钛酸铝合成粉料的 XRD 图谱比较与分析

钛酸铝合成粉料的 XRD 图谱比较与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 精品论文 钛酸铝合成粉料的 XRD 图谱比较与分析 12张强 ，周学东 、1 武汉理工大学材料学院陶瓷研究所，武汉(430070)2 武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室，武汉(430070) E-mail:qzhang6@263.net 摘 要:本论文主要通过固相法和液相法在实验室条件下合成出钛酸铝粉体的 XRD 图谱比 较,探讨不同合成MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715688202402_2、不同合成温度对粉料中物相组成的影响，同时测试了由合成粉料经 再次高温烧成所得陶瓷材料的 XRD 图谱，并比较了它们的不同。实验表明:液相法较固相 法更易获得钛酸铝含量高的陶瓷粉料;且随着反应合成温度升高，保温时间延长，粉料中钛 酸铝晶相含量明显增加;而掺杂可使合成的钛酸铝粉料 XRD 最强衍射峰位置发生变化，由 此得出离子掺杂晶格位置取代上存在明显的选择性。 关键词:钛酸铝，液相合成，XRD 图谱 1 前言 钛酸铝陶瓷(aluminium titanate ceramics, AlTiO)是近些年被人们不断开发应用的一种 25【】【】【】111517低膨胀、耐高温新型陶瓷材料。由于其具有熔点高(1860?10?)、热膨胀系数小 以及耐蚀性、抗渣性好和不被多种金属、玻璃浸润的特性而受到愈来愈多国家和研究人员的 关注。 国外关于钛酸铝陶瓷的研究最早始于上世纪 30 年代，但钛酸铝陶瓷材料应用于内燃机 【】【】【】245排气管等隔热部件制备上的研究则在上世纪 70 年代才开始。目前国际上制备的陶瓷 发动机排气管多数是钛酸铝质的;又由于钛酸铝陶瓷材料具有与铜，铝等有色金属熔体不润 湿的特性，被作为隔热、抗热震材料而应用于有色冶金铸造行业，如用于制造有色金属熔体 熔包内腔的耐火材料，低压铸铝、铸铜机上的喂料升液管等。美、德等西方国家很早就有钛 【】9酸铝陶瓷材料应用于有色金属铸造业的研究报道，国内尽管也对用钛酸铝制备低压铸铝、 铸铜机等喂料升液管进行了大量研究并已开始在生产中应用，但由于铜、铝等有色合金的熔 体温度多在 700,1000?之间，而钛酸铝陶瓷材料在该温度范围内易分解为氧化铝和金红石 型二氧化钛技术难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 还没有彻底解决，导致钛酸铝制品的破坏，缩短了材料使用寿命，从而 限制了其在有色冶金行业中的开发应用。 钛酸铝陶瓷材料虽然具有许多优异的性能，但该材料同时也存在两大弱点，一是该材料 在晶体结构上存在明显的各向异性，尤其在三维方向上的热膨胀系数差异很大(α a -6 =11.8×10, 【】【】47-6-6 α=19.4×10,α=-2.6×10) ,导致该材料的烧结体内存在很多微小裂纹，使材料的机械强bc 度降低;二是该材料在一定温度范围内(750?,1280?)易分解为金红石和刚玉，使材料的热 膨胀性显著提高，丧失了优异的抗热震性能。这两大弱点长期以来困扰着钛酸铝陶瓷材料研 究开发人员，如何获得既具有低膨胀性，又有较好力学性能的钛酸铝陶瓷已成为科研人员的 主要攻关课题。 钛酸铝陶瓷是由人工合成的钛酸铝陶瓷粉料经一定的成型工艺再经高温烧结而成的。所 以钛酸铝陶瓷粉料合成是制备钛酸铝陶瓷材料的重要基础，也是获得高性能钛酸铝陶瓷材料 的关键之一。 【】【】310为此，本论文分别采用固相法和液相法(溶胶一凝胶法)对合成钛酸铝陶瓷粉料 的试验条件进行探讨，以期通过控制工艺条件合成出具有良好热稳定性的钛酸铝粉体。本实 - 1 - 精品论文 验利用相对廉价的硝酸铝取代昂贵的异丙醇铝用于钛酸铝的合成，通过控制实验条件，合成出钛酸铝粉体，并在此基础上分别以 Mg0 和 Mg0、FeO复合外加剂，通过溶胶一凝胶法 23 合成出了具有低分解率的钛酸铝粉体。。 2 实验过程 本试验所用化学 试剂详见表 1。 工艺过程: (1)在固相法中，按 AT 分子式化学计量配料，其中氧化铝由两种原料提供，即氧化铝和 氢氧化铝。其分别与 TiO混合均匀，装于刚玉质坩埚，置于硅钼炉中，最高烧成温度分别 2 选在 1300?和 1400?,保温 2.5h。合成粉料研磨后做 XRD 测试。 (2)在液相法中，同样按化学计量配料(包括掺杂)，用干燥量筒量取无水乙醇溶解硝酸铝， 放在磁力搅拌器上搅拌 1,2h，用浓硝酸调节 PH=2;用经无水乙醇润洗的量筒量取一定量 钛酸丁酯，缓缓倒入硝酸铝溶液中，在恒温 70?的磁力搅拌器上搅拌 4,6h，得到淡黄色 透明胶体。胶体在空气中放置 24,36h 后，于 56?烘箱中得到干凝胶。取少量干凝胶做热 分析。其余制粉，最高烧成温度为 1380?, 保温 2.5h。液相法煅烧制度是在 TG-DTA-DTG 测试分析基础上确定的。根据文献资料，掺杂型钛酸铝粉料合成外加剂分别选择了 MgO 和 FeO。各种粉料研磨后做 XRD 测试。部分粉料还做了钛酸铝陶瓷材料试烧实验，并进 23 行了物相测试和 SEM 微观结构观察。 表 1 试验中的主要化学试剂 Table 1 chemical materials in experiments 分子量(g/mol) 化学名称含量(,) 375.13 ?99.0 硝酸铝 Al(NO)? 9HO 33 2 340.32 ?98.0 钛酸丁酯 46.07 ?99.7 无水乙醇 203.30 ?97.0 氯化镁 MgCl?6HO 22 404.00 ?98.5 硝酸铁 Fe(NO)?9HO 332 485.8 以氧化镁计 40~44 碳酸镁(MgCO)?Mg(OH)?5HO 3422 159.69 ?99.0 三氧化二铁 FeO 23 63.01 65~68 浓硝酸 HNO 3 3、结果与讨论 3.1 固相法、液相法、液相掺杂各合成粉体的 XRD 测试结果与分析 3.1.1 不同原料组成固相法合成粉料的 XRD 对比 固相法主要化学反应如下: A1(OH)+ Ti0AlTi0，HO …………(1) 3 2 25 2 A10+ Ti0AlTi0…………(2) 23 2 25 以 Al(OH)+TiO为原料分别于 1300?、1400?合成钛酸铝粉料的 XRD 图谱见图 1(a) 32 (b); - 2 - 精品论文 以 A10+TiO为原料分别于 1300?、1400?合成钛酸铝粉料的 XRD 图谱见图 2(a) (b)。 232 b a (b)1400图 1 钛酸铝 x 粉末衍射图谱(a)1300?? Fig.1 XRD pattern of AT sintered at 1300? and 1400? a b 图 2 钛酸铝 x 粉末衍射图谱 (a) 1300? (b)1400? Fig.2 XRD patterns of AT sintered at 1300?and 1400? 从图 1、2 中可以明显看到，1300?所合成钛酸铝陶瓷粉料中含有大量未反应的氧化钛 (d=3.2549 Å /)和氧化铝(d=2.5537 Å,3.4867 Å/2.5509 Å,3.4822 Å),钛酸铝晶相的特征峰为d=4.7349Å/ 4.7299 Å,3.3634 Å/3.3659 Å,2.6579 Å/2.6625Å 等。但当烧成温度提高到 1400?时, 两种配料煅烧所得钛酸铝粉料的 XRD 图谱中(见图 1(b)、2(b))，未反应的氧化铝、氧化钛的 明显减少，相应钛酸铝晶相急剧增加，这说明提高反应温度对固相法合成钛酸铝粉料是非常 有利的，而残余反应物的存在与其粒度大小有关系。 3.1.2 液相法合成粉料的 XRD 对比与分析 液相法高温反应合成钛酸铝粉料的配合 料制备工艺与固相法不同，但烧成过程是一样 的。液相法中，配合料是在离子水平上进行混合制备的，反应前驱物不仅具有非常高的反应活性，而且各种配合料间混合非常均匀。经试验，选择 1380?为最高反应合成温度。其中 三种合成粉料的测试图谱如图 4、5、6 所示。图 4 为非掺杂液相法合成的钛酸铝粉料衍射图 谱;图 5 为掺杂 0.04molMgO 的钛酸铝粉料衍射结果;图 6 为同时掺杂 0.04molMgO 和 0.04molFeO的粉料测试结果。23 从 3 张测试图谱比较，可以发现反应物几乎全部形成了钛酸铝物相，作为氧化钛特征峰 (d=3.2549 Å )和氧化铝特征峰(d=2.5523 Å)的强度非常弱小，与背景峰的强度相当，可 以忽略。而钛酸铝晶相特征峰的(d=4.7200Å,3.3609 Å,2.6579 Å，1.9035Å 等)强度则非常 大，且整个峰形与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图谱基本一致。但 3 张图谱之间还是有些差别。在钛酸铝标准晶相粉 末衍射图谱中，d=3.3609 Å 衍射峰强度是最强的，其对应(101)晶面族的反射，而 d,2.6579 - 3 - 精品论文 Å 衍射强度为次强峰，其对应(230)晶面族的反射。对比本试验中的 3 张图谱，图 4、5峰形与标准图谱相符合，但图 6 中最强衍射峰位置发生转移，由 d,3.3734 Å 变成了 d=2.6656Å，也就是说由于 FeO的少量掺杂，改变了最强衍射峰的位置，由(101)晶面族 23 [6]变成(230)晶面族。根据 x 衍射强度理论，在 A1、Mg、Fe 三种原子中，原子散射因子 【】18(其大小是 sinθ/λ 的函数)最大的是 Fe 原子 ，最小的是 Mg 原子，A1 原子处于中间状 3+3+ 态，原子散射因子大，则对衍射强度的贡献就大。故可以推测当掺杂有 Fe时，其取代 A1离子的晶格位置将主要集中在(230)晶面族，而非(101)晶面族，从而转移了最强衍射峰 的位置。Mg、Fe 在钛酸铝晶相中取代所形成的化学式一般表示为:A1MgTiO和 2(1-X)Xl+X5 【】16。AlFeTiO 2 (1-X)2x5 关于合成钛酸铝外加剂的选择，很多研究者进行了积极探讨。不同添加剂对钛酸铝的稳 【】【】310定性化作用是不同的。其中对 MgO 的研究表明，MgO 还是一种很好的稳定剂，也是 一种常用的添加剂，它除了有稳定钛酸铝的作用以外，对钛酸铝的烧结也有良好的促进作用， 而其真正作用机理还有待研究。一般添加氧化镁后会使钛酸铝陶瓷烧结体的热膨胀系数稍有增大，可与其它高温陶瓷材料比较仍然较低。 作为 FeO添加剂，在 1100?左右和 TiO先生成 FeTiO，在 1350 ?以上就可和 AlTiO23 2 2525 3+3+形成固溶体(其经验公式为 AlFeTiO，Fe 部分取代 A1，可以抑制钛酸铝的热分解， 2 (1-X)2x5 且不影响它的低热膨胀率。Fe0的固溶范围是 0