摘 要

本课题采用在碱性溶液中利用水热法处理ZrB₂粉体的方式，制得包覆ZrB₂-ZrO₂复合粉体。探究包覆ZrB₂-ZrO₂复合粉体形成最好包覆效果的最佳制备条件，探究复合粉体的组成及结构，分析包覆ZrB₂-ZrO₂复合粉体的形成机制。

在包覆ZrB₂-ZrO₂复合粉体的制备中，研究了NaOH溶液的浓度、H₂O₂的浓度、反应温度、反应时间分别对纳米二氧化锆颗粒结晶程度的影响，通过利用SEM表征不同条件下的包覆效果。结果表明：在1mol/L的NaOH溶液浓度，2mol/L的H₂O₂溶液浓度，水热温度为140^oC，反应时间为24h的反应条件下，可以达到最佳的包覆效果。

通过XRD与Raman表征得知：该包覆粉体为一种核—壳结构，外层为纳米二氧化锆包覆颗粒，内核为二硼化锆大颗粒。

包覆粉体形成机制为钝化-原位结晶机制，钝化机制为在碱性条件下的H₂O₂氧化ZrB₂而生成ZrO₂氧化层，氧化层减缓了剩余ZrB₂的氧化速率；结晶机制为在适宜的条件下，氧化层通过成核、结晶、生长形成晶体，H₂O₂的浓度促进结晶但促进程度有限，需要低碱浓度（0.5-2M NaOH）才能促进结晶，反应温度能够明显促进结晶，结晶是需要一定的时间的。

关键词: ZrB₂；ZrO₂；包覆；PAS

Abstract

In this paper, ZrB₂-ZrO₂ composite powders were prepared by the method of hydrothermal treatment of ZrB₂ powder in alkaline solution. The optimal preparation conditions for the best coating effect of ZrB₂-ZrO₂ composite powders were investigated. The composition and structure of the composite powders were investigated. The formation mechanism of ZrB₂-ZrO₂ composite powders was analyzed.

In the preparation of coated ZrB₂-ZrO₂ composite powders, the effects of NaOH concentration, H₂O₂ concentration, reaction temperature and reaction time on the crystallinity of the nano-zirconia particles were investigated, the coating effect under different conditions was characterized by using SEM. The results show that the optimum coating effect can be achieved under the reaction conditions of 1mol/L NaOH concentration, 2mol/L H₂O₂ concentration, hydrothermal temperature of 140^oC and reaction time of 24h.

Through XRD and Raman characterization, the coated powder is a core-shell structure, the outer layer is nano-zirconia coated particles, and the inner core is zirconium diboride large particles.

The mechanism of powder coating formation is passivation-in-situ crystallization mechanism. The passivation mechanism generates ZrO₂ oxide layer by oxidation of ZrB₂ by H₂O₂ under alkaline conditions, the oxidation layer slows down the oxidation rate of remaining ZrB₂. The crystallization mechanism is that under suitable conditions, the oxide layer forms crystals through nucleation, crystallization, and growth. The concentration of H₂O₂ promotes crystallization but the degree of promotion is limited. A low alkali concentration (0.5-2M NaOH) is required to promote crystallization. The reaction temperature can significantly promote crystallization, and crystallization requires a certain amount of time.

Key words : ZrB₂; ZrO₂; coating; PAS

目 录

第1章 绪论 1

1.1 二硼化锆 1

1.1.1 二硼化锆的结构与性质 1

1.1.2 二硼化锆的研究现状 2

1.1.3 二硼化锆的应用 3

1.2 二氧化锆的性质及制备方法 4

1.2.1 二氧化锆的性质 4

1.2.2 二氧化锆粉体制备方法 4

1.3 粉体包覆技术 4

1.3.1 机械球磨法 5

1.3.2 固相反应法 5

1.3.3 沉淀法 5

1.3.4 溶胶-凝胶法 5

1.3.5 水热法 6

1.3.6 非均匀形核法 6

1.3.7 气相包覆法 6

1.4 PAS烧结技术 7

1.5 研究目的、意义及主要内容 7

1.5.1 本文研究的目的及意义 7

1.5.2 本文研究的主要内容 8

第2章 包覆式复合粉体的制备及工艺 9

2.1 实验试剂及仪器设备 9

2.1.1 实验试剂 9

2.1.2 实验仪器设备 9

2.2 实验原理及方法 9

2.2.1 实验原理 9

2.2.2 实验方法 10

2.3 方案设计 11

2.4 复合粉体的表征方法 12

2.4.1 X射线衍射分析（XRD） 12

2.4.2 扫描电子显微分析（SEM） 13

2.4.3 激光拉曼光谱分析（Raman） 13

第3章 结果与讨论 15

3.1 氢氧化钠的浓度对包覆效果的影响 15

3.2 过氧化氢的浓度对包覆效果的影响 15

3.3 反应温度对包覆效果的影响 16

3.4 反应时间对包覆效果的影响 17

3.5 包覆粉体的组成 18

3.6 包覆粉体的形成机制 19

第4章 结论 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 二硼化锆

二硼化锆陶瓷具有很多的优良性质和应用，例如：因为其具有超高熔点、高化学稳定性、低密度、良好抗热震性和抗腐蚀性，被用于高温结构陶瓷材料及耐火材料等领域中；其具有良好的导电性而被用于电极材料中；其具有特别高的硬度而被广泛的用于刀具等材料中；其具有的导热性及特殊的元素而被用于核控制材料等。

1.1.1 二硼化锆的结构与性质

ZrB₂的晶体结构如图1.1所示，ZrB₂的基本参数如表1.1所示^[1]：

图1.1 ZrB₂的晶体结构