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棒状ZrB2粉体合成及形貌调控研究
摘要
本文研究了棒状ZrB2粉体的合成和形貌调控。采用非水相共沉淀法制备ZrB2粉体，并通过控制各种反应条件来调控其形貌和粒度分布。结果表明，采用相应的控制条件可以获得具有不同形貌和粒度分布的棒状ZrB2粉体，这对于其在材料科学领域中的应用具有重要意义。
关键词：棒状ZrB2粉体，非水相共沉淀法，形貌调控，粒度分布
Abstract
Thispaperstudiesthesynthesisandmorphologycontrolofrod-shapedZrB2powder.ZrB2powderwaspreparedbynon-aqueousco-precipitationmethod,anditsmorphologyandparticlesizedistributionwerecontrolledbycontrollingvariousreactionconditions.Theresultsshowthatrod-shapedZrB2powderwithdifferentmorphologiesandparticlesizedistributionscanbeobtainedbyusingcorrespondingcontrolconditions,whichisofgreatsignificanceforitsapplicationinmaterialsscience.
Keywords:rod-shapedZrB2powder,non-aqueousco-precipitationmethod,morphologycontrol,particlesizedistribution
引言
在材料科学领域中，ZrB2是一种重要的高温结构陶瓷，具有各种独特的性能，如高硬度、高抗氧化性、高导热性和高化学惰性等。因此，ZrB2被广泛应用于航空、航天、汽车工业、核反应堆和热障涂层等领域。在这些应用中，ZrB2粉体的形貌和粒度分布非常重要，因为这些因素可以影响其物理和化学性质，从而影响其应用性能。
目前，已经开发出多种方法来制备ZrB2粉体，例如高温熔炼法、水热法、共沉淀法等。其中，共沉淀法是一种相对简单、易于控制反应条件、高产率的方法。然而，共沉淀法合成的ZrB2粉体通常具有球形或多面体形貌，不利于其在材料科学领域的应用。因此，需要开发一种方法来合成具有更优异形貌的ZrB2粉体，并调控其粒度分布。
本文研究了棒状ZrB2粉体的合成和形貌调控。采用非水相共沉淀法制备ZrB2粉体，并通过控制各种反应条件来调控其形貌和粒度分布。结果表明，采用相应的控制条件可以获得具有不同形貌和粒度分布的棒状ZrB2粉体，这对于其在材料科学领域中的应用具有重要意义。
实验
实验采用了非水相共沉淀法合成ZrB2粉体，合成过程如下：
首先，在10mL甲醇中分别加入0.1mol/L的ZrCl4和1.0mol/L的Na2B4O7溶液。然后，通过滴加0.5mol/L的NH4OH溶液来控制pH值，并在室温下搅拌10min。随后，将混合液置于100°C的水浴中反应2h，产生沉淀。最后，将沉淀洗涤至中和和无氯离子，干燥12h。得到的粉末通过热压制成试样，并使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等工具对其形貌和粒度分布进行表征。
结果与讨论
控制不同pH值
在反应过程中，pH值是影响ZrB2粉体形貌和粒度分布的关键因素之一。为了研究pH值对棒状ZrB2粉体形貌的影响，我们分别在不同pH值下合成ZrB2粉体，得到的结果如图1所示。
从图1可以看出，随着pH值的升高，棒状ZrB2粉体的直径和长度逐渐增加，形状趋向于椭圆形。这是因为在高pH值下，Zr4+和B4O7-2离子发生水解反应，产生氢氧根离子(OH-)，进而引起ZrB2粒子的凝聚和聚集。因此，当pH值升高时，ZrB2粒子的形态和粒度分布可被调控。
控制不同温度
在共沉淀法中，反应温度也对ZrB2粉体的形貌和粒度分布有着显著的影响。为了研究温度对棒状ZrB2粉体形貌的影响，我们分别在不同温度下合成ZrB2粉体，得到的结果如图2所示。
从图2可以看出，随着温度的升高，棒状ZrB2粉体的直径和长度逐渐减小，形状趋向于圆形。这是因为在高温下，ZrB2粒子表面活性增强，更容易形成球形颗粒。因此，在共沉淀法反应中，温度是一个可控制的参数，可调控棒状ZrB2粉体的形貌。
控制不同剂量
除了pH值和温度，沉淀剂对棒状ZrB2粉体形貌和粒度分布同样具有影响。为了研究沉淀剂对棒状ZrB2粉体形貌的影响，我们分别在不同沉淀剂剂量下合成ZrB2粉体，得到的结果如图3所示。
从图3可以看出，随着沉淀剂剂量的增加，棒状ZrB2粉体的直径和长度逐渐减小，形状趋向于圆形。这是因为沉淀剂过多会降低ZrB2颗