作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。学位论文指导教师签名： 年 月 日溶胶-凝胶法制备钙钛矿陶瓷 Preparation of perovskite ceramic by Sol-gel 2015年6月10日东华理工大学毕业论文摘要摘 要核能的开发和利用虽然在经济和社会上给人类带来了莫大的好处，但是也产生了大量的放射性废物，破坏人类原本的生存环境。因此，怎么安全地处置放射性废物，使其最大肯能地减少对生物圈危害。核废物的处理已成为核工业、核科学迫切需要解决的问题，成为核能是否能和谐健康发展的关键因素。对处置放射性废物，人们认为固化处理是最有效的措施之一，然后含有的放射性废物的固化体被进行的地质处置。陶瓷固化被认为是一种有良好发展前景的高放废物处置手段。本文采用了溶胶-凝胶法制备钙钛矿陶瓷，运用了XRD、SEM对产物进行了表征。探讨了不同温度下形成溶胶凝胶的、不同的烧结温度工艺参数对产物结构和性能的影响。结果表明：溶胶凝胶法制备的钛酸钙陶瓷粉末的粒度小，比固相法制备的烧结温度更低。不同温度下制备的凝胶，在一定温度范围之内能影响烧结温度。关键词：放射性废物； 钙钛矿陶瓷； 溶胶-凝胶法 东华理工大学毕业论文ABSTRACTABSTRACTAlthough nuclear energy development and utilization of the economic and social brought great benefits to human beings. but also produce a large amount of radioactive waste,destroy human living environment. Therefore, how to safely disposal of radioactive waste, make its maximum Ken can reduce harmful to the biosphere. The processing of nuclear waste has become the nuclear industry, nuclear science is an urgent need to solve the problem. as whether nuclear power can be the key to the healthy development of the harmonious factor. For disposal of radioactive waste,the curing process is believed to be one of the most effective measures,thenthe solidification of radioactive waste body is in deep geological disposal. Ceramic curing is regarded as a good development prospect of high-level radioactive waste disposal.In this paper. using the sol-gel method perovskite ceramic,using XRD,.SEM characterization on the product. The results show that the sol gel prepared calcium titanate ceramics powder particle size small,than by solid phase sintering temperature is lower. The preparation of the gel under different temperature,can affect the sinteringKey words: radioactive waste; Perovskite; Sol-Gel 东华理工大学毕业论文目录目 录绪论11.1 高放废物处置的必要性11.2 高放废物的固化方法11.2.1 玻璃固化11.2.2 陶瓷固化21.2.3 人造岩石固化21.3 钙钛矿石基本结构及性能21.4 钙钛矿石的主要合成方法31.4.1 高温固相法31.4.3 共沉淀法41.4.4 水热法41.4.5 溶胶-凝胶51.4.5.1 溶胶-凝胶法原理及步骤：51.4.5.2 溶胶凝胶法的类型：51.4.5.3 溶胶的制备61.4.5.4溶胶-凝胶的转化71.5 本文研究目的及意义82 实验92.1 实验仪器及试剂92.2 实验工艺92.2.1 实验方案92.2.2 工艺流程102.3 分析手段112.3.1 XRD分析112.3.2 SEM分析113 实验结果与讨论123.1 XRD结果分析123.2 SEM结果分析134. 结论15致 谢16参考文献17东华理工大学毕业论文绪论 绪论自从核能被开发和利用以来，给人类的经济带来了飞速的发展的契机，但是也给人类带来了潜在的危害，破坏地球原本的生态环境。因此，放射性废物怎么被安全地处置，减少流入生物圈的可能是非常重要的。当前核工业、核科学迫切需要解决的问题是核废物的处理，安全的处理核废物是核能能否持续发展的关键1所在。对放射性废物而言，固化处理是核科学家认为最理想的方法之一。首先将放射性废物固化，进然后进行地质处置。被固化后有3个好处：一是放射性物质被固化后，便于运输、贮存和处置；二是经过固化后，流入地球生态圈的可能将会非常减少；;三是减小废物的体积方便以后的处理。到目前为止，固化处理放射性废物的方法有很多。水泥、沥青和塑料等固化体出现的比较早，对于中低放射性废物(ILLW)的处理非常有效；至于高放射性废物(HLW)的处理，主要指的是玻璃固化、陶瓷固化和人造岩石固化。在当今世界，为了解决当前世界的能源危机，核电站如雨后春笋般的建立，预计以后还会越来越多。因此，核能已经逐渐的引起世界各国的关注，被列为战略发展项目。预计大量的放射性废物将会产生，特别是核电及其它核技术。因为固化处理已经被重视，在很多方面都得以有效地运用。本文介绍了钙钛矿陶瓷固化，以及钛矿陶瓷的固化机理、研究及应用现状、工艺流程。1.1 高放废物处置的必要性虽然高放废物的最终体积很小，不到产生于核燃料循环过程中的体积的1%，然而其所含放射性量却大于产生于核燃料循环过程中的总放射性量的99%。镎、镅、锶、锝、钚、铯、碘等核素的毒性大、半衰期长，而且放射性持续时间长和发热性等也是其特点。镎-237、钚-239、朴-240等半衰期均超过10万年的核素的放射性比活度超过3.7109Bq/L。一旦没有处理好，因此流入地球循环圈，将会产生毁灭性的破坏，影响以后的几十代、甚至于几百代人的生活。地球上一切有有生命的生物都将会有被辐射，因此导致基因的突变，严重影响以后的正常生活。日常生活中的废物或其他有毒、腐蚀的物质，它们的危害是直接的，随着时间的推移，危害会逐渐的减小。高放废物要达到无害化至少需要数千年的时间，影响人类的几十代、几百代人的生活，威胁着人们的正常生活、生命安全。如何安全、有效地处置高放废物是对人类以后的生活的保证。而彻底、可靠地处理高放废物是世界性的难题。1.2 高放废物的固化方法在当今世界，高放废物固化方法2主要为玻璃固化，陶瓷固化(含玻璃陶瓷固化)和人造岩石固化等。1.2.1 玻璃固化在世界上，玻璃固化被广泛研究，并逐渐应用于实践的。玻璃固化的原理就是混合，特别是把原料和高放废料液混合，然后在一定的高温下进行熔融处理。其中，废料中成为网络形成体是高价的离子，而低价的碱金属阳离子会逐渐形成网络补偿体。核素在这种情况下迁移非常困难，因为巨大的粘阻力和密实度。从而完成了对核废料的固化的目的。含有此途的玻璃有多种，如磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和硅酸盐玻璃等。硼硅酸盐玻璃具有较好的热力学稳定性、抗浸出性能、熔融温度低、膨胀系数小等特点，因此选择硼硅酸盐玻璃作为固化载体。然而，在数百度高温和潮湿条件下，玻璃将从亚稳定的变为不稳定，在这种情况下，需要对HLW固化体做一些特殊的处理，从而保证固化体的安全，但会提高处理的成本。1.2.2 陶瓷固化陶瓷属于高温相材料，其固化的原理是将核废料加入到陶瓷原料中，然后在一定温度下一起进行熔融结晶。在高温液相中，核素被固定在晶格位置，由于陶瓷晶格上的原子会发生置换，导致其不易脱落。如钛酸盐类陶瓷固化体具有较好的热力稳定性，其浸出测试过程的表观活化能为1020KJ/mol，小于硼硅酸盐玻璃。该法可根据其中的晶相种类设计HLW组分的掺入量w（B）为40%65%，阴离子构成组分的加入量 w(HLW) 为 35%60%。加入适当过量阴离子组分后，对废液进行脱硝和水蒸发处理(250 )。将沉淀物在 600左右焙烧成氧化物或含氧盐结晶粉末，经冷压成型，11001300烧结成致密的结晶陶瓷体。不需要太高温度在早期的过程中；而后期过程为常规陶瓷成型烧结过程，技术上现已十分成熟需设备简单，甚至一般的陶瓷厂都可进行固化体的烧结工作，无须建设专门设备。陶瓷固化过程相对简单，技术条件要求低，HLW掺入量大，最终固化体体积小、性能好。1.2.3 人造岩石固化人造岩石固化也是一种陶瓷，由澳大利亚 Ringwood等首次提出的。根据“类质同象”“矿相取代”、“低温共熔”等原理，将高放废液合成岩石固化体，最终制备出了一种陶瓷固化体含有晶相铁酸盐，其主要的包括三种矿物碱硬锰矿 (BaAl2Ti8O16)、钙钛锆石 CaZrTi2O7及钙钛矿 (CaTiO3) 钛酸盐类。其固化的实质是形成一定的固溶体，从而将高放废液中的核素被固定。最终形成具有热力学稳定、抗浸出性能和机械性能的固化体。到目前为止，这种固化体材料优良的性能体现在婀族核素的固化中因此。人造岩石固化具有巨大的发展潜力。1.3 钙钛矿石基本结构及性能钙钛矿型结构是一类氧化物（ABO3)，其具有丰富多彩的性能和结构功能的特点，随着A位和B位元素的不同，它的性能（铁电、铁磁、光电、半导体、压电等）和结构（正交、三斜、四方、立