Sol-Gel法制备的ZrO₂粉的析晶机制研究

【作者】 梅乐夫； 梁开明； 李海滨；

【机构】 清华大学材料科学与工程系；

【摘要】 利用sol-gel法制备了Zr O₂粉。采用X-ray衍射仪测定Gel粉的晶体结构,利用热差分析仪中,以8、10、12、15℃/min的升温速率获得DTA曲线,同时纪录10℃/min时的热失重TGA曲线。由DTA曲线计算出t-Zr O₂和m-Zr O₂析晶活化能为56.5和109.2 k Jmol-1,析晶指数n分别为2.4和1.1。由XRD衍射图可看出300℃热处理后的Zr O₂非晶馒头峰峰顶与t-Zr O₂的具有最大峰强的（111）主衍射峰相对应。表明非晶态的近程有序结构与t-Zr O₂的晶体结构类似。这种结构相近性,使得非晶态Zr O₂以较小的原子位移即可转变为t-Zr O₂,而这种转变只需克服较小的晶格畸变能,所以容易发生体积析晶。同时,Gel中存在的微孔隙,为表面析晶提供了非均匀形核场所,从而使表面析晶也能发生。因此,t-Zr O₂从非晶态Gel中的析出是以体积析晶和表面析晶混合析晶机制完成的。随温度升高,t-Zr O₂晶粒长大,在500、600℃热处理后,其中有一些晶粒已超过30.6 nm,并失稳向m-Zr O₂转变。由于m-Zr O₂与t-Zr O₂晶体结构差别较大,致使由DTA计算的析晶活化能达到109.2 k Jmol-1,因而需要由原t-Zr O₂的晶界提供形核位置,以降低析晶能垒,因此m-Zr O₂的析出是以表面析晶为主。更多还原