现,采用熔盐法合成莫来石粉体和氧化锆—莫来石复合粉体,不仅操作简便、合成周期短,而且合成温度亦较其它合成方法低近400℃。在合成过程中,原料中的部分杂质可以和熔盐反应生成可溶性盐类,从而在水洗过程中除去,有利于提高产物的纯度。合成的粉体产物具有组成均匀、晶体形貌优异的特点,应用前景广阔。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 沈红章;;介绍一种节能型氧气生产方法—熔盐法生产氧气[J];节能;1988年12期
2 李慧,杨祖培,宗喜梅,常云飞;PZN含量变化对PZT-PZN-PMS压电陶瓷相结构及性能的影响[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2005年02期
3 崔爱莉,陈仁政,尉京志,李龙土;熔盐法包覆BaTiO_3及其电性能[J];无机化学学报;2001年05期
4 崔雅静;陈永亮;王法社;李璟;张勇;赵勇;;熔盐法制备Ba_(1-x)K_xBiO_3超导体及Ba_(0.6)K_(0.4)BiO_3的稳定性(英文)[J];稀有金属材料与工程;2009年04期
5 王作华;熔盐法直接制备铌镁酸铅基MLCC用瓷粉[J];有色金属;2003年02期
6 郝华,罗大兵,刘韩星,欧阳世翕;熔盐法合成SrBi_4Ti_4O_(15)片状铁电陶瓷粉末[J];武汉理工大学学报;2004年01期
7 梅世刚;张变芳;闫宗林;李同凯;乔治;邓玉林;;NiFe_2O_4晶微粉的共沉淀法和熔盐法制备[J];河北师范大学学报(自然科学版);2007年05期
8 裴新美;荣兰;;熔盐法制备片状氧化铝[J];材料导报;2010年S2期
9 王绪威,储少岩,李存健,程先安;熔盐反应法生长Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O系超导单晶[J];北京航空航天大学学报;1995年01期
10 宋煜昕,李承恩,晏海学;熔盐法合成SrBi_2Ta_2O_9粉体[J];无机材料学报;2002年01期
11 李云;努丽燕娜;杨军;伊丽奴尔·吐胡达洪;王久林;;可充镁电池正极材料Mg_(0.75)Mn_(0.15)Fe_(1.1)SiO_4的制备及电化学性能[J];电源技术;2010年10期
12 张昌松,高峰,杨祖培,田长生;熔盐法制备片状钛酸铋粉体的研究[J];材料工程;2004年12期
13 郭亚军,郭亚平,吕君英,谭秀民;用共沉淀-熔盐法和溶胶-凝胶法合成的BaFe_8(Ti_(0.5)Mn_(0.5))_4O_(19)铁氧体纳米粒子[J];磁性材料及器件;2005年01期
14 肖敬忠,张连翰,杭寅;弛豫型铁电晶体92%PZN-8%PT的熔盐法生长[J];功能材料;2000年04期
15 谭舒平;张明福;韩杰才;左洪波;许承海;;Ba(Sn_(0.1)Ti_(0.9))O_3粉体的熔盐法制备与性质[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期
16 陈永亮;崔雅静;王法社;张勇;洪时明;赵勇;;BaPb_(0.75)Bi_(0.25)O_3超导体的制备及其性能[J];稀有金属材料与工程;2008年S4期
17 亓淑艳;董丽敏;韩志东;张显友;;钙钛矿La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3的形态及居里温度的研究[J];武汉理工大学学报;2010年07期
18 任慧,张同来,乔小晶;熔盐法合成FeCl_3-石墨层间化合物的稳定性研究(英文)[J];含能材料;2003年03期
19 高峰;张昌松;洪荣子;张慧君;田长生;;工艺参数对熔盐法制备Bi_4Ti_3O_(12)的影响[J];材料科学与工艺;2007年05期
20 谭宏斌;;粉煤灰制备片状氧化铝粉体[J];陶瓷;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱文杰;赵鹤云;张海斌;柳清菊;吴兴惠;;熔盐法制备α-Fe_2O_3一维纳米针状材料[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
2 杨祖培;黎红明;;熔盐法制备铌镁酸铅基Y5V电子瓷料的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 杨祖培;周欣山;高峰;田长生;张帮劳;;熔盐法制备0.8Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3—0.2PbTiO_3粉末的研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
4 王时超;叶宁;;ZnO晶体熔盐法生长的研究[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年
5 雷炳富;刘应亮;王朋;;MTiO_3:Pr~(3+)荧光体的熔盐法制备和发光性质[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年
6 邓梅根;;基于熔盐法制备的超级电容器用纳米MnO_2研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
7 王永政;王继扬;李静;韩树娟;郭永解;;助熔剂法生长NdPO_4晶体[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
8 李慧青;张淑芬;张旖;王国强;;新型增强材料——硼酸镁晶须[A];2006年中国镁盐行业年会暨新技术、新产品、新设备推介会论文集[C];2006年
9 蔡宗英;李俊寿;李运刚;;熔盐法在材料制备中的应用[A];2008年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2008年
10 张昌松;郭晨洁;高峰;田长生;;钛酸铋陶瓷及其电性能的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李雪冬;熔盐法合成莫来石粉体和氧化锆—莫来石复合粉体研究[D];武汉科技大学;2007年
2 雷文;ZnAl_2O_4基低介电常数微波介质陶瓷的结构与性能[D];华中科技大学;2008年
3 裴健;层状钙钴氧化物热电材料的制备及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 刘劲松;低维CdS、ZnS和ZnO等纳米材料的固相合成及表征[D];南京航空航天大学;2007年
5 崔雅静;铋酸盐超导体的熔盐制备技术以及掺杂效应研究[D];西南交通大学;2009年
6 杨海丽;熔盐脉冲电沉积制备高硅钢的研究[D];燕山大学;2011年
7 徐国纲;Ga_3PO_7晶体的熔盐法生长、结构及性质研究[D];山东大学;2009年
8 陈捷;上称重法生长掺稀土钨酸钆钾及若干新晶体结构设计与制备[D];福州大学;2010年
9 张昌松;NBT-KBT无铅压电织构陶瓷制备及其电性能研究[D];西北工业大学;2006年
10 胡静;高品质非线性光学晶体KTP的生长及性能研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏周;熔盐法合成片状氧化铝粉体的研究[D];中南大学;2004年
2 靳星瑞;多元金属硫族化合物的固体合成及结构表征[D];北京化工大学;2002年
3 仲林红;磷灰石结构La_(9.33)Ge_6O_(26)电解质材料的熔盐法制备和表征[D];吉林大学;2014年
4 冯秀玲;多元金属硫族化合物的固体合成和表征[D];北京化工大学;2003年
5 李慧;PZT-PMS-PZN四元系压电陶瓷材料的制备与电性能研究[D];陕西师范大学;2006年
6 陈晋;NH_4TiOF_3和Na_2Ti_6O_(13)粉体合成方法的研究[D];华中科技大学;2013年
7 田华;改性纳米二氧化钛的合成及其光催化性能研究[D];中国海洋大学;2006年
8 刘晔;废水处理用新型光催化剂的制备及应用研究[D];青岛理工大学;2009年
9 魏灵灵;模板晶粒Sr_2KNb_5O_(15)的制备、形貌控制及反应机理的研究[D];陕西师范大学;2008年
10 张尊波;基于MnO_2的超级电容器电极材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 马克·巩特尔 王晓苏 编译;熔盐太阳能储存项目到底值不值?[N];中国能源报;2011年
2 记者 刘祥 通讯员 张娜 刘晓华;钒渣再利用新技术公斤级实验获成功[N];中国冶金报;2011年
3 记者 尹江勇;我省两企业成功申请国家重点项目[N];河南日报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978