硼酸鋁晶須制備工藝及應用.

1、硼酸鋁晶須簡介 主要內(nèi)容生長機理生長機理3應用發(fā)展應用發(fā)展4晶須制備晶須制備晶須簡介晶須簡介21什么是晶須？什么是硼酸鋁晶須？什么是晶須？什么是硼酸鋁晶須？晶須晶須是指在人工控制條件下以單晶形式生長成的一種纖維，其直徑非常?。ㄎ⒚讛?shù)量級），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位錯、空穴等），其原子排列高度有序，因而其強度接近于完整晶體1的理論值。其機械強度等于鄰接原子間力。硼酸鋁晶須硼酸鋁晶須 分子式：nAl2O3B2O3它的種類較多，但常見的3種形態(tài)是9Al2O32B2O3、2Al2O3B2O3、Al2O3B2O3。Al2O3B2O3存在于天然礦物中，9Al2O32B2O3、2Al2O3B2O

2、3則為人工產(chǎn)品。由于9Al2O32B2O3晶須的性能優(yōu)異，工業(yè)化晶須主要指9Al2O32B2O3。 1 1 晶須簡介晶須簡介硫酸鋁晶須硼酸鋁晶須性能指標（企業(yè)標準）硼酸鋁晶須性能指標（企業(yè)標準）v 外觀：白色針狀長度：5-30um耐熱性：1420-1460v 分子量：1066.88相對密度：2.90-2.94拉伸強度：8 Gpa v 直徑：0.5-1um莫氏硬度：7彈性模量：400 Mpa熱膨脹系數(shù)：4.2106/v基本特征：基本特征： 極高的強度和彈性 優(yōu)良的耐酸、堿性 高熔點、耐熱性能較好 近似化學中性 溫度膨脹系數(shù)低2 2 晶須制備晶須制備制備方法高溫溶劑法水熱法液相生長法助熔法2.1.

3、助熔法助熔法 助熔法 是在能提供氧化鋁和氧化硼的化合物中加入助熔劑來制備硼酸鋁晶須。氧化鋁的提供物是能夠在反應中轉(zhuǎn)化成氧化鋁的物質(zhì)，反應中氧化鋁全部參加反應，反應完成后不殘留氧化鋁，以保證硼酸鋁晶須的純度，這類物質(zhì)可以是硫酸鋁、硝酸鋁、鹵化鋁、硫酸鋁鈉(鉀)等。氧化硼的提供物是能夠在反應中轉(zhuǎn)化成氧化硼的物質(zhì)，這類物質(zhì)可以是氧化硼、硼酸、硼酸醉、四硼酸鈉、焦硼酸鉀等。反應中加入助熔劑的作用主要是用來降低體系的熔融溫度，對助熔劑的要求是其熔融時粘度低，能阻止生成的晶須分解，助熔劑一般可選用堿金屬硫酸鹽,鹵化物、碳酸鹽、硝酸鹽等。2.2.高溫熔劑法高溫熔劑法高溫熔劑法：應用高溫熔劑法在1280-13

4、20間，氧化硼和氧化鋁的配比為1/4.5，熔劑加入量為70%的條件下，恒溫9h反應制得硼酸鋁晶須，其長徑比50100 。v以玻璃態(tài)、粉末態(tài)B2O3作為硼源，Al (OH) 3超細粉作為鋁源。按一定的摩爾比計算，稱取一定質(zhì)量的原料,加入適量的熔劑A ，混合研磨數(shù)分鐘后，放入剛玉坩堝內(nèi)，置于Si - C 棒爐中，加熱至1280 左右，恒溫一定時間后，冷卻至室溫后取出試樣。2.3.水熱法水熱法 水熱法l 制備硼酸鋁晶須是首先制備硼酸鋁凝膠，然后對凝膠進行水熱處理，一般鋁鹽選擇在水中溶解度較大的硫酸鋁、硝酸鋁等，硼鹽則可以選擇硼酸銨、硼砂等。由氧化鋁或含鋁化合物、氧化硼或含硼化合物在Al2O3與B2O

5、3的摩爾比為9/1-1/2.5的條件下，和0.1-10%重量分數(shù)的氧化鐵先制成硼酸鋁凝膠顆粒，然后加熱凝膠顆粒而制得硼酸鋁晶須。將鋁鹽和硼鹽配制成8-10%的濃度，在強力攪拌下生成凝膠，并通過數(shù)次過濾洗滌后，將呈中性的硼酸鋁凝膠放入反應釜中，密閉加熱到450，同時排放過量的蒸汽，保持壓強在35MPa，在此條件下保壓至室溫，然后將料漿過濾，用熱水洗滌、干燥得到硼酸鋁晶須，晶須直徑1-5um，長度20-200um，收率達到96%。2.4.液相生長法液相生長法液相生長法：以鋁鹽作鋁源，以硼酸作硼源，加適量催化劑，在適當配比下混合，在一定條件下進行化學反應，生成硼酸鋁晶須，晶須的直徑為1-10um，長

6、度為100-300um，晶須的直徑、長度可以根據(jù)制備工藝條件進行調(diào)整。3 生長機理水熱法硼酸鋁晶須的生長機理：v在研究硼酸鋁的生長機理時可以借鑒溶液中晶體的生長方式，溶液中生成晶核后，溶質(zhì)分子或離子會連續(xù)一層層排列上去而形成晶粒，晶體生長第一步為溶質(zhì)擴散，即待結(jié)晶的溶質(zhì)借擴散穿過靠晶體表面的一個靜止液層，由溶液中轉(zhuǎn)移至晶體表面；第二步為表面反應，即達到晶體表面的溶質(zhì)嵌入晶面，使晶體長大。水熱法硼酸鋁晶須的生長機理水熱法硼酸鋁晶須的生長機理v結(jié)合溶體中晶須生長的規(guī)律和試驗中的制備過程以及微觀形貌，晶須的生長過程微觀示意圖如下圖所示。硼酸鋁晶須的生長過程首先是晶核的生成，在1050左右，出現(xiàn)大量的

7、晶核。根據(jù)布拉維法則，面網(wǎng)在垂直方向的生長速度與該面網(wǎng)的面網(wǎng)密度成正比。面網(wǎng)密度小的晶面生長速度快，最終被面網(wǎng)密度大的相鄰晶面所淹沒。而面網(wǎng)密度越大，相應的晶面間距也就越大。水熱法硼酸鋁晶須的生長機理水熱法硼酸鋁晶須的生長機理4 應用發(fā)展u硼酸鋁晶須增強金屬復合材料 硼酸鋁晶須加入金屬材料中后，可以提高金屬材料的各項性能，應用于鎂合金時， 還可以減少鎂合金用作發(fā)動機材料時的宏觀缺陷。另外，硼酸鋁晶須在液態(tài)合金過濾器、壓縮機葉片和航空工具等方面的應用也十分廣泛。u硼酸鋁晶須用于高分子材料 硼酸鋁晶須對氰酸酯樹脂性能的影響， 研究表明硼酸鋁晶須的加入提高了氰酸酯樹脂材料的沖擊強度和彎曲強度。在此基

8、礎之上，又加入了玻璃纖維，形成了晶須/ 聚合物/ 纖維復合材料應用u增強陶瓷基復合材料 硼酸鋁晶須用于增強陶瓷和玻璃可提高材料的沖擊強度、彈性模量、硬度和壓伸強度等。到目前為止，晶須增韌的陶瓷材料已成功地應用在切削刀具、耐磨件、宇航及軍用零件上 。u塑料增強材料硼酸鋁晶須可以用于各種塑料的增強材料，尤其是用于精密塑料構(gòu)件時，其成型體表面非常光潔，對模具磨損小，原因是其直徑小，長度短。與玻璃纖維比較，對微小、復雜形狀的塑料制品的增強作用更明顯，而且賦予制品等方向性。用于塑料的增強材料，當達到30%（重量）含量時，機械強度可增強一倍以上，而拉伸彈性模量可增大二倍以上。發(fā)展v 目前，晶須增強的鋁、鎂基復合材料已在一些領域應用成功，并且對晶須增強鋁基復合材料的腐蝕行為、熱膨脹、超塑性以及晶須取向等進行了較為廣泛的研究，但晶須增強機理、制備工藝和結(jié)構(gòu)特性尚不是十分明朗，為了進一步提高材料的性能，降低制造成本，必須加強晶須增強機理、制備工藝和結(jié)構(gòu)特性等