摘要: 本论文研究了白榴石粉体的合成方法，分别采用高温熔融法、熔盐法、溶胶凝胶法和水热法合成了白榴石粉体。对合成过程中白榴石的析晶温度以及析晶过程中的相转变的过程进行了比较详细的研究。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微... 展开 本论文研究了白榴石粉体的合成方法，分别采用高温熔融法、熔盐法、溶胶凝胶法和水热法合成了白榴石粉体。对合成过程中白榴石的析晶温度以及析晶过程中的相转变的过程进行了比较详细的研究。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和差热一热重分析仪(DTA-TG)等分析了矿化剂和晶种对白榴石析晶温度和析晶过程中相转变的影响以及白榴石粉体和烤瓷体显微结构。运用热力学和动力学研究了白榴石在合成过程中的成核、析晶、晶体长大以及相变的过程。利用合成的白榴石粉体，制备出分布均匀、含有不同平均粒径白榴石晶体的烤瓷体，探讨了白榴石颗粒尺寸对烤瓷体力学性能以及摩擦磨损性能的影响。 高温熔融一析晶法制备白榴石的原料是钾长石和硝酸钾。当钾长石与硝酸钾的质量比为78：22时，合成的粉体中自榴石的含量最高。通过添加适量的硝酸钾到钾长石中，可以降低白榴石的合成温度，最低可以在900℃得到含单一白榴石晶体的粉体。1200℃煅烧下，合成的白榴石的平均颗粒尺寸为6 μm左右，合成样品的热膨胀系数最高大约为20.52×10<'-6>/℃。 以碳酸钾、氧化铝、氧化硅为原料利用熔盐法制备出高纯度的白榴石粉体。在本研究中，高纯的白榴石粉体被用来制备定量XRD分析的标准物以及作为制备晶种的原料。建立了定量XRD分析的标准曲线，利用定量XRD分析了通过不同方法制备的白榴石粉体中白榴石的含量，并验证了其有效性。为确定烤瓷体中白榴石的含量提供了依据。 溶胶凝胶法合成白榴石的原料是硝酸钾、硝酸铝和正硅酸乙酯(TEOS)。当前驱体中钾、铝、硅的摩尔比为1.2：0.9：2.2时，白榴石的析晶温度比其他配比的低。矿化剂(CaF2)的引入可以在较低的温度下合成出纯度较高的白榴石粉体。在按照白榴石理论组成的原料配比配置的前驱体中添加1.5wt％的矿化剂可以使白榴石的析晶温度从1000℃降到850℃，而且可以提高粉体中白榴石的含量。 利用Si溶胶，A1(NO<,3>)<,3>·9H<,2>O和KNO<,3>通过水热法制得了白榴石前驱体。在1100℃煅烧后直接合成了高纯白榴石粉体。合成的白榴石与低温熔块混合后，经烧成得到了白榴石粒径小，分布均匀的显微结构(平均粒径为1.3 μm)。发现共生的纳米级钾霞石在陶瓷表面结晶。根据抗弯强度测试结果和Weibull统计分析，加入了白榴石的烤瓷材料的平均强度(115.6±9MPa)和Weibull(n=14)模数与低温熔块(74.4±11 MPa，n=7)相比都有显著提高。 在溶胶--凝胶法和水热法制备的白榴石前驱体中添加晶种可以显著的降低白榴石的析晶温度。对于水热法制备的前驱体，这种效应比溶胶--凝胶法制备的前驱体更加明显。添加晶种后，白榴石从水热法制备的前驱体中析晶的温度降低了100℃；从溶胶--凝胶法制备的前驱体中析晶的温度降低了50℃。并添加了晶种后，白榴石从两种前驱体中直接析晶，析晶过程中没有过渡相出现。添加了晶种后，水热法制备的白榴石前驱体在650℃到700℃左右煅烧后，部分低温亚稳的立方相白榴石被稳定到了室温。在800和1000℃合成的白榴石粉体的平均颗粒尺寸分别为0.4gm和1μm。与低温熔块混合均匀并烧结后，白榴石的颗粒尺寸分别增加到0.6gm和1.2μm。 通过热力学和动力学分析了白榴石和钾霞石的生成过程。在热处理过程中，水热法制得的白榴石前驱体经历了两次析晶，由于钾霞石的析晶活化能更低，所以钾霞石先于白榴石析晶。而在较高的温度下，钾霞石会与基体中剩余的二氧化硅反应，转变成为热力学上更为稳定的白榴石。通过Kissinger公式计算得到：钾霞石的析晶活化能为103(SD8)kJ/mol，由钾霞石与二氧化硅反应生成白榴石的析晶活化能为125(SD 4)kJ/mol。两次析晶都经过由扩散控制的成核一生长过程。对于添加了晶种的前驱体，计算得到的白榴石析晶活化能为256(SD 9)kJ/mol，阿伦尼乌斯常数为2.9，这说明析晶过程由扩散控制。 研究了在白榴石含量相近的前提下白榴石的颗粒尺寸对烤瓷材料力学性能的影响。结果表明，白榴石的颗粒尺寸显著影响烤瓷体的密度值和断裂强度的稳定性，而对烤瓷体的平均强度值和断裂韧性则没有太大的影响。在相同白榴石含量的前提下，不同平均粒径的白榴石对牙科材料的耐磨性能影响显著。白榴石的平均粒径越小，牙科陶瓷更加耐磨。随着试验压力、润滑介质以及试验材料的微观结构的变化，材料的摩擦磨损机理也随之改变。 收起