Al2O3-CaO摻雜對MgO-ZrO2納米粉相組成和晶粒大小的影響

1、科研開發(fā)化工科技，（ 4）： 2005，131416SCIENCE &TECHNOLOGY IN CHEMICAL INDUSTRY（Al 2O 3，摻雜對 ! （MgO ）CaO ）=8%-zrO2 納米粉相組成和晶粒大小的影響 陳汝芬，宋秀芹 （河北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，河北石家莊 050016）摘要：用尿素水解法制備了 x （MgO ）（AI 2O 3，摻雜的 x （MgO ）=8%-zrO 2納米粉。 =8%-zrO 2及 CaO ）經(jīng) XRD 、摻入 AI 2O 3 有降低（ c +t ） TEM 等分析表明： -zrO 2 體積分?jǐn)?shù)和 細(xì)化晶粒的作用； CaO 的摻入可顯著提高（ c

2、+t ）當(dāng)摻入 x （CaO ）可得到全穩(wěn)定 立方相氧化鋯。 -zrO 2含量， =3%時，關(guān)鍵詞：氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯；摻雜；相組成；晶粒尺寸中圖分類號：TO 174.4+7文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號：（ 2005） 1008-051104-0014-03氧化鋯陶瓷熔點高、強度大、耐磨損、耐腐蝕，是用途廣泛的結(jié)構(gòu)和功能材 料。在不同的條件下，氧化鋯存在 3 種相結(jié)構(gòu)：立方相、四方相和單1，2不同結(jié)構(gòu)對于材料的物理性質(zhì)有決定斜相。性的影響。由晶型轉(zhuǎn)變引起體積效應(yīng)，造成 zrO 2制品在燒結(jié)中容易開裂，因此生產(chǎn)上需要采取穩(wěn)定措施。常用的穩(wěn)定劑有CaO 、MgO 、Y 2O 3、CeO 23和其它

3、稀土金屬氧化物。稱取 zrOCI 2? 8H 2O ，（NO 3）并 CaO ，Mg AI 2O 3，CaO ，2，將該混合 物緩慢加入到按體積比 111HNO 3 溶解，溶有一定量聚乙二醇（ 2000）的一定濃度的尿素溶液中，并用 NH 3? H 2O 調(diào) 節(jié)溶液的 pH 值（試劑均為分析純），反應(yīng)液于 100C 磁力攪拌 31，陳化、抽濾， 水洗至沉淀中不含 CI -，再用無水乙醇洗滌，經(jīng) 550C 煅燒 31制得 zrO 2納米粉。 1. 2樣品的表征樣品的結(jié)構(gòu)用德國 Bruker AXS-D8-ADVANCE 測定條件為銅靶，管電流為 X- 射線衍射儀確定，管電壓為 30kV ；用日本

4、 H-600 型透射電子 20mA ， 顯微鏡觀測樣品的形貌。在眾多的增韌陶瓷中，氧化鎂部分穩(wěn)定的氧陶瓷以其優(yōu)異的中常溫性能及良好 化鋯（ Mg-PSz ）的耐磨性和低溫抗老化性能而得到廣泛應(yīng)47用。但是，例如其 Mg-PSz 陶瓷也有一些缺點，抗高溫老化性就有待于提高8。研究表明， zrO 2陶瓷中，加入適量的 AI 2O 3 可有效抑制陶瓷老9 化；同時，晶粒尺寸和相組成對陶瓷的物理性能2結(jié)果與討論以 x （MgO ）=8%-x （zrO 2） =92%為基料，摻也會產(chǎn)生顯著的影響10。作者采用尿素水解法制備了 x （MgO ）=8%-（AI 2O 3，摻雜的 x （MgO ） =8%-z

5、rO 2納 zrO 2及 CaO ）米粉，并研究 AI 2O 3 ，（ MgO ）=8%-CaO 的摻雜對 x zrO 2 相組成和晶粒大小的影響。入適量 AI 2O 3、根據(jù) XRD 圖譜，由公式（ 1）計 CaO ，1112算（ c +t ）： -zrO 2 的體積分?jǐn)?shù) !I （t 111）（1）=! I （11）（）（） +I 111+I 111m m t其中：代表四方相（ 111）和立方相（ 111）面 I （t 111）11. 1實驗部分粉體的制備按 x （MgO ）=8%-zrO 2及一定量的 AI 2O 3，的衍射強度之和（因為四方相和立方相在 XRD 圖中很難分辨出來）； （1

6、11）和 I m （111）分別代表 I m 單斜相（ 11）面和（ 111）面的衍射強度。粉 末樣品的晶粒大小，則根據(jù) Sc1errer 粒度公式 D =0.89 /? cos 其中：B #計算， 為 X 射線波長， #為 Bragg 角，（B 常需校正： D 為晶粒尺寸， B 為峰半寬 B =B 總-B 儀，B 總為總寬化， B 儀為儀器條件引起的寬收稿日期： 2005-05-16作者簡介：陳汝芬（ 1965-），女，河北盧龍人，河北師范大學(xué)副教授，研究 方向為無機(jī)材料。 通訊聯(lián)系人。（2002237）。 河北省教委資助項目第4期摻雜對 x （MgO ）陳汝芬，等 . （Al 2O 3，C

7、aO ） 8 -ZPO 2納米粉相組成和 晶粒大小的影響? 15?化）。2. 1摻雜 Al 2 3按一定摩爾比摻雜 Al 2O 3 的 x （MgO ） 8 -經(jīng) 550C 煅燒后進(jìn)行 XRD 分析， 結(jié)果 ZPO 2粉體，表明：沒摻雜 Al 2O 3 的 Mg-PSZ 的（c +t ）-ZPO 2含量較高，達(dá)到 50. 8 ，而摻雜 Al 2O 3 后，（c +t ）-（c +ZPO 2含量減少。摻 雜 Al 2O 3 的摩爾分?jǐn)?shù)與說明隨 Al 2O 3 摻 t ）-ZPO 2體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系見圖 1，雜 量的增大，（ c +t ）-ZPO 2體積分?jǐn)?shù)是逐漸下降根據(jù)經(jīng) 550C 煅燒樣品的 X

8、RD 譜，可計算出粉末樣品的晶粒大小。圖 3為摻雜 Al 2O 3 的摩爾分?jǐn)?shù)與樣品晶粒大 小（D ）的關(guān)系。由圖 3可見：與未摻雜 Al 2O 3相比，摻雜 Al 2O 3 樣品的晶粒 較粉末樣品的晶粒有小，而隨 Al 2O 3 摻雜量的增大，減小的趨勢?？赡苁怯捎?Al 2O 3 和 MgO 反應(yīng)，生成的 MgAl 2O 4 釘扎于氧化鋯晶界處，當(dāng)晶粒長大時，對 MgAl 2O 4 的遷移 速度低于晶界的遷移速度，晶界有一個拖拽的作用，會抑制晶粒的生長，使晶的。其原因可能是：當(dāng)達(dá)到一定溫度時， Al 2O 3會和 MgO 反應(yīng)，生成鎂鋁 尖晶石（ MgAl 2O 4 ），這樣會消耗掉部分作

9、為穩(wěn)定劑的 MgO ，使得樣品中的 c +t ）-ZPO 2體積分?jǐn)?shù)減少，而且，隨著 Al 2O 3 摻雜量的增大，消耗掉的 MgO 也 隨之增多，失穩(wěn)的 ZPO 2 逐漸增多，導(dǎo)致（c +t ）-ZPO 2體積分?jǐn)?shù)逐漸減少。圖 2為摻雜 x （Al 2O 3） 1 樣品， 即 x Al 2O 3） 1 -x （MgO ） 8 -x （ZPO 2） 91 樣品的 XRD 圖譜，由圖 2 可見， 樣品的單斜相（ m -ZPO 2）含量較高，（ c +t ）-ZPO 2含量較少，僅為 21 . 而由于生成的 MgAl 2O 4 較 少，在 XRD 圖譜中沒有顯示出來。圖1摻雜 Al 203 的量與

10、（ ! + ） -zr02 含量的關(guān)系圖2x Al 2O 3 )1 -（x MgO ） 8 -（x ZPO 2） 91 樣品的 XRD 圖粒細(xì)化 7。圖 4為 x （Al 2O 3） 1 -（x MgO ） 8 -（ xZPO 2） 91 樣品的 TEM 照片，樣品為球型，均勻性較好，其粒徑約為 37nm ，與計算值基本相符。圖3摻雜 Al 203 的摩爾分?jǐn)?shù)與樣品晶粒大小的關(guān)系圖4（xAl 2O 3） 1 -（x MgO ） 8 -（x ZPO 2） 91 樣品的 TEM 照片2. 2 摻雜 Ca按一定摩爾比摻雜 CaO 的 x （MgO ） 8 -ZPO 2粉體，經(jīng) 550C 煅燒后進(jìn)行

11、XRD 分析，圖 5 顯示了摻雜 CaO 的摩爾分?jǐn)?shù)與（ c +t ） - ZPO 2體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系?？梢姡弘S摻雜 CaO 的增多，（ c +t ）-ZPO 2體積分?jǐn)?shù)顯著增多。這是由于 CaO 也是 ZPO 2的穩(wěn)定劑，隨 CaO 的摻雜，使得穩(wěn)定劑總量（? 16? 化工科技第 13 卷增加，失穩(wěn)的 ZrO 2減少，則（ c +t ）-ZrO 2 體積分?jǐn)?shù)會增多。3結(jié)論用尿素水解法制備了 x （MgO ）=8%-ZrO 2及摻雜的 x （MgO ）=8%-ZrO 2納米粉。（ AI 2O 3，CaO ）（c +t ）少量 AI 2O 3的摻入有降低 -ZrO 2體積分?jǐn)?shù)和細(xì)化晶粒的作用；（

12、c +CaO 的摻入可顯著提高當(dāng)摻入 x （CaO ）=3%時，可得 t ）-ZrO 2體積分?jǐn)?shù)，到 全穩(wěn)定立方相氧化鋯。參考獻(xiàn)1梁麗萍，黨淑娥，高蔭本 . ZrO 2（CaO ）納米粉體的性能與圖5（c +t ）含量的關(guān)系 CaO 摻雜量與! -ZrO 2J CaO 含量的關(guān)系 . 硅酸鹽通報， 2002，6：83.2王剛，殷立雄 . 氧化鋯超細(xì)粉及其制備技術(shù)綜述 J . 西北 輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，（ 1）： 2000，1899.3王佩玲，戴健 . MgO ，CaO ，Y 2O 3摻雜 ZrO 2相組成的定量分 析J （ 1）： . 無機(jī)材料學(xué)報， 1997，1293.4李君，楊彬，王金相，等

13、. MgO-ZrO 2 材料的燒結(jié)，顯微結(jié)構(gòu) 和性能J （2）：. 耐火材料， 1996，3069.5馬亞魯. AI 2O 3摻雜對微晶（ Y-Mg ）-PSZ 材料性能的影響J （1）：. 陶瓷學(xué)報， 1999，2032.6榮天君，黃校先，郭京坤，等 . 共沉淀 MgO （10. 4moI %）-J ZrO 2 粉體中 MgO 的固溶度 . 無機(jī)材料學(xué)報， 2003，18（1）： 238.7馬亞魯，馬衛(wèi)兵，鄭俊萍 . 少量摻雜 AI 2O 3，SiO 2Mg-PSZ 陶圖6=89%樣品的 XRD 圖x CaO ）=3%-（x MgO ）=8%-（x ZrO 2）瓷材料的液相燒結(jié) J ，硅酸鹽

14、通報， 2000，5：32.8 Montross cs. Precipitation and buIk property behavior in the yttria- J magnesia-zirconia ternary system . Br Ceram Trans ，J 1991， 90：175.9 李秀華，袁啟明，楊正方，等 . 添加 AI 2O 3 的 Y-TZP 基陶瓷材料研究及其應(yīng)用前景 J . 硅酸鹽通報， 2002，3：35.10 Lee w e ， rainforthwm. Ceramic microstructures ：property controI byC pro

15、cessing . London ：chapman &haII， 1994： 67.11 Bo Zhang ， Freddy Boey. The phase and the toughening mechanismsJ in （Y ）ZrO 2-AI 2O 3（-Ti ，W ）C ceramics system . MateriaIs Iet-ters. 2000，43：197.12 張巨先，楊靜漪，郁新，等 . 包覆型 ZrO （粉體研制 J . 23Y ）無機(jī)材料學(xué)報，（ 6）： 1998，13882.圖 6 為 x （CaO ）=3%-x （MgO ）=8%-x（ZrO 2）=89%樣品

16、的 XRD 圖譜。由圖 6可知：當(dāng)摻入 x （CaO ）=3%時， 可得到全穩(wěn)定立方相氧化鋯。另外，由 XRD 圖計算可知，隨 CaO 的摻雜，樣品的 晶粒大小變化不大，其詳細(xì)原因有待進(jìn)一步研究。Influence of （Al 2O 3，CaO ）dopant on phase composition（MgO ） =8%-zrO2and grain size of !ChEN Ru-fen ，SONG Xiu-gin（College of Chemistry ，Hebei Normal Uniuersity ，Shijiazhuang 050016， China ）（MgO ） =8%-ZrO 2was prepared as basic materiaI. It was doped with some smaII amount of dopants， Abstract ：xCaO. The powder sampIes were characted by XRD and TEM anaIysis. The experimentaI resuIts show