熔鹽法合成TaC、NaTaO3陶瓷粉體的研究.pdf

1、碳化鉭(TaC)具有優(yōu)良的物理化學(xué)和高溫結(jié)構(gòu)性能，在硬質(zhì)合金、切削刀具及航空航天材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；鉭酸鈉(NaTaO3)屬于鈣鈦礦型半導(dǎo)體材料，因其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，在光解水及光降解污染物方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，它們的合成方法主要存在溫度高、顆粒易團(tuán)聚、粉體形貌不可控等問題。為低溫制備形貌可控的TaC和NaTaO3粉體，本課題分別采用熔鹽輔助碳熱還原法和熔鹽輔助固相法合成TaC和NaTaO3粉體。研究了工藝參數(shù)、原料種類、

2、熔鹽種類及熔鹽加入量對(duì)合成粉體物相組成和顯微形貌的影響，并測(cè)試了粉體的性能，結(jié)果如下：
　　以Ta2O5為鉭源，酚醛樹脂或納米炭黑為碳源，采用碳熱還原法合成了TaC粉體。以酚醛樹脂為碳源時(shí)，經(jīng)1300℃保溫3h合成了平均粒徑約為376 nm的TaC粉體，而以納米炭黑為碳源，合成碳化鉭粉體則需1500℃，合成的粉體為團(tuán)聚體，且呈現(xiàn)部分燒結(jié)特征。
　　以Ta2O5和酚醛樹脂為原料，引入NaCl-NaF復(fù)合熔鹽，探索了溫度和熔鹽加

3、入量對(duì)TaC合成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，NaCl-NaF的引入降低了合成溫度，過量的熔鹽能促進(jìn)中間相NaTaO3向目標(biāo)產(chǎn)物TaC的轉(zhuǎn)化。分析了在熔鹽中合成TaC粉體的反應(yīng)過程及機(jī)理，發(fā)現(xiàn)Ta2O5在NaCl-NaF復(fù)合熔鹽中具有較高的溶解度，在DTA曲線上1252℃、1326℃出現(xiàn)Ta2O5與NaCl或NaF反應(yīng)的吸熱峰，生成中間相NaTaO3，由生成NaTaO3的顯微形貌可以推斷，此過程可能由“溶解-析出機(jī)制”主導(dǎo)；在1444℃出現(xiàn)中間相的

4、碳熱還原吸熱峰，由生成的TaC粉體的顯微相貌可以推斷，此過程可能由“擴(kuò)散機(jī)制”主導(dǎo)。用 TG-DTA測(cè)試了合成粉體在空氣氣氛下的氧化行為，可知500-792℃是TaC粉體的劇烈氧化溫度區(qū)間，792℃之后完全氧化為氧化鉭。
　　以Ta2O5、Na2CO3為原料采用熔鹽輔助固相反應(yīng)法合成NaTaO3粉體，通過改變?nèi)埯}種類和加入量降低了 NaTaO3粉體的合成溫度，調(diào)控粉體的顯微形貌。以NaCl-KCl-NaF為熔鹽，600℃時(shí)能夠形成

5、液相環(huán)境促進(jìn)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為NaTaO3，比固相法降低了約100℃，而以NaCl-KCl為熔鹽，完全反應(yīng)生成NaTaO3的溫度為700℃；采用固相反應(yīng)法合成的粉體為球狀顆粒，在NaCl-KCl熔鹽中反應(yīng)物經(jīng)900℃保溫2h制備的NaTaO3粉體顯微形貌為立方狀，而在三元復(fù)合鹽中合成立方狀 NaTaO3粉體需要的溫度為1000℃。由紫外-可見漫反射吸收光譜計(jì)算可知不同條件下合成粉體的禁帶寬度約為4.0 eV，合成的粉體均具有一定的催化活性，結(jié)