撞擊流反應(yīng)-沉淀法制備釔穩(wěn)定氧化鋯超細(xì)粉體.pdf

1、二氧化鋯有單斜相(m-ZrO2)、四方相(t-ZrO2)和立方相氧化鋯(c-ZrO2)三種晶型，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。純二氧化鋯制品在生產(chǎn)時(shí)，特別在從高溫到室溫的冷卻過(guò)程中，溫度會(huì)通過(guò)相變范圍，易發(fā)生相變，導(dǎo)致裂紋，有時(shí)甚至碎裂，需要在制備二氧化鋯時(shí)添加一定量的穩(wěn)定劑（如 Y2O3、CeO2、CaO、MgO、BaO和Al2O3等）進(jìn)行穩(wěn)定化處理，以阻止或部分阻止二氧化鋯在燒結(jié)后因溫度變化而引起體積變化的相轉(zhuǎn)變過(guò)程的發(fā)生，以制備全穩(wěn)定或部

2、分穩(wěn)定的二氧化鋯制品。釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）)具有優(yōu)異的性能，是目前重點(diǎn)研究的陶瓷材料，廣泛應(yīng)用于氧氣傳感器和固體燃料電池（SOFC）等領(lǐng)域。要制得性能穩(wěn)定和致密的氧化鋯瓷體，首先是要制得顆粒細(xì)小、尺寸分布窄、表面形態(tài)好的二氧化鋯粉體。撞擊流反應(yīng)器具有顯著的強(qiáng)化相間傳遞和微觀混合的特性，能提供高且均勻的過(guò)飽和度，在制備無(wú)機(jī)納米或亞微米材料上有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
　　本文以ZrOCl2·8H2O為鋯源，Y(NO3)3·6H2O為釔源，PE

3、G4000為分散劑，碳酸氫銨為沉淀劑，采用撞擊流反應(yīng)-沉淀法制備5％釔穩(wěn)定氧化鋯前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、研磨、焙燒等工序制備出釔穩(wěn)定氧化鋯超細(xì)粉體，通過(guò)正交和單因素試驗(yàn)分別考察 PEG4000用量、螺旋槳轉(zhuǎn)速、鋯離子濃度、反應(yīng)時(shí)間、焙燒溫度及焙燒時(shí)間對(duì)釔穩(wěn)定氧化鋯超細(xì)粉體粒徑的影響，依次采用激光粒度儀（WJL）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）等測(cè)量?jī)x器對(duì)粒徑及形貌進(jìn)行表征，獲得制備釔穩(wěn)定氧化鋯超細(xì)粉體的優(yōu)化工藝參數(shù)為

4、：PEG4000用量1.4 g/L，螺旋槳轉(zhuǎn)速900 r/min，鋯離子濃度0.08 mol/L，反應(yīng)時(shí)間70 min，800℃時(shí)焙燒2 h，在此條件下，制得的釔穩(wěn)定氧化鋯超細(xì)粉體的粒徑為0.5μm。
　　結(jié)合熱重分析（TG）和差示掃描量熱法（DSC）對(duì)所制備的釔穩(wěn)定氧化鋯前驅(qū)體進(jìn)行了熱分解動(dòng)力學(xué)研究，并采用無(wú)模型法的基辛格（Kissinger）法、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）法和Flynn-Wall

5、-Ozawa（FWO）法分別分析釔穩(wěn)定氧化鋯前驅(qū)體熱分解過(guò)程的動(dòng)力學(xué)，計(jì)算出熱分解過(guò)程的表觀活化能。研究結(jié)果表明，在熱分解過(guò)程中出現(xiàn)了三個(gè)失重階段。第一個(gè)失重階段出現(xiàn)在30~216℃（低升溫速率）和230℃（高升溫速率），吸熱峰值為119℃，失重率為16.61％，主要是失去吸附水和結(jié)晶水，在DSC曲線中表現(xiàn)為吸熱峰；第二個(gè)失重階段發(fā)生在221~355℃（低升溫速率）和416℃（高升溫速率），放熱峰值290℃，失重率為4.73％，可能是殘

6、留的有機(jī)物聚乙二醇分解，在 DSC曲線中表現(xiàn)為放熱峰；第三個(gè)失重階段發(fā)生在408~521℃（低升溫速率）和534℃（高升溫速率），放熱峰值477℃，失重率為65.33％，主要是碳酸鋯和碳酸釔受熱分解為氧化鋯和氧化釔，釋放出二氧化碳，并發(fā)生無(wú)定型晶化現(xiàn)象，生成立方相的穩(wěn)定鋯，在DSC曲線中表現(xiàn)為放熱峰。由Kissinger法、KAS法和FWO法計(jì)算的第一失重階段的表觀活化能分別為：63.33 kJ/mol、63.71 kJ/mol和60.