自蔓延鎂熱還原法制備高純度二硼化鋯微粉.pdf

1、本文采用自蔓延鎂熱還原高溫合成工藝，利用ZrO2-B2O3-Mg體系放熱反應，成功制備了高純度ZrB2微粉。利用多種實驗手段和分析方法，研究了合成ZrB2的燃燒合成反應機理、工藝規(guī)律、產物的微觀組織及粉末特性。
　　基于熱力學理論，對ZrO2-B2O3-Mg體系的反應絕熱溫度及反應自由能進行了理論計算和分析。絕熱溫度計算表明：稀釋劑含量為零時，ZrO2-B2O3-Mg體系的絕熱溫度Tad為3093K，隨著稀釋劑含量的增加絕熱溫度呈

2、現(xiàn)逐漸降低的趨勢，得出了稀釋劑MgO含量在0～45％，稀釋劑ZrB2含量在0～62％之間的所有組分的體系均有足夠的熱量來完成燃燒合成反應的結論。反應自由能的計算表明：在所研究的溫度范圍(400~2000K)內反應B2O3-Mg、Zr-B、ZrO2-B2O3-Mg生成自由能均小于零，都存在發(fā)生的可能性；反應ZrO2-Mg生成自由能在溫度＜1600K時小于零，存在發(fā)生的可能性；基于熱力學的理論計算和動力學理論，結合差熱分析、燃燒波淬熄實驗、

3、微觀組織分析、化學成分分析，研究體系燃燒反應的微觀形成過程。差熱分析表明：該反應過程經由多個中間反應直至最后完成，B2O3在450℃熔化，Mg在650℃熔化，三相反應的發(fā)生始于730℃。首先發(fā)生的反應是ZrO2和Mg的還原反應，其次是B2O3和Mg的還原反應，最后是Zr和B反應合成ZrB2。淬熄實驗結果表明：ZrO2-B2O3-Mg體系燃燒反應可劃分為如下幾個階段：預熱階段，B2O3、Mg熔化，在“毛細管”作用下，液態(tài)Mg滲透到熔融的B

4、2O3和固態(tài)的ZrO2顆粒間隙，形成空心熔體球，液態(tài)Mg、B2O3和固態(tài)ZrO2顆粒混合物在熔體球表面形成薄殼，反應在此薄殼上發(fā)生；反應初段，ZrO2顆粒與Mg熔體以溶解-析出機制反應生成Zr和MgO，釋放大量的反應熱；反應中段，反應初段放出的強大熱誘發(fā)了B2O3-Mg之間的反應，生成B和MgO，反應末段，Zr和B結合生成ZrB2晶粒。ZrO2-B2O3-Mg之間的反應為復雜的固－液－液反應。
　　工藝規(guī)律研究結果表明，原料中Mg

5、和B2O3的揮發(fā)對產物ZrB2粉末純度具有重要影響。隨著Mg和B2O3含量的增加，產物純度提高。在方程式配比基礎上，Mg質量分數(shù)過量30％，B2O3質量分數(shù)過量5％時，得到的ZrB2粉末純度最高，為96.31％，其中Zr含量77.88％，B含量18.43％，雜質O含量1.28％，平均粒度為2.15μm，比表面積為10.80m2/g，形貌為無明顯團聚的等軸狀顆粒。在反應原料中加入適量的稀釋劑MgO(0～45%)，可調節(jié)燃燒溫度，改善ZrB