论文部分内容阅读
碳化钽（TaC）具有优良的物理化学和高温结构性能,在硬质合金、切削刀具及航空航天材料领域具有广泛的应用前景;钽酸钠（NaTaO3）属于钙钛矿型半导体材料,因其独特的能带结构,在光解水及光降解污染物方面具有广阔的应用前景。目前,它们的合成方法主要存在温度高、颗粒易团聚、粉体形貌不可控等问题。为低温制备形貌可控的TaC和NaTaO3粉体,本课题分别采用熔盐辅助碳热还原法和熔盐辅助固相法合成TaC和NaTaO3粉体。研究了工艺参数、原料种类、熔盐种类及熔盐加入量对合成粉体物相组成和显微形貌的影响,并测试了粉体的性能,结果如下:以Ta2O5为钽源,酚醛树脂或纳米炭黑为碳源,采用碳热还原法合成了TaC粉体。以酚醛树脂为碳源时,经1300℃保温3h合成了平均粒径约为376 nm的Ta C粉体,而以纳米炭黑为碳源,合成碳化钽粉体则需1500℃,合成的粉体为团聚体,且呈现部分烧结特征。以Ta2O5和酚醛树脂为原料,引入NaCl-NaF复合熔盐,探索了温度和熔盐加入量对TaC合成的影响。研究发现,NaCl-NaF的引入降低了合成温度,过量的熔盐能促进中间相NaTaO3向目标产物TaC的转化。分析了在熔盐中合成TaC粉体的反应过程及机理,发现Ta2O5在NaCl-NaF复合熔盐中具有较高的溶解度,在DTA曲线上1252℃、1326℃出现Ta2O5与NaCl或NaF反应的吸热峰,生成中间相NaTaO3,由生成NaTaO3的显微形貌可以推断,此过程可能由“溶解-析出机制”主导;在1444℃出现中间相的碳热还原吸热峰,由生成的TaC粉体的显微相貌可以推断,此过程可能由“扩散机制”主导。用TG-DTA测试了合成粉体在空气气氛下的氧化行为,可知500-792℃是TaC粉体的剧烈氧化温度区间,792℃之后完全氧化为氧化钽。以Ta2O5、Na2CO3为原料采用熔盐辅助固相反应法合成NaTaO3粉体,通过改变熔盐种类和加入量降低了NaTaO3粉体的合成温度,调控粉体的显微形貌。以NaCl-KCl-NaF为熔盐,600℃时能够形成液相环境促进反应物转化为NaTaO3,比固相法降低了约100℃,而以NaCl-KCl为熔盐,完全反应生成NaTaO3的温度为700℃;采用固相反应法合成的粉体为球状颗粒,在NaCl-KCl熔盐中反应物经900℃保温2h制备的NaTaO3粉体显微形貌为立方状,而在三元复合盐中合成立方状NaTaO3粉体需要的温度为1000℃。由紫外-可见漫反射吸收光谱计算可知不同条件下合成粉体的禁带宽度约为4.0 eV,合成的粉体均具有一定的催化活性,结晶完好,粒度相对较小的粉体催化活性最高。