氚增殖材料Li2TiO3的微波-溶液燃燒合成過程及機理研究.pdf

1、Li2TiO3陶瓷由于具有高熔點、高導熱系數(shù)、良好的氚釋放性能、低活化性、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、較高的Li原子密度以及與結構材料有良好的相容性等特點，被認為是最具前途的固體氚增殖材料之一。因此，氚增殖材料Li2TiO3陶瓷的合成一直受到國內外的廣泛關注。
　　溶液燃燒合成技術由于操作簡單，反應溫度低，得到的納米氧化物純度高、化學均勻性好等特點，被視為是合成納米氧化物的一種高效、快速的方法，但現(xiàn)有的溶液燃燒合成技術尚存在合成的納米粒子尺

2、寸大、粒徑分布不均、某些多組元反應體系由于絕熱燃燒溫度低難以一步合成所需的多元復合氧化物等問題。本課題針對上述問題，將微波加熱技術和溶液燃燒合成技術結合起來制備Li2TiO3陶瓷粉末，模擬計算了微波-溶液燃燒合成過程的溫度場，系統(tǒng)研究了關鍵工藝參數(shù)對Li2TiO3陶瓷粉末的物相組成和顯微形貌的影響，詳細分析了微波促進和誘發(fā)溶液燃燒合成機制，并探討了Li2TiO3的形成過程。通過系統(tǒng)研究，取得如下主要成果：
　?。?）采用時域有限差

3、分方法對微波-溶液燃燒合成的加熱階段的溫度場進行了模擬。研究發(fā)現(xiàn)，微波加熱為體加熱方式，前驅體溶液的溫度場呈類球狀分布，中心區(qū)域溫度較高，但整體溫度梯度小。
　?。?）研究了微波功率、燃料比和金屬陽離子濃度對Li2TiO3陶瓷粉末性質的影響。當微波功率為1200 W，燃料比為1.5時，合成了單一相的單斜結構Li2TiO3陶瓷粉末，平均顆粒尺寸（D50）為4.63μm，分散均勻，晶粒尺寸約為40 nm，條紋間距為0.475 nm，形

4、狀為規(guī)則的準立方體。金屬陽離子濃度也顯著影響了Li2TiO3的相組成，金屬陽離子濃度n=0.15 mol/L時，合成的Li2TiO3為單一相的單斜結構；n=0.375mol/L時，在26°附近出現(xiàn)了銳鈦礦TiO2的衍射峰；n=0.75 mol/L，產物中同時出現(xiàn)了TiO2和LiNO3的衍射峰。
　?。?）分別從熱力學和動力學角度分析了微波促進和誘發(fā)溶液燃燒合成反應的機制。研究結果表明，同傳統(tǒng)加熱方式相比，微波-溶液燃燒合成的反應活