燒結(jié)助劑對(duì)檸檬酸鎂晶須晶體結(jié)構(gòu)及性能的影響

燒結(jié)助劑對(duì)檸檬酸鎂晶須晶體結(jié)構(gòu)及性能的影響

1抗壓強(qiáng)度硼酸鎂晶的制備方法為mg。未添加燒結(jié)助劑制備的硼酸鎂晶須多孔陶瓷,孔隙率較高,但抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低。另一方面,燒結(jié)助劑的種類對(duì)制得的樣品的孔隙率及抗壓強(qiáng)度均有影響,因此本研究采用原位合成法在不同的燒結(jié)助劑的情況下制備了硼酸鎂晶須,考察不同燒結(jié)助劑對(duì)硼酸鎂晶須晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、孔隙率及抗壓強(qiáng)度的影響。2實(shí)驗(yàn)2.1球磨時(shí)間的確定稱取B∶Mg的摩爾比為1.5∶1的硼酸和堿式碳酸鎂,5%的聚乙烯醇粘結(jié)劑,燒結(jié)過程中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的燒結(jié)助劑氟化鎂與焦磷酸鈉和造孔劑。采用濕法球磨處理,球磨時(shí)間8h,使得混料充分混合均勻。稱取一定質(zhì)量的原料于磨具中,在100MPa壓力下進(jìn)行成型,然后保壓時(shí)間2min。將成型好的樣品放入干燥箱中,在110℃下干燥2h,冷卻至室溫后再在馬弗爐中600℃下保溫1h,然后升溫至900℃,保溫2h,最后隨爐冷卻。2.2熱分析的測(cè)試采用型號(hào)為STA409PC的同步熱分析儀進(jìn)行測(cè)試,對(duì)樣品進(jìn)行熱分析。采用中國丹東DX2700B型X射線衍射儀(XRD)對(duì)樣品的晶型進(jìn)行表征分析,采用CuK3結(jié)果與討論3.1燒結(jié)助劑對(duì)硼鎂晶型的影響圖1為硼酸和堿式碳酸鎂混合原料以n(B)∶n(Mg)=1.5∶1,占硼酸和堿式碳酸鎂總質(zhì)量5%的聚乙烯醇(PVA)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氟化鎂在空氣氛圍中從室溫加熱至1000℃的TG-DTG-DTA曲線。由圖1可以看出,出現(xiàn)了連續(xù)六個(gè)質(zhì)量損失的階段,在整個(gè)燒結(jié)過程中,質(zhì)量損失了50.74%。當(dāng)溫度從140℃加熱到240℃,這一階段質(zhì)量損失了10.04%,因?yàn)榕鹚崦撍?生成偏硼酸(式(1)),然后再次脫水生成四硼酸(式(2)),最后當(dāng)溫度升高至400℃時(shí),四硼酸分解成氧化硼(式(3)),繼續(xù)升溫,氧化硼開始融化成液相(式(4))。溫度為240～500℃時(shí),質(zhì)量損失12.97%,主要可能是堿式碳酸鎂的分解,分解成碳酸鎂(式(5))。當(dāng)溫度升至550～650℃,質(zhì)量損失為12.49%,這一階段主要是碳酸鎂分解成氧化鎂(式(6))。天然硼鎂石的分解溫度為700℃,從DTA曲線看,在728.9℃出現(xiàn)了一個(gè)放熱峰,這應(yīng)該是液相氧化硼與氧化鎂顆粒反應(yīng),生成硼酸鎂(式(7))。在TG曲線看,800℃開始出現(xiàn)了4.01%質(zhì)量損失,可能是液相中只存在氧化硼,出現(xiàn)了質(zhì)量損失。在DTA曲線中可以看出,當(dāng)添加燒結(jié)助劑氟化鎂時(shí),影響了硼酸鎂的晶型轉(zhuǎn)變的溫度,在849.1℃出現(xiàn)了一個(gè)吸熱峰,可能是有硼酸鎂的晶型轉(zhuǎn)換引起的圖2為硼酸和堿式碳酸鎂混合原料以n(B)∶n(Mg)=1.5∶1,占硼酸和堿式碳酸鎂總質(zhì)量5%的聚乙烯醇(PVA)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的焦磷酸鈉在空氣氛圍中從室溫加熱至1000℃的TG-DTG-DTA曲線。當(dāng)燒結(jié)助劑為焦磷酸鈉時(shí),燒結(jié)過程與燒結(jié)助劑為氟化鎂類似。在408℃又出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰,可能是氧化硼開始熔化(式(4))。第六階段從480℃到1000℃,質(zhì)量損失為10.49%,該階段主要是碳酸鎂的分解。在600℃以后,氧化鎂和氧化硼反應(yīng)生成硼酸鎂(式(7))。在703.2℃又出現(xiàn)一個(gè)放熱峰,Mg3.2添加氟化鎂固相燒結(jié)后的物相組成圖3為B/Mg的摩爾比為1.5∶1的硼酸鎂晶須在900℃下燒結(jié)并保溫2h,隨爐冷卻所制得的樣品粉末,采用X-射線衍射儀對(duì)其表征所得的XRD圖。由圖3可以得出硼酸鎂(單斜硼酸鎂、三斜硼酸鎂、四硼酸鎂)存在三種狀態(tài)。在900℃燒結(jié)后的產(chǎn)物中,這三種物相共存。圖4為將硼酸、堿式碳酸鎂、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氟化鎂混合后燒結(jié)溫度為900℃保溫2h的XRD圖。從物相中看,說明添加氟化鎂固相燒結(jié)對(duì)硼酸鎂晶須多孔陶瓷的物相組成影響不大。圖5為將硼酸、堿式碳酸鎂、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的焦磷酸鈉混合后燒結(jié)溫度為900℃保溫2h的XRD圖。由XRD圖可以看出,燒結(jié)助劑無論是氟化鎂,還是焦磷酸鈉,均不會(huì)對(duì)產(chǎn)物的物相組成造成改變。特征峰與硼酸鎂的特征峰一致,主要為單斜硼酸鎂(m-Mg3.3添加氟化鎂晶須掃描電鏡圖6為B∶Mg摩爾比為1.5∶1的粉末在900℃下燒結(jié)并保溫2h后所得的粉末SEM圖片。從圖6中可以得出,晶須的長(zhǎng)度在3～5μm,直徑為0.2～0.6μm,晶須生長(zhǎng)得比較均勻。圖7為添加5%氟化鎂900℃下燒結(jié)助劑所得的硼酸鎂晶須掃描電鏡圖。圖7a為5000倍時(shí)拍的掃描電鏡圖,圖7b為20000倍時(shí)拍的掃描電鏡圖。從掃描電鏡圖看,晶須的直徑為0.4～1μm,長(zhǎng)度為2～7μm,長(zhǎng)徑比為5～7μm。晶須比較均勻。可以得到,添加氟化鎂燒結(jié)助劑后,晶須的直徑增加,即氟化鎂燒結(jié)助劑促進(jìn)了晶須的長(zhǎng)大。圖8為燒結(jié)助劑焦磷酸鈉所拍得的硼酸鎂晶須掃描電鏡圖。圖8a為5000倍時(shí)拍的掃描電鏡圖,圖8b為20000倍時(shí)拍的掃描電鏡圖。從掃描電鏡圖看,晶須的直徑為0.4～0.8μm,長(zhǎng)度為3～4μm,多孔陶瓷的孔徑為4～7μm。結(jié)果表明,當(dāng)燒結(jié)助劑為焦磷酸鈉時(shí),硼酸鎂晶須的直徑增加,長(zhǎng)度略微減小。3.4添加酸鈉鎂晶須多孔陶瓷B∶Mg摩爾比為1.5∶1且未加燒結(jié)助劑的坯體在900℃下燒結(jié)并保溫2h后隨爐冷卻,用樣品測(cè)得的顯孔隙率和抗壓強(qiáng)度?？梢缘玫?在100MPa成型壓力下,所制得的生坯抗壓強(qiáng)度為6.76MPa。經(jīng)過900℃燒結(jié)后所制得的硼酸鎂晶須多孔陶瓷的顯孔隙率達(dá)到62.57%,抗壓強(qiáng)度達(dá)到10.32MPa。經(jīng)過球磨、成型和燒結(jié),制備得到硼酸鎂晶須多孔陶瓷。將燒結(jié)的樣品進(jìn)行壓汞測(cè)試,結(jié)果表明孔徑主要分布在0.02～5.μm,孔徑平均半徑為2.51μm。燒結(jié)過程中,原料中的碳酸鹽、氫氧化物分解,氣體從陶瓷內(nèi)部逸出,留下納米到微米尺寸的孔洞。當(dāng)在燒結(jié)過程中添加燒結(jié)助劑時(shí),材料的孔隙率與抗壓強(qiáng)度發(fā)生了明顯的變化,其變化結(jié)果如圖所示,圖9為添加燒結(jié)助劑MgF當(dāng)燒結(jié)助劑分別為MgF4添加5%的氟化鎂/焦磷酸鈉燒結(jié)助劑硼酸和堿式碳酸鎂按照B∶Mg的摩爾比為1.5∶1進(jìn)行稱量,加入5%的聚乙烯醇,未加燒結(jié)助劑時(shí)在900℃下保溫2h燒結(jié)后制得硼酸鎂孔隙率為62.57%,抗壓強(qiáng)度為10.32MPa,晶須直徑為0.2～0.6μm,長(zhǎng)度為3～5μm,孔徑為2～5μm。在原料中加入5%的氟化鎂燒結(jié)助劑時(shí),晶須直徑為0.4～1μm,長(zhǎng)度為2.1～7.3μm,孔隙率為51.77%,抗壓強(qiáng)度為14.