K-,2-Ti-,6-O-,13-晶須的制備、生長機理及微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、K<,2>Zi<,6>O<,13>晶須具有優(yōu)異的力學性能,其特殊的隧道結(jié)構(gòu)又賦予其許多獨特的物理化學特性,如:優(yōu)良的隔熱能力和高化學穩(wěn)定性,因而在航空航天、汽車、機電、建材和軍事等眾多領域具有廣闊的應用前景.本研究利用高溫X射線衍射(HTXRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等手段對K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須合成過程中溫度和時間誘導的相變、形態(tài)演化、生長機理、微結(jié)構(gòu)和生長晶體學等進行了較為系統(tǒng)的原位研究

2、,然后以此為基礎,基于本研究發(fā)現(xiàn)的"納米崩解效應"、"仔晶合成"和"氣相輔助"等現(xiàn)象,指導開發(fā)了高品質(zhì)低成本K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須制備的新工藝.動態(tài)相變分析和晶須形態(tài)演化觀察表明:K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須的生長對煅燒溫度極為敏感,一定溫度下晶須的生長轉(zhuǎn)變幾乎是"爆發(fā)式的",但是此后晶須的生長變得很緩慢.晶須的合成宜采用到溫裝爐并空冷的升降溫方式,從而大大縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本. 基于動態(tài)相變分析

3、和晶須形態(tài)演化觀察,我們提出了兩種晶須生長模型用于解釋K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須的生長過程:串并聯(lián)生長模型和擴散崩解生長模型.基于串并聯(lián)模型生長的晶須沿軸向存在較小的串聯(lián)生長臺階和較大的并聯(lián)生長臺階,且晶須表面存在非晶態(tài)的生長過渡層；而基于擴散崩解模型生長的晶須不存在生長臺階,表面幾乎沒有非晶層.微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果有力地證明了本實驗條件下上述兩個模型成立.選區(qū)電子衍射(SAED)分析和高分辨透射電鏡(HRTEM)觀察充分表明:基

4、于不同模型生長的K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須軸向生長方向均平行于[010]方向,晶須斷裂始于沿[010]方向且平行于(-201)面的解理. K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須的生長模式取決于TiO<,2>原料的尺寸,臨界尺寸判據(jù)如下: (1)當TiO<,2>原料的尺寸小于臨界尺寸(160nm)時,K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須的生長遵守串并聯(lián)機理；(2)當TiO<,2>原料的尺寸大于臨界尺寸(160nm)時

5、,K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須的生長首先遵守擴散崩解機理,然后再按串并聯(lián)機理進一步長大.基于擴散崩解模型,本研究選用200nm左右的TiO<,2>(其尺寸略大于臨界尺寸)作原料,利用崩解出的納米效應,不僅成功制備了納米K<,2>Ti<,6>O<,13>晶須,而且顯著地降低了合成溫度,降幅高達200℃,同時大大地縮短了煅燒時間；基于串并聯(lián)模型,本研究選用10nm左右的TiO<,2>作原料成功制備了納米K<,2>Ti<,6>O<,