文档介绍：实验三十二   粉体的化学合成
   近代发展起来的特种矿物材料,如高性能的功能陶瓷和新型玻璃,要求原料有很高的纯度和超细的粒度,因此,大多采用化工原料来人工合成粉体。由于其需要较高的投入,增加了粉体的成本,所以,只用于生产高性能的功能材料方面。
一、实验目的
    本实验要求使用氧氯化锆(ZrOC12·8H2O)、氧化镁为原料,用共沉淀法制备氧化镁部分稳定的氧化锆固体电解质超细粉末。
二、实验原理
    纯氧化锆的烧结体晶型是不稳定的,在升温过程中, 1140℃会发生单斜相~四方相的转变,同时产生7%的体积收缩;在 1400℃时发生四方相~立方相的转变;降温时又会发生反方向的相变。如果在氧化锆中掺人足够的氧化钇、氧化钙或氧化镁,可以使氧化锆在室温时也能保持稳定的立方相结构,晶型不再随温度变化;称为全稳定的氧化锆(FSZ)。
    同时,由于掺人的低价金属离子(Ca2、Mg2十、Y3+)进人氧化锆晶格后,产生了大量的氧离子空位,所以,氧化锆在高温(> 550℃)时,允许氧离子通过氧离子空位迁移,形成氧离子导体。如果原料很纯净(特别是没有变价的金属离子杂质),可以得到电子导电很低的氧离子导体,用于制作高温传感器(气体中的氧传感器)。
    为了制作测定钢液中氧含量的传感器,要求氧化锆固体电解质管状元件(Φ 5mm × 1mm × 35mm )具有很好的抗热冲击能力,在突然插人 1700℃钢液的情况下,不允许产生裂纹。这时,需要采用部分稳定的氧化锆材料。
    减少氧化锆中稳定剂的含量,可以得到部分稳定的氧化锆(PSZ)。常温下,部分稳定的氧化锆烧结体中,三种晶型(单斜、四方和立方)混合存在,使升温过程中元件的热膨胀,可以被单斜相~四方相转变时的体积收缩所抵消(如果单斜相的比例合适时);如果原料粉末很细小,烧结体中的晶粒也很细小,微小的单斜晶粒可以在低一些的温度(600 -1000℃)时提前、逐步地发生相转变,大大地减缓了热冲击带来的热应力;并且,微细的四方相晶粒(< 的四方相晶粒才能在室温下存在=有助于提高材料的韧性;另外,烧结后相变时产生的微裂纹,也有助于阻止裂纹扩展的作用;烧结体晶粒很细小,使得元件强度得到了提高;这些因素都有利于提高元件的抗热冲击能力。
    为了控制三相比例,除了严格控制烧结、热处理制度外,还必须准确地控制氧化锆中稳定剂(MgO)的含量;另外,要求粉末粒度很细小;并且不允许带人杂质,因此,我们采用共沉淀法制备氧化镁部分稳定的氧化锆(MgO-PSZ)超细粉末。
    氧氯化锆(ZrOC12·8H2O)不溶于酸和碱。所以,可以用酸来提纯(除去铁离子等杂质)。提纯后,将氧氯化锆溶于水,过滤,除去灰尘、氧化硅等杂质;按需要的成分配人氧化镁,形成锆、镁的混合盐溶液。加人过量的氨水,形成氢氧化锆和氢氧化镁均匀混合的细小颗粒沉淀物。
ZrCl+NH4OH→Zr(OH)4↓+NH4Cl
MgCl2+NH4OH→Mg(OH)2↓+NH4Cl
    因为氢氧化镁比较容易溶于水,因此,必须保持较高的碱性(pH>10),不使氢氧化镁流失。过滤后,用pH>10的氨水淋洗沉淀物,除去多余的氯化铵;沉淀物中加人分散剂(高分子溶剂如:正丁醇、聚乙二醇等);避免在热分解时粉体结团。
    沉淀物烘干后,在加热分