纳米二硼化锆粉体的制备与表征
纳米硼化锆的合成及制备
诚信声明本人声明：我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：日期：年月日北京化工大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：纳米硼化锆合成及表征学院：材料学院专业：材料科学与工程班级：材料0703班学号：200722072学生：王琦指导教师：李友芬专业负责人：李志林1．设计（论文）的主要任务及目标获得高纯度纳米硼化锆，分析不同工艺合成机理。
2．设计（论文）的基本要求和内容基本要求: 能进行课题文献查阅、翻译、阅读，并写出文献综述；确定实验方案，能完成规定的进度；能详细记录、准确分析和正确处理实验数据，并能分析及解决实验中遇到的难题；能较好地应用本专业基本理论和专业知识，分析问题、解决问题，能提出具有创造性水平的研究结果，能按照毕业论文撰写要求，完成毕业论文。
内容:（1）通过溶胶-凝胶法获得合适的硼化锆前躯体；（2）探讨不同烧结方式对合成硼化锆的影响；（3）探讨合成纳米硼化锆的机理。
3．主要参考文献[1].方舟，傅正义，王皓，等. 中国有色金属学报, 2005,15(11):1699-1706.[2].Roberta Licheri,Roberto Orru,Antonio Mario Locci,et al. American Chemical Society Published on Web. 2007, 46, 9087-9096.[3] A.L.Wayda,l.F.Scnneemeyer,and R.L.Op1la.American Institute of Physics, 1988, 53(5), 361-363.北京化工大学毕业设计（论文）纳米硼化锆的合成及表征摘要以H3BO3为硼源，葡萄糖为碳源，草酸为成胶剂，采用溶胶-凝胶法，通过ZrOCl2溶液中制备硼化锆前驱体。
纳米氧化锆粉体的制备与表征
纳米氧化锆粉体的制备与表征共沉淀法共沉淀法是在水溶性锆盐与稳定剂的混合水溶液中加入氨水等溶液，反应后生成不溶于水的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解得到高纯度纳米超细粉。
张渊明等⋯以ZrOC1 ·8H 0为原料，加入Y 0 为稳定剂，搅拌时向混合液中滴加氨水生成沉淀，经分离、水洗和喷雾干燥后制得的纳米z ，晶粒大小为20 nm左右，比表面积可达79．5 n{／g。
反应器对纳米材料的合成及最终产品的性能有影响。
由于物料在不同形式的反应器中具有不同的流动和传热传质特征，导致反应器中浓度、温度及停留时间分布不同，从而影响着物料间的反应与晶体成核和生长过程的相对速度，进而影响着最终产物的粒度和粒度分布。
钱刚等‘采用共沉淀法，将Kenics型静态混合器应用于ZrO 纳米粉体的制备，研究了物流在其中的流动状态，并研究了静态混合器单元数、反应物浓度和流量等因素对粉末性能的影响。
结果表明，静态混合器可消除反应器内物料在径向的浓度和温度等差别，物料在其中的流动状态近似于活塞流；反应物浓度越大，粉末的一次粒径越小，但团聚粒径变大，而增大反应物流量则有利于生成粒径较小的粒子。
共沉淀法工艺简单，所得纳米粉体性能较好，但在洗涤后的沉淀物中，有少量初始溶液中的阴离子及沉淀剂中的阳离子残留物，对纳米粉体的烧结性能产生不良影响。
李燕等以共沉淀法制得纳米ZrO 超细粉，用硬脂酸对其表面进行改性，发现表面发生了类似于酸和醇生成酯的酯化反应，在粒子表面形成单分子膜，使表面由极性转变为非极性，提高了纳米z 超细粉的分散性。
水解沉淀法利用金属的明矾盐溶液、硫酸盐溶液、氯化物溶液、硝酸盐溶液等在高温下经过较长时间的水解可以形成氧化物超微粉。
例如，加热ZrCIO 溶液使其沸腾，水解生成的HC1不断蒸发除去，使水解反应平衡不断向生成产物的方向移动，经过几天时间可以合成单分散态Zd3 超微粉。
其反应式如下：ZrOC12+(3+n)H20一zr(OH)4nH20+2HC1此法操作简单，但能耗较大，反应缓慢且不经济。
燃热还原法制备硼化锆粉体工艺研究
燃热还原法制备硼化锆粉体工艺研究燃热还原法是一种适用于高温材料制备的新型技术。
它能够通过高温还原的方式，制备出各种性能优异的复合材料。
其中，燃热还原法制备的硼化锆粉体是一种具有很高烧结活性的新型材料。
本文将重点描述燃热还原法制备硼化锆粉体的工艺研究。
一、燃热还原法制备硼化锆粉体的原理燃热还原法是一种利用介质燃烧还原物质的高温处理方法。
在这种方法中，通过高温还原物质会与燃烧物质反应产生大量的热能和气体，从而使原料中的化学键断裂。
这些气体中包含的活性原子和分子可以与原料中的原子和分子反应生成新的化合物。
在硼化锆粉体的制备中，一般利用钛、铝等还原剂还原氧化锆，并加入硼酸源反应生成硼化锆。
因此，燃热还原法是一种高效制备硼化锆粉体的方法。
二、燃热还原法制备硼化锆粉体的步骤1. 原料准备将所需的硼酸铅、氧化锆、还原剂等原料按照配比精确称量，并将其混合均匀。
2.颗粒设计选择合适的颗粒大小并进行粉碎、筛选，以便实现最佳的烧结性能。
3.混合将预先称量的原料混合均匀，在密闭的容器中进行反应。
4.高温反应将混合好的原料置于高温炉中，在适宜的气氛下进行燃烧反应。
在此期间，原料会被还原并在氧化剂和还原剂反应的同时合成硼化锆。
燃烧结束后，将反应产品取出。
5.后续处理将燃热还原法制备的硼化锆样品粉碎、篩分，去除杂质，从而形成粒径均匀、成分纯正的硼化锆粉末。
三、影响燃热还原法制备硼化锆粉体的因素1. 混合方法好的混合方法可以充分混合化学品，并且得到均匀的新材料；不好的混合方法会导致剩余原料在取出时出现聚集。
而这样的剩余原料会造成均匀性差、纯度低的硼化锆粉末。
2. 热量燃热还原反应的化常常主要受热量的影响。
热量过低导致了反应不完全和质量差异，而热量过高影响了燃烧的有效性和产品的形状和尺寸。
3. 温度温度是燃热还原反应中最关键的因素之一。
正确的温度会直接关系到燃热还原反应的成功或失败。
温度过低会导致反应速率过慢，温度过高则会导致化学反应失控。
ZrB2粉体制备技术的研究与应用现状
ZrB2粉体制备技术的研究与应用现状发布时间：2021-09-14T07:32:49.266Z 来源：《科技新时代》2021年6期作者：郭鼎[导读] 内部结构由B原子与Zr离子交替堆垛构成，化学键构造为Zr-B离子键和B-B共价键1]。
广州新莱福新材料股份有限公司摘要:二硼化锆英文名称是Zirconium diboride，CAS号是12045-64-6，分子式为B2Zr-2，外观是六方体的晶型粉末结构，呈现固体结晶。
分子量用112.846来表示。
二硼化锆此种物质成分可以在高温环境下便显出稳定的化学性能，如自身的强度不会发生改变，同时也可抵挡高温的侵蚀氧化以及其他化学制品的腐蚀。
因此本文展开对 ZrB2 粉体制备方法以及制备技术的研究及应用，探索ZrB2粉体在未来的发展方向。
关键词: ZrB2粉体；制备方法；研究应用一、ZrB2 粉体概述ZrB2 粉体也被叫做二硼化锆，隶属于硼化物材料，应用领域含航空、航天等不同领域。
硼-锆系统的组成含三种不同的化合物，如ZrB、ZrB2、 ZrB12。
而其中的ZrB2外表形状更偏向于六方晶体系列构造，内部结构由B原子与Zr离子交替堆垛构成，化学键构造为Zr-B离子键和B-B共价键1]。
ZrB2 特殊的晶体结构所表现出的性能如下表所示，首先二硼化锆不仅具备金属的导电以及导热性能，与此同时熔点较高可达到3040℃。
除此之外，还具备陶瓷的特性。
目前，制备ZrB2 粉末通常采取碳或碳化硼还原法，但是制备的过程久，在长时间的制备中耗费巨大的资源，常规烧结致密化ZrB2化学键，最终制出的粉末纯度不尽人意。
目前，国内外已出现很多关于ZrB2研究的成果，对于超细ZrB2 粉体，未来还需进行重点研究。
图1 ZrB2 晶体结构示意图二、ZrB2 粉体的制备（一）固相法1.自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法作为新型的材料制备方法，制备ZrB2粉体，与其他方式不同的是。
此种制备方式可以消耗极少的资源，在短时间内通过高活性烧结Zr，B2O3，Mg，通过Zr+ B2O3+3Mg→ZrB2+3MgO反应方程式，得到ZrB2粉末以及MgO和ZrO2杂质。
硼化锆粉体的制备与表征
硼化锆粉体的制备与表征
魏春城;陈志伟;田贵山;冯柳
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2009(023)00z
【摘要】采用碳热还原法,在氩气气氛下1750℃保温1h制备出ZrB2粉体,反应物ZrO2、B2O3和C物质的量比为1:1:10,其中ZrO2以凝胶形式加入,ZrO2凝胶通过NaBH4滴定ZrOCl2溶液制备,C分别以活性炭和炭纤维形式加入,聚乙二醇(PEG)作分散剂,乙醇作为混合介质.用XRD、SEM和EDS分析方法对所得粉体进行了表征.结果表明,用活性炭作为还原剂制备的ZrB2,颗粒细小、均匀,平均粒径在80nm左右,粒子为球形;用炭纤维作为还原剂制备ZrB2粉体,由于炭纤维活性差,反应不彻底.
【总页数】3页(P196-197,208)
【作者】魏春城;陈志伟;田贵山;冯柳
【作者单位】山东理工大学材料科学与工程学院,淄博,255049;山东理工大学材料科学与工程学院,淄博,255049;山东理工大学材料科学与工程学院,淄博,255049;山东理工大学材料科学与工程学院,淄博,255049
【正文语种】中文
【相关文献】
1.硼化锆粉体的制备与表征 [J], 魏春城;陈志伟;田贵山;冯柳
2.大气等离子喷涂用硼化锆粉体的喷雾造粒制备研究 [J], 刘源;王昕;冯潇强;江绍亮
3.碳还原法硼化锆粉体的制备研究 [J], 吕工兵
4.溶胶-凝胶法制备纳米硼化锆粉体的研究 [J], 艾江; 张力; 郑柯
5.非晶前驱体碳热还原法制备超细硼化锆粉体 [J], 王佰娜;段云彪;胡劲
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纳米级二氧化锆的制备技术和表征手段_漆小龙(1)
1
气相 法
.
凝 聚 形 成 大 量 的 晶 核 这 些 晶核 在 加热 区 不 断 长 大
, ,
1
.
1 1
气 体 中蒸 发 法
,
聚集 成 颗 粒 随着气 流 进 人 低 温 区 急 冷 颗 粒 生 长 聚
气 体 中蒸发 法是 在 惰 性 气 体 或 活 泼性 气 体 中将 金 属 合 金 或 陶瓷蒸 发 气化 最 后 在冷 却 过 程 中凝 聚 长 大 形成 纳 米 微 粒 的 方 法
。 。
一起 喷
人 反 应 器 同 时将水蒸 气 喷人 两 种 气 流 迅 速 混 合反 应 在
,
Z r (O H
)
;
二
Zr o
:
+
2H2 0
:
( 加热 )
z r 0 C I:
·
t m l a
下 生 成 二 氧化错 纳米 微 晶
。
生 成 的气 溶
,
分 步沉 淀 法 的 原 料 有
水 盐 酸 及 高分 子 分 散 剂
,
C V C 法 相 似 只是 将
、
自由 水 空 穴 等 阻 塞 物
。
、
,
钥 丝 炉 换成 平 面 火焰 燃烧 器 0 0 1
一
反 应 室 的 压 力 保 持在
,
若直 接 干 燥 必 然 形成 坚硬 密 实 的 团 聚 体
,
为改 善粉
、
0 5
Oa P
的低 压 金 属 有机 前 驱 物 经 火 焰 加 热 在
综
述
纳 米 级 二 氧 化 错 的 制 备 技术 和 表 征 手 段
漆小龙
摘
:
ZrO2粉体制备
硼热还原法合成ZrB2粉体真空纳米ZrO2粉末通过硼热还原法制备出亚微米颗粒大小的高纯度硼化锆粉末（ZrB2）。
在实验反应过程中进行了热力学评估，发现B2O3可能为反应的中间产物。
ZrO2完全转化为ZrB2需要在真空1000℃下热处理2个小时，但是硼的一些残余化合物去除需要温度超过1500℃。
在1000℃—1200℃中获得的ZrB2粉体显示的是一个面状结构，而那些超过1500℃则近似于球体结构。
由颗粒的大小计算出被测表面积随合成温度的增加而增加，从1000℃的0.15LM到1650℃的0.66LM。
在1650℃中合成的ZrB2粉末的含氧量低至于只用重量的0.43%。
1引言超高温陶瓷材料中，ZrB2材料被认为是一个最有吸引力的热防护材料，由于其独特的物理化学性质和化学结合应用于航空航天，包括中等密度（6.09 g/cm3），熔点高（32001c），良好的化学惰性、高热，和电导率。
1–3强的共价键，但是ZrB2粉体非常难以致密。
超细粉体可提高烧结的驱动力，改善烧结致密化性能，提高陶瓷的力学性能。
因此，寻找一种简单和廉价的粒度细ZrB2粉体的合成路线是可取的，因为它将允许制作更多的高性价比的ZrB2陶瓷。
各种合成路线制备ZrB2粉中还原过程，化学路线，反应过程是三种主要的方法。
其中还原再操作具有较强的可控性，比其他路线更便宜。
最常见的还原反应是：ZrO2(s)+ B2O3(l)+ 5C(s)= ZrB2(s) 5CO(g)（1）ZrO2(s)+ 4B(s)= ZrB2(s)+ B2O2(g) （2）7ZrO2(s)+ 5B4C(s)= ZrB2(s)+ 3B2O3(g)+ 5CO(g)（3）2ZrO2(s)+ B4C(s)+ 3C(s)=2ZrB2(s)+ 4CO(g) （4）反应（1）是用来生产商业ZrB2粉。
反应（3）和（4）通常的实验室条件下使用。
反应（2），称为硼热还原，尽管事实上它是最简单的反应，因为它只有两个反应物和两个产品，但在某一方面它并没有得到足够的重视。
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纳米ZrB2粉体的制备摘要二硼化锆陶瓷粉体是一种黑色粉末，其化学分子式为：ZrB2，分子重量112.84，密度4.52g/cm3，是六方晶系的准金属结构化合物，是一种高级工程材料，在各个领域有着广泛应用。
高熔点(3040℃)、高硬度、高稳定性以及良好的导电性、导热性、抗氧化性和抗化学腐蚀性，使以二硼化锆为原料制成的复合陶瓷综合性能优异。
另外，二硼化锆具有良好的中子控制能力，可用于核工业。
其各种优良特性使其成为很有发展前景的高性能耐火材料。
采用了透射电镜(TEM)实验测试技术对制备的纳米粉体进行表征。
以氯氧化锆为锆源，以NH3〮H20与ZrOCL2〮8 H20生产沉淀剂，利用特殊液相沉淀法制备了纳米Zr(OH)2粉体。
将沉淀至于NH4BO3溶液中，分别用烘干和共沸剔除水分，消除使硼酸吸附纳米Zr(OH)2上，通过在氢气环境下，煅烧Zr(OH)2和NH4BO3消除氮氢氧，从而制得纳米硼化锆。
在上通过扫描电镜分析研究了锆源浓度、NH3〮H20和H3BO3的用量、溶胶pH值、陈化时间等因素对硼化锆颗粒大小的影响。
本文实验研究部分研究了用NH4〮H20为沉淀剂法制得的纳米硼化锆粉体，颗粒粒径随硼酸溶液的浓度增大而减小。
研究在不同温度下煅烧Zr(OH)2和NH4BO3的混合物，与NH4Cl一起作为沉淀剂法制得的纳米二硼化锆粉体，颗粒粒径随温度的浓度增大而减小。
关键字：纳米；二硼化锆；制备；表征Preparation of nano-ZrB2 powderAbstractDiboride zirconium ceramic powder is a black powder, the chemical formulas for ZrB2, molecular weight 112.84, 4.52 g/cm3 density, is six FangJing department must metal structure compound, is a kind of advanced engineering materials, has a wide application in all fields. High melting point (3040 ℃), high hardness and high stability and good electrical conductivity and thermal conductivity, oxidation resistance and corroZrB2 resistance of chemical resistance, make with diboride zirconium as raw material made of composite ceramic comprehensive performance is excellent. In addition, diboride zirconium has good neutron control ability, can be used for the nuclear industry. The variety of fine properties that make it a very promising high performance refractory. This paper used the nano experimental center of our patent technology, special liquid preparation of nanometer particle ZrB2 precipitation. Using transmisZrBn electron microscopy (TEM) test technology on the preparation of nanometer powder characterized. To chlorine zirconia for zirconium source, NH3〮H20 and ZrOCL2〮8 H20 precipitation agent production, use special liquid preparation of nanometer Zr precipitation (OH) 2 powder. As for NH4BO3 solution will precipitation, respectively for drying and boiling water were eliminated, eliminate make boric acid adsorption nano Zr (OH) 2, through in the hydrogen environment, calcining Zr (OH) 2 and NH4BO3 eliminate nitrogen hydrogen and oxygen, which made the nano boron zirconium. By scanning electron microscopy (sem) in the source concentration, NH3〮zirconium H20 and the dosage of the H3BO3, sol pH value, Chen factors such as the time of boron zirconium of particle size effect. The experiment research part is used to study the NH3〮H20 precipitation agent for the legal system of the nano boron zirconium powder, with the particle size of boric acid solution concentration and decreases. Research in different temperature burning Zr (OH) 2 and NH4BO3 mixture of NH4Cl and together as the precipitation agent of the method, the nano diboride zirconium powder, the concentration of the particle size with temperature and decreases.Key Words: nano; Diboride zirconium; Preparation; characterization目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1纳米科学与纳米材料 (1)1.2纳米二硼化锆的性质及应用 (2)1.2.1纳米二硼化锆的性质 (2)1.2.2纳米二硼化锆的应用 (3)1.3纳米粉体的表征方法 (5)1.4论文的选题意义和目的 (5)第二章纳米二硼化锆的制备方法 (6)2.1碳还原法制备Z R B2粉体 (6)2.2硼化锆陶瓷材料的制备 (6)2.3 Sol-Gel法 (7)2.4 水热合成法 (7)2.5 超重力反应法 (7)2.6 微乳液反应法 (8)2.7纳米Z R B2的CO2沉淀法制备 (8)第三章纳米粉体制备机理的探讨 (9)3.1液相中胶粒析出过程 (9)3.1.1亚稳态及亚稳相 (9)3.1.2胶粒析出过程的推动力 (9)3.1.3 临界核与临界自由能 (10)3.1.4成核速率公式 (12)3.2长大过程 (14)3.3小粒子碰撞理论 (14)3.4晶粒析出过程中各种影响因素 (15)3.5L AMER图 (18)3.6液相胶粒析出相变方程 (18)3.7特殊液相沉淀法法制备纳米粉体的原理 (18)第四章纳米二硼化锆的制备与表征 (21)4.1纳米Z R B2的制备的药品与仪器 (21)4.2用氯化氨作为沉淀剂制备Z R B2的沉淀法 (23)4.2.1 纳米ZrB2粉体制备的实验机理 (24)4.2.2 制备实验过程 (24)4.2.3 透射电镜分析 (25)4.3陈化时间对Z R B2颗粒的影响 (28)4.4小结 (28)总结 (28)致谢参考文献第一章绪论1.1 纳米科学与纳米材料纳米科学是研究1～100 nm范围内物质所特有的现象和功能的科学，是研究在十亿分之一到千万分之一米内，原子、分子和其他类型物质的运动和变化的科学。
原子的直径在0.1～0.3个纳米之间，也就是说，几十个原子、分子或成千个原子和分子“组合”在一起时，表现出不同于单个原子、分子的性质。
有时这种组合被称为“超分子”或“人工分子”，以区别于正常的原子和分子，这种“超分子”往往具有人们意想不到的性质。
纳米技术是以扫描探针显微镜为技术手段在纳米尺度上研究、利用原子、分子结构的特性及其相互作用原理，并按人类需要在纳米尺度上直接操纵物质表面的分子、原子、甚至电子来制造特定产品，或创造纳米级加工工艺的一门新兴交叉学科技术。
狭义的纳米技术是以纳米材料科学为基础制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手段。
纳米科学和技术有时称为纳米科技,是研究一堆原子(团簇)甚至于单个原子或分子的一门学科。
纳米科技的迅速发展是在80年代末、90年代初，它不是某一学科的延伸，也不是某一新工艺的产物，而是基础物理学科与当代高科技的结晶。
它以物理、化学的微观研究理论为基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手段，是一个内容广泛的多学科群。
纳米材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级(1～l00 nm)的固体材料，是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交汇而出现的新的学科。
纳米材料包括纳米无机材料、纳米聚合物材料、纳米金属材料、纳米半导体材料及纳米复合材料等。
纳米材料具有三个共同的结构特点：（1）纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级；（2）存在大量的界面或自由表面；（3）各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。
由于这类材料的尺度处于原子簇和宏观物体的交界区域，因而具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并产生奇异的传统材料和器件所没有的电学、磁学、光学、吸附、催化以及生物活性等特殊性能。
(如ZrB2具有优良的绝缘性，而达到20 nm时却开始导电)。
自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。