納米晶鋰鋁氧化物及玻璃陶瓷材料的制備與性能表征.pdf

1、玻璃陶瓷材料具有玻璃和陶瓷材料無以比擬的一系列優(yōu)良的理化性能，從而引起了人們的普遍重視，在機械工程、生物醫(yī)學(xué)、電磁電光學(xué)、天文、國防及建筑裝飾等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。Li2O-Al2O3-SiO2體系玻璃陶瓷因具有可調(diào)的低的熱膨脹系數(shù)、高的抗熱震性、耐高溫、耐腐蝕性、高強度、良好的透明性等優(yōu)良性能，是用于制造耐高溫炊具、餐具、隔熱板、耐熱窗罩、天文望遠鏡、環(huán)行激光陀螺等的優(yōu)良材料，被廣泛應(yīng)用于微電子、光學(xué)儀器、航海、現(xiàn)代科技和國防軍工等尖

2、端技術(shù)領(lǐng)域，成為使用范圍最為廣泛的新型材料之一。 傳統(tǒng)的高溫熔融法制備透明的玻璃陶瓷材料，存在制備溫度高、混合不均勻等缺點。與此相比，溶膠-凝膠法則具有物質(zhì)反應(yīng)活性高、混合均勻性好、合成溫度低等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于制備玻璃、陶瓷，近年來也被用于合成玻璃陶瓷材料本文，在總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)Li2O-Al2O3-SiO2體系玻璃陶瓷材料研究的基礎(chǔ)上，采用新的原料配方，以溶膠-凝膠方法制備了Li2O-Al2O3-SiO2體系納米復(fù)合氧化物玻璃

3、陶瓷材料；以及鋁酸鋰納米材料。分析研究了熱處理溫度與材料微結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系。 本論文研究的內(nèi)容和結(jié)果如下： 1、Li2O-Al2O3-SiO2及CoO-Li2O-Al2O3-SiO2體系納米復(fù)合氧化物玻璃陶瓷材料的制備、微結(jié)構(gòu)與性能研究 (1)采用溶膠-凝膠法，首次以醋酸鋰、異丙醇鋁和正硅酸乙酯為原料制備了不同配比的透明塊狀Li2O-Al2O3-SiO2納米復(fù)合氧化物玻璃陶瓷材料，并進行了不同溫度下的熱處理，

4、研究了材料的熱處理溫度與材料微結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系。 以上述試劑為原料，硝酸為催化劑，經(jīng)過TEOS和Al(OPri)的水解，HNO3的催化，CH3COOLi·2H2O的加入，得到了均勻透明的Li2O-Al2O3-SiO2溶膠，將得到的溶膠樣品在烘箱中干燥后，得到了塊狀透明的凝膠，并在不同的溫度下進行熱處理，得到了Li2O-Al2O3-SiO2的復(fù)合氧化物透明玻璃陶瓷材料。 (2)首次采用溶膠-凝膠法制備了透明塊狀CoO-

5、Li2O-Al2O3-SiO2納米復(fù)合氧化物玻璃陶瓷材料，材料透明呈藍色，尺寸約為12×10×1.5mm3。研究了材料的熱處理溫度與材料微結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系。 以醋酸鋰、異丙醇鋁、硝酸鈷和正硅酸乙酯為原料，硝酸(HNO3)為催化劑，經(jīng)過TEOS和Al(OPri)3的水解，HNO3的催化，CH3COOLi·2H2O和Co(NO3)2·6H2O的加入，得到了均勻透明的CoO-Li2O-Al2O3-SiO2溶膠；將得到的溶膠樣品在烘

6、箱中干燥后，得到了塊狀透明的凝膠；并在不同的溫度下進行熱處理，制得了CoO-Li2O-Al2O3-SiO2的納米復(fù)合氧化物透明玻璃陶瓷材料，我們對材料進行了表征，結(jié)果如下： ①CoO-Li2O-Al2O3-SiO2樣品的顏色隨熱處理溫度的升高而變化。室溫下為粉紅色，加熱到300℃以上時，變?yōu)樗{色，且隨熱處理溫度的升高顏色逐漸加深。②凝膠加熱到800℃，為無定型態(tài)，加熱到850-950℃，有的組分開始生成晶相為鋰或鋁和硅生成的化合

7、物，材料透明。溫度達到1170℃，有的組分SiO2結(jié)晶析出，材料的透明度變差。透射電鏡顯示，晶粒呈納米量級。 ③熱處理到850-950℃，CoO-Li2O-Al2O3-SiO2納米復(fù)合材料的吸收光譜中，在1200-1600nm處有一強的吸收帶，這一結(jié)果與Co2+∶ZnAl2O4/SiO2及Co2+∶YAG/SiO2材料的吸收光譜類似，表明這是由于四面體配位的Co2+的4A2(F)-4T1(F)能級躍遷產(chǎn)生的。這可望成為1.54μ

8、m鉺玻璃激光器的被動調(diào)Q開關(guān)的候選材料。 ④熱處理溫度為950℃時，CoO-Li2O-Al2O3-SiO2納米復(fù)合材料的發(fā)光光譜中，激發(fā)波長為515nm時，在520及685nm左右有兩個較強的發(fā)光尖峰，另外在503，760及825nm附近有幾個小尖峰。這是由于Co2+在納米復(fù)合玻璃陶瓷材料中處于不同的位置(納米晶中，玻璃基質(zhì)中，納米晶與玻璃基質(zhì)的交界處)，使它的發(fā)光光譜出現(xiàn)精細結(jié)構(gòu)。 2、LiAl5O8及Co2+∶LiA

9、l5O8納米材料的制備與表征 首次采用溶膠-凝膠法，用三種技術(shù)路線制備了LiAl5O8尖晶石納米粉體，研究了材料的熱處理溫度與材料微結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系。 首次采用溶膠-凝膠法制備了Co2+∶LiAl5O8納米粉體，并對其進行了光譜測試。Co2+∶LiAl5O8納米材料在紅外區(qū)的吸收光譜表明，在1200nm-1600nm范圍內(nèi)出現(xiàn)寬的吸收帶。 (1)首次以醋酸鋰、硝酸鋁和酒石酸為原料，制備了LiAl5O8納米粉體

10、材料。首次以醋酸鋰(CH3COOLi·2H2O)、硝酸鋁、硝酸鈷和酒石酸為原料，制備了Co2+∶LiAl5O8納米粉體材料。將各原料按一定的比例(Li+∶Al3+=1∶5，酒石酸∶金屬離子=1∶1，摩爾比)溶解在乙醇溶液中，在80℃水浴磁力攪拌器的攪拌下，得到透明的溶膠，烘干得到凝膠。進行了不同溫度下的熱處理，在700℃得到了LiAl5O8納米晶，隨熱處理溫度的升高，晶粒有所長大，在700-1000℃的熱處理范圍內(nèi)，晶粒尺寸為50-70

11、nm。 (2)首次以醋酸鋰、硝酸鋁和檸檬酸為原料，制備了LiAl5O8納米粉體材料。將各原料按一定的比例(Li+∶Al3+=1∶5，檸檬酸∶金屬離子=1∶1，摩爾比)溶解在蒸餾水中，在80-90℃水浴磁力攪拌器的攪拌下，得到透明的溶膠，烘干得到凝膠。進行了不同溫度下的熱處理，在700℃得到了LiAl5O8納米晶，隨熱處理溫度的升高，晶粒有所長大，在700-900℃的熱處理范圍內(nèi)，晶粒尺寸為30-50nm。 (3)首次以固

12、態(tài)異丙醇鋁和醋酸鋰為原料，制備了LiAl5O8納米晶。磁力攪拌器的攪拌下，先將異丙醇鋁在83℃的熱水中部分水解，然后加入醋酸鋰，最后加入硝酸做催化劑，得到透明的溶膠。樣品在900℃熱處理溫度下得到了LiAl5O8薄片狀納米材料。得到的LiAl5O8晶粒大小均勻，晶粒尺寸隨熱處理溫度變化不大，在900-1000℃的熱處理范圍內(nèi)，晶粒尺寸為5-10nm。 3、γ-LiAlO2納米粉的制備與表征 首次以醋酸鋰、硝酸鋁和酒石酸為

13、原料，制備了LiAlO2納米多晶粉末。將各原料按一定的比例(Li+∶Al3+=1∶1酒石酸∶金屬離子=1∶1，摩爾比)溶解在乙醇中，在80℃水浴磁力攪拌器的攪拌下，得到透明的溶膠。進行了不同溫度下的熱處理，在800℃得到了γ-LiAlO2納米晶，隨熱處理溫度的升高，晶粒有所長大，在800-1000℃的熱處理范圍內(nèi)，晶粒尺寸為40-60nm。 首次以固態(tài)異丙醇鋁和醋酸鋰為原料，制備了γ-LiAlO2納米晶。磁力攪拌器的攪拌下，先將