Ca2Fe2O5粉體的制備及表征.pdf

1、Ca2Fe2O5材料具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)、高的電子離子混合導(dǎo)性、催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性以及低的熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn),使其在工業(yè)催化,磁性,氧傳感,高溫電導(dǎo)等領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用前景。特別是在SOFC材料方面,與其他電池材料相比有著無法比擬的優(yōu)勢。Ca2Fe2O5粉體制備是其材料的制備及功能充分發(fā)揮的關(guān)鍵,但目前常用的傳統(tǒng)固相反應(yīng)法合成Ca2Fe2O5粉體工藝,反應(yīng)溫度高,合成時(shí)間長,限制了它們的廣泛應(yīng)用且不利于性能的發(fā)現(xiàn)和研究。所以新的高效節(jié)能

2、的制備工藝是目前研究的重點(diǎn)。
　　 高能球磨處理可使原料粒度細(xì)化、結(jié)構(gòu)缺陷濃度增高、化學(xué)位能提高,粉體反應(yīng)活化能降低,促使原料在較低的溫度下合成產(chǎn)物。依據(jù)此特點(diǎn),本文分別以CaO-Fe2O3和CaCO3-Fe2O3為原料,采用高能球磨結(jié)合固相反應(yīng)的方法來制備Ca2Fe2O5粉體。結(jié)果顯示,當(dāng)Ca與Fe摩爾比例合適時(shí),經(jīng)過球磨處理的CaCO3-Fe2O3混合在800℃經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾苋菀缀铣杉兊膯蜗郈a2Fe2O5粉體,而以在Ca

3、O-Fe2O3體系,則因容易產(chǎn)生雜質(zhì)相而很難實(shí)現(xiàn)。原因是CaCO3-Fe2O3體系中混合粉末經(jīng)機(jī)械球磨首先破碎的是Fe2O3顆粒,這些Fe2O3不僅會(huì)降低反應(yīng)合成溫度而且利于Ca的擴(kuò)散;且體系中存在利于空氣中氧進(jìn)入的氣體通道(CaCO3分解時(shí)留下的),這些進(jìn)入的氧可抑制結(jié)構(gòu)中[FeO4]四方體轉(zhuǎn)化成[FeO6],而CaO體系缺少這樣的氧通道。研究發(fā)現(xiàn),在CaCO3-Fe2O3體系中,隨著球磨時(shí)間的延長,合成Ca2Fe2O5粉體保溫時(shí)間也

4、相應(yīng)的減短?；旌戏勰┣蚰セ罨?h后,在800℃保溫24h才可得到純的單相Ca2Fe2O5粉體;球磨活化時(shí)間延長到30h時(shí),在800℃只需保溫6h即可實(shí)現(xiàn)。但是保溫時(shí)間越短合成的粉體的結(jié)晶度降低,同時(shí)隨著保溫時(shí)間的減短,合成的粉體粒度越來越細(xì),在30h時(shí)合成的粉體粒度低于100nm。除此而外,粉體的形貌也發(fā)生變化,由塊狀逐漸變?yōu)槠瑺钭詈筠D(zhuǎn)為球狀的顆粒。研究指出,采用分段燒結(jié)合成粉體,其結(jié)晶度可以大大提高。
　　 另外,研究了采用S

5、CS-液相燃燒法制備Ca2Fe2O5粉體。液相燃燒法的特點(diǎn)是有機(jī)燃料和金屬鹽溶液可以在較低溫度下(≤500℃)迅速燃燒反應(yīng),燃燒放出的熱能自發(fā)的維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行;另外燃燒放出的熱能可使原料反應(yīng)溫度很快加熱到1600℃以上,加速反應(yīng)的進(jìn)行,在短時(shí)間內(nèi)合成低溫下難合成的復(fù)雜的氧化物產(chǎn)物。本文以Fe(NO3)3、Ca(NO3)2為原料,以CO(NH2)2為助燃劑合成Ca2Fe2O5粉體。借助XRD、SEM等測試手段,分析了燃燒過程及反應(yīng)合成產(chǎn)