题目：凝胶前驱体转化合成ZrB2粉末的研究

 

作为超高温陶瓷材料家族的一员，硼化锆（ZrB2）及其制备技术一直是超高温材料领域的研究热点。ZrB2粉末的特性直接影响着最终ZrB2陶瓷的性能。合成ZrB2粉末的方法众多，其中，溶胶-凝胶法在制备过程中可形成无定形的亚稳相，反应物在分子水平均匀混合，是一种有效的低温合成粉末的方法。

本文采用正丙醇锆和硼酸作锆源和硼源，小分子有机物（D-果糖、蔗糖）作碳源，醋酸和二甘醇作络合剂，通过溶胶-凝胶路线，结合高温碳热还原反应制备ZrB2粉末。探讨了不同反应体系ZrB2粉末的合成工艺，从B/Zr和C/Zr摩尔比、凝胶的陈化等方面展开具体研究。在合成单相ZrB2粉末的基础上，进一步研究了保温时间和煅烧温度的影响，讨论了其形貌形成机理。并对醋酸-蔗糖体系用于浸渍工艺的可能性进行了探索性研究。

采用二甘醇作络合剂，D-果糖作碳源，起始原料B/Zr (mol.) = 3.5，C/Zr (mol.) = 7的试样在1550 °C保温2 h后，产物主要为ZrC和ZrB2混合粉体。粉体中包含棒状和等轴状两种形貌的颗粒，棒的长度约为1 μm，等轴状颗粒尺寸为几百纳米。这为ZrB2和ZrC混合粉体的制备提供了新的思路，有待进一步深入研究。

采用醋酸作络合剂，D-果糖作碳源，起始原料B/Zr (mol.) = 3.5，C/Zr (mol.) = 7，采用未陈化凝胶在1550 °C保温2 h制备得到了长度为300 ~ 500 nm，长径比为1 ~ 2，比表面积为15.29 m2/g的短柱状ZrB2颗粒，产物中同时残留ZrO2。采用陈化凝胶在1550 °C保温2 h制备得到了长度为4 ~ 7 μm，截面等效平均直径为1 μm，中位径D50为6.46 μm，比表面积为2.53 m2/g，尺寸分布比较均匀的六棱柱ZrB2颗粒。采用陈化凝胶在1550 °C保温3 h制备的ZrB2颗粒平均长度为7 μm，截面等效平均直径为1.5 μm。当煅烧温度低于1550 ºC或保温时间少于2 h时，碳热还原反应均不能进行完全，产物中残留ZrO2。

同时采用醋酸作络合剂和溶剂，蔗糖作碳源，起始原料B/Zr (mol.) = 3.5，C/Zr (mol.) = 6.5的前驱体在1550 °C保温2 h后成功制备得到了平均粒径为60 nm的等轴状ZrB2颗粒。该体系实验步骤简化，原料耗费少，在胶体浸渍等方面具有应用前景。