LnxZr1-xO2-x/2(Ln=Nd,Sm)纳米陶瓷粉体和块体的组织结构及热物理性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yunshan1990
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本文采用ZrOCl2·8H2O和稀土氧化物Ln2O3(Ln=Sm, Nd)粉体作为原材料,用化学共沉淀-煅烧法制备出不同成份配比的LnxZr1-xO2-x/2(Ln=Nd, Sm) (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)粉体。对800℃烧结、保温5小时热处理后的粉体,采用无压烧结工艺制备出NdxZr1-xO2-x/2和SmxZr1-xO2-x/2陶瓷块体材料。采用DSC、XRD、SEM等分析手段和激光热导仪对LnxZr1-xO2-x/2 (Ln=Nd, Sm)陶瓷块体材料的微观组织结构和比热、热膨胀系数、热扩散系数及热导率等进行了系统的研究。采用化学共沉淀-煅烧法制备出NdxZr1-xO2-x/2和SmxZr1-xO2-x/2的粉体。当x=0.1时,LnxZr1-xO2-x/2(Ln=Nd, Sm)由m相和t相构成,而当x=0.2,0.3,0.4时,LnxZr1-xO2-x/2(Ln=Nd, Sm)由t相和c相构成。粉体颗粒比较均匀,晶粒尺寸在100nm以下。采用无压烧结方法,在1600℃下烧结15小时,制备出NdxZr1-xO2-x/2和SmxZr1-xO2-x/2的陶瓷块体材料,对LnxZr1-xO2-x/2块体的物相分析可知,在x=0.1时,主要含有t相,同时含有少量的m相,在x=0.2,0.3时,含有t相和c相,在x=0.4时,完全是烧绿石相,块体晶粒尺寸在45μm之间。通过对SmxZr1-xO2-x/2(x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)块体的比热分析,可以看出Sm0.1Zr0.9O1.95在786.8℃时发生相变,而其它成分的SmxZr1-xO2-x/2 (x=0.2, 0.3, 0.4)块体材料没有发生t-m的相变。当x=0.2, 0.3, 0.4时,随着Sm2O3稀土氧化物添加量的增加,SmxZr1-xO2-x/2(x=0.2, 0.3, 0.4)的陶瓷块体材料的比热逐渐减小;而从NdxZr1-xO2-x/2(x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)块体的比热分析来看, Nd0.1Zr0.9O1.95块体在911.3℃时发生相变,而其它成分的NdxZr1-xO2-x/2 (x=0.2, 0.3, 0.4)块体材料也没有发生t-m的相变。当x=0.2, 0.3, 0.4时,随着Nd2O3稀土氧化物添加量的增加,其比热值逐渐减小。从SmxZr1-xOx/2(x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)陶瓷块体材料的热导率分析结果可以看出,当x=0.1时其热导率最低,当x=0.2, 0.3, 0.4时,大小在1.51W·m-1·K-1到2.39W·m-1·K-1之间变化。随着Sm2O3稀土氧化物添加量的增加,其热导率逐渐减小;而从NdxZr1-xO2-x/2(x=0.2, 0.3, 0.4)陶瓷块体材料的热导率的分析结果可以看出,大小在1.54 W·m-1·K-1到2.45W·m-1·K-1之间变化。从SmxZr1-xO2-x/2(x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4)块体的热膨胀系数分析结果可以看出, Sm0.1Zr0.9O1.95陶瓷块体材料在786.8℃时发生相变,当x=0.2, 0.3, 0.4时,随着Sm2O3稀土氧化物添加量的增加,其热膨胀系数逐渐增大;当x=0.2, 0.3, 0.4时,随着Nd2O3稀土氧化物添加量的增加,NdxZr1-xO2-x/2块体的热膨胀系数也逐渐增加。
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