关键词： 工业氧化铝粉   粒度   α-氧化铝   显微结构  

摘要： 为了研究工业氧化铝粉粒度对活性氧化铝微粉(α-Al2O3微粉)性能的影响,以工业氧化铝粉(中位径为80μm)为原料,对其进行研磨,得到中位径分别为50、30、10、5μm的细粉,将研磨前后的工业氧化铝粉在1320℃保温5 h煅烧制得活性氧化铝微粉,研究了不同工业氧化铝粉粒度对活性氧化铝微粉显微结构及性能的影响。结果表明:工业氧化铝粉的初始粒度对活性氧化铝微粉晶粒形貌有较大影响,中位径>30μm时,煅烧后形成聚合状态的蠕虫状的α-Al2O3晶粒;当中位径<10μm时,煅烧后形成0.3~1.0μm、圆润、呈球形且分散状态良好的α-Al2O3晶粒。随着工业氧化铝粉初始粒度的减小,α-Al2O3转相率提高,真密度呈逐渐增加的趋势。随着工业氧化铝粉初始粒度的减小,烧后α-Al2O3粉的研磨变得容易,其分散性变优,具有较好的流动性。

关键词： 聚丙烯酸酯   铝粉   固化   微球形貌   喷雾干燥  

摘要： 利用聚丙烯酸酯乳液与铝粉浆共混,再加入固化剂,采用离心喷雾干燥工艺,成功制备了热固性聚丙烯酸酯包覆铝粉微球。考察了铝粉种类与用量、固化剂用量等对包覆微球粒径和表面形貌的影响。结果表明,随着固化剂的引入,包覆微球的粒径及其分布和微观形貌变化不大;铝粉的粒径对包覆微球粒径影响较小,但是铝粉粒径太大导致微球包覆不完全,出现片状物;随着微球中铝粉含量增加,微球的粒径增加,粒径分布变宽,微球规整度降低,破裂增多。当铝粉含量为5%,微球的包覆效果较好。

关键词： 铝醇盐   醇盐水解法   球形氧化铝  

摘要： 以仲丁醇铝为铝源,以乙腈与正丁醇作溶剂,通过醇盐水解法制备了亚微米球形氧化铝粉体。研究了溶剂配比、水加入量及煅烧温度对产物相结构及微观形貌的影响。结果表明,乙腈与正丁醇的体积比及去离子水的加入量是影响产物的成球性以及粒径大小的关键因素,随着乙腈与正丁醇体积比增大,产物成球性变好;去离子水加入量的变化,影响了产物粒径的大小。经不同温度煅烧后,产物发生了由γ-Al2O3转化为α-Al2O3的相变,但仍保持着球形形貌。

关键词： 纳米氧化铝   粉体   制备   应用   进展  

摘要： 纳米氧化铝因其强度高、硬度高、耐磨性好、耐热性好、比表面积大等特性被广泛应用于陶瓷材料、复合材料、航空航天、环境保护、催化剂及其载体等领域。通过固相法、气相法、液相法对纳米α-Al2O3和γ-Al2O3的制备方法进行综述,分析了各种方法的技术特点;评述了氧化铝粉体制备的新方法;并对氧化铝在陶瓷材料、催化剂及其载体、环境保护、新能源等方面的应用作了简要分析。最后对氧化铝的发展方向进行展望。

关键词： 超声波   沉淀法   冷冻干燥   纳米氧化铝  

摘要： 以硝酸铝和碳酸氢铵为原料,采用超声波辅助沉淀法制备Al2O3粉体,利用XRD和SEM对所制备的粉体的物相和形貌进行表征,考察了干燥方式和水浴温度对粉体制备的影响。结果表明真空冷冻干燥较传统鼓风干燥制得的氧化铝粉体分散性更好,粒径更均匀;氧化铝粉体的粒径随着反应温度的升高而增大,适宜的水浴温度为25℃;利用超声波辅助沉淀法制得了粒径分布窄、分散性好的纳米氧化铝粉体。

关键词： 球形氧化铝   醇盐水解法   均相沉淀法   水热法  

摘要： 球形氧化铝因其粒径小、成球度高、分散性好等独特的性能,在氧化铝市场上的需求量十分巨大,因此制备出性能优良的球形氧化铝粉体也成为国内外从事氧化铝粉体研究学者的研究热点。本文采用醇盐水解法、均相沉淀法以及水热法三种不同方法分别制备出具有球形形貌的氧化铝粉体,探究了不同条件对粉体微观形貌的影响,并利用扫描电子显微镜（SEM）、粒度分析、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重（TG-DSC）等各种表征方法对产物的微观形貌及相结构进行了表征,同时分析了各种方法形成的球形氧化铝前驱体的形成机理。具体研究内容如下:（1）以仲丁醇铝（ASB）为原料,选择合适的醇溶液作溶剂,利用醇盐水解法合成了氧化铝前驱体,研究了其工艺参数对生成产物的影响以及成球机理,并探讨了煅烧工艺中不同煅烧温度对产物形貌、尺寸的影响。研究发现,在单一的醇溶液中无法合成具有球形形貌的产物,亲水性乙腈的加入有效减缓了水解、缩聚速率,有利于球形形貌的生成。经探究获得最佳工艺为:乙腈与正丁醇体积比为6:4的混合溶液作溶剂,c（ASB）=0.005 mol/L,n（ASB）:n（H2O）=1:3,超声老化25 min。水解缩聚反应过程中,以水包油乳液的机制,合成了粒径分布范围窄、成球性佳、分布均匀、粒径约357 nm的前驱体。经高温煅烧,前驱体依次由无定型态转化为η-Al2O3继而转化为γ-Al2O3,最终生成了化学性质稳定,平均粒径约为564 nm球形α-Al2O3。（2）以硝酸铝(Al（NO3）3)、硫酸钠（Na2SO4）为原料,加入沉淀剂,利用均相沉淀法合成了氧化铝前驱体,研究了前驱体不同工艺条件的影响及成球机理,并探讨了煅烧方法,考察了煅烧温度不同对产物形貌、尺寸的影响。研究发现,硝酸铝浓度的变化对生成产物影响极大,浓度增大,产物成球性降低,团聚问题严重,因而只有在浓度较低的条件下才可合成形貌佳的产物,这也是合成产物产量低的主要原因。经探究,得到最佳工艺条件为:尿素作沉淀剂,c[Al（NO3）3]=0.010 mol/L,c[Al（NO3）3]/c[Na2SO4]=0.5,c[Al（NO3）3]/c[CON2H4]=1:16,陈化1h。受热分解合成反应过程中,在导向自组织成长机制下,最终获得了球形形貌佳、产量较高、粒径约713 nm的Al4SO4（OH）10·5H2O的前驱体。经高温煅烧,前驱体依次由无定形态的Al4SO4（OH）10·5H2O转化为无定形态的3Al2O3·4SO3继而转化成η-Al2O3,最终获得表面疏松多孔、平均粒径约为948 nm的球形α-Al2O3。（3）以硫酸铝(Al2（SO4）3)为原料,氢氧化钠（Na OH）为沉淀剂,去离子水和无水乙醇的混合溶液作溶剂,利用水热法合成了氧化铝前驱体,研究了不同工艺条件的的影响以及成球机理,并探讨了煅烧工艺中不同煅烧温度对产物形貌、尺寸的影响。研究发现,水醇的体积配比的不同决定着球形形貌的生成,只有水醇体积比为2:4时才会出现球形形貌。经探究获得最佳工艺条件:n（Al2SO4）/n（Na OH）=1:3,V（H2O）:V（C2H5OH）=2:4,水热时间6 h,水热温度180℃,选择急速升温的方式。在水热反应过程中,以导向聚合机制,最终获得平均粒径约776 nm、分散均匀、具有球形形貌的钠矾石Na Al3（SO4）2（OH）6前驱体。经高温煅烧,前驱体依次由Na Al3（SO4）2（OH）6转化为Na Al（SO4）2,继而转化为Na2Al22O34,最终获得β″-Al2O3含量65.4%,β-Al2O3含量为34.6%,球形形貌消失,无规则块状体出现,平均粒径约1414 nm的产物。

关键词： 粉末   置换镀   Cu@Al粒子   Ag@Al粒子  

摘要： 银包覆铝粉因为具有较高的导电性和耐腐蚀性,被广泛的应用于电子工业、通讯产业和航天航空等领域。但是由于铝粉具有比较高的比表面积,制备过程易发生团聚而导致包覆的银层不够致密,无法保证银包覆铝粉良好的导电性和耐腐蚀性。因此需要开发一种工艺以获得镀层致密均匀的银包覆铝粉。本文通过对制备的方法进行讨论和探究,确定了使用双重置换镀的方法作为制备银包覆铝粉的工艺。通过对铜粉置换镀银的研究确定了铜作为银包覆铝粉的中间层。并通过对铝粉前处理探究确定铝粉表面氧化膜去除的p H范围为1～6和9～12,同时加入聚乙烯吡咯烷酮可以降低铝粉的团聚现象。通过正交实验对铝粉置换镀铜的成分和工艺的研究,确定了镀铜工艺镀液的成分和参数:CuSO4·5H2O:4～5 g/L、EDTA·2Na:9～10 g/L、C4O6H4KNa:7～8 g/L、2,2'-联吡啶:12 mg/L、温度:30℃、pH:10～11.5。采用扫描电子显微镜对镀铜层的外貌进行了表征,结果表明:当镀铜液的pH在10.5～11.5、温度低于45℃、铜离子的浓度在0.6～0.7 g/L时,铜镀层包覆致密且均匀。对镀铜反应速率的研究表明:随着镀液的pH、温度、铜离子浓度的不断增大,镀铜反应的速度越快。采用粒径分析仪对铜包覆铝粉的粒径进行分析,结果表明:当铜离子的浓度在0.6～0.7 g/L时,铜包覆铝粉的粒径分布比较均匀。通过对铜包覆铝粉的物性分析判断出制备的铜包覆铝粉的纯度比较高,而且随着镀层中铜含量的不断增大,铜镀层中晶面（200）的择优取向度不断增高。对四种不同的银配位剂进行了选择,确定采用氨水作为银的配位剂制备银包覆铝粉。同时,在前面制备的铜包覆铝粉基础上,再一次通过置换的方法制备银包覆铝粉。对制备的银包覆铝粉的宏观颜色进行表征表明:随着n（Cu）/n（Ag）(该比例指的是镀铜溶液中铜的物质的量与镀银溶液中银的物质的量的比值)从0.1～0.5的不断增大,银包覆铝粉的宏观颜色先从黑色变为黄色然后白色,最后又变为黄色,当n（Cu）/n（Ag）比例为0.4时,制备的银包覆铝粉为白色。采用扫描电子显微镜对镀银层的外貌进行了表征,结果表明:当n（Cu）/n（Ag）的比例从0.1～0.5不断增大时,其表面包覆的效果呈现不一致的状态,当n（Cu）/n（Ag）的比例为0.4时,中间层铜刚刚被消耗完毕,此时,银在铝粉表面也包覆致密均匀。

关键词： 分子动力学   金属丝电爆炸   纳米金属粉   沉积能量  

摘要： 金属粉作为燃料被广泛应用于固体火箭推进剂中。相比微米金属粉,纳米金属粉能显著增加推进剂燃速、缩短点火延迟时间和减小团聚燃烧时间,从而提高推进剂燃烧效率和燃烧稳定性。世界上许多国家对纳米金属粉的制备以及在高能凝聚体系的应用展开了研究。金属丝电爆炸法以其能量利用率高、方法通用性好、产品活性高纯度高等优点成为目前最具前景的纳米金属粉制备方法。金属丝电爆炸是极端条件下的非平衡发展过程,产品粒度较爆炸条件不稳定,人们对其中的金属材料解离机理尚未完全清楚。本文在对金属丝电爆炸现象分析研究的基础上,对金属丝的匹配型慢爆炸做了物理简化,建立了经典力学下电爆炸的分子动力学模型。为研究电爆炸中金属丝的解离机理和爆炸产物特征,对铝丝在真空中的电爆炸行为做了一系列模拟研究,包括对金属丝直经、沉积能量和能量沉积速率影响的研究,重点关注了金属材料在极端条件下的解离机制和初始团簇的大小、温度等分布特征。模拟采用嵌入原子势描述原子间的相互作用,在基于C++的开源程序包LAMMPS上实现运行,使用MATLAB数学计算软件对爆炸的非平衡系统数据进行了处理。论文使用分子动力学方法计算了铝在临界点附近的等温线,用于对爆炸材料的状态分析。论文对电爆炸简化模型做了有效性的模拟验证,在模拟有效的基础上展开研究。在过热系数0.45的纳米铝丝爆炸模拟中,观察到了泡沫结构的形成和退化,这是实验和生产中大颗粒粉末形成的重要阶段。同时,对爆炸中丝核的热力学参量的分布、丝核的形态发展、初始团簇的形成,以及团簇的分布特征做了研究讨论。尽管计算机能够模拟的尺寸远小于实验电爆炸中金属丝的直径,模拟结果显示的压力、温度、爆炸速度等强度量,以及爆炸的形态发展等和实验吻合的很好。这表明本文对金属丝爆炸的简化和爆炸的分子动力学模拟是有效可行的。直径对爆炸的作用主要是通过影响热力学参数的径向分布和径向各部分材料演化时间来影响爆炸。对沉积能量转化的研究表明,能量不是优先转化为材料内能,而是同时转化为爆炸动能。所以即使沉积的能量达到或超过材料升华能,金属丝仍然不能完全气化。模拟得到了不同能量沉积水平下铝丝爆炸的形态变化和铝材料的状态变化轨迹。过热系数从0.2到1.0,随着沉积能量的增加,金属丝依次经历机械性碎裂、相爆炸、双机制爆炸和超临界态爆炸,并且爆炸产物粒径变小,气化率增加。能量沉积速率对爆炸的影响主要是通过表面过程实现。如果加热时间比稀疏波传至中心的时间长,表面持续的材料散射代替了膨胀爆炸,如果沉积能量过低,会有液态丝核残留。研究电爆炸中材料的解离机理和初始团簇的分布特征对于优化电爆炸制备技术有重要意义。但金属丝直径越小,尺寸效应越显著,表现为体系的爆炸发展很快,表面活动增强。所以本文得出的一些结论在应用于实验和生产时要考虑到尺寸效应的影响。同时本工作的纳米金属丝的爆炸模拟也为实验纳米丝爆炸提供了模拟的数据参考。

关键词： 氮化铝粉末   碳热还原法   粉末注射成形  

摘要： 氮化铝陶瓷由于其优异的导热性能,高的绝缘以及良好的力学性能,与半导体材料相近的热膨胀系数,耐等离子体侵蚀等特点,是半导体芯片封装、精密电子仪器零部件、消费电子用光学器件等的关键材料。但现有制造高纯氮化铝粉末的原材料价格高、合成时间长、能耗高,造成氮化铝粉末价格较高,同时因其粒度细、易水解等特点,也使得粉末的存储与使用环境要求高。由于氮化铝硬度高、脆性大,加工性能差,采用传统的加工方法难以制备出复杂形状和高尺寸精度的零部件,极大地限制了氮化铝陶瓷的应用。这些限制了氮化铝材料的广泛应用,针对以上问题,本文开展了以下研究:(1)采用沉淀法合成碳酸氢铵与炭黑的混合前驱物,与氮气在加热条件下发生碳热还原反应,合成氮化铝与碳的混合物,经过在空气中除去多余的碳,得到氮化铝粉末。研究表明,采取反向滴定的方法,且控制pH值为8.5-10之间时,方能合成物相为碳酸铝铵的前驱物,该前驱物的开始氮化温度在1200℃-1300℃之间,通过调整碳铝比例与反应温度,可制备出不同粒径的氮化铝粉末。当碳铝原子摩尔比为8:1时,反应温度为1450℃时,合成氮化铝粉末一次粒径为80nm,比表面积为17m2/g,当碳铝原子摩尔比为1.8:1,反应温度为1650℃时,氮化铝粉末一次粒径在700 nm左右,比表面积为2.1m2/g。(2)采用磷酸+磷酸二氢铝对合成的氮化铝粉末进行表面改性,改性后的粉末进行抗水化试验,发现未经过改性的粉末很快发生水解,水中pH值上升至10,经XRD分析发现物相已变为氢氧化铝,SEM观察形貌发现已变成棒状或柱状,而经过表面改性处理的氮化铝粉末能在70℃水中稳定存在72小时以上不发生水解。将处理好的粉末与氧化钇粉末进行球磨混合,发现研磨时间超过16小时后,经600℃煅烧的粉末氧含量增加明显,氮化铝表面保护层被破坏。将研磨4小时的氮化铝和氧化钇的混合浆料进行喷雾造粒,得到平均粒径为52.1μm,松装密度和振实密度分别为0.93g/cm3和1.05 g/cm3的造粒粉。粉末在200MPa压力下,生坯相对密度为58%。经过脱脂、烧结得到的氮化铝陶瓷,热导率为171.2W/m·k。抗弯强度为340MPa。(3)采用蜡基粘结剂分别与自制的碳热还原法氮化铝粉末以及购买的直接氮化法粉末混炼,制备氮化铝陶瓷喂料,研究了氮化铝原料粉末形貌与粒度对喂料临界装载量的影响,发现形貌相对规则的碳热还原法粉末比直接氮化法粉末具有更高的临界装载量,二者临界装载量分别为60vol.%和58vol.%,在临界装载量下,研究了喂料的粘度对剪切速率的变化以及对温度的敏感程度,发现二种喂料的综合因子αSTV分别为0.6-0.75之间。烧结后的氮化铝陶瓷零件热导率分别为186 W·m-1·K-1和130 W·m-1·K-1,抗弯强度分别为363MPa和320MPa。通过在混料过程中向喂料中加入1wt.%的热塑性酚醛树脂,发现最终脱脂坯中碳含量为0.4wt.%,将脱脂后的坯体氮气中加热至1500℃,保温4小时后,碳含量变为0.04wt.%,氧含量由1.89wt%降至1.32wt.%。烧结后的样品中第二相呈岛状分布,且相组成为Y4A1209和YA103,二者比例为1:2,最终烧结样品的热导率提高到248 W/m·k。

关键词： 氢氧化铝   温拌沥青   阻燃机理  

摘要： 近年来,建筑、装饰、交通运输业火灾频发,造成人员伤亡和财产损失的同时也会引起严重的环境污染问题,特别是沥青隧道、沥青道路,其绵延燃烧的危害巨大。沥青含有苯环结构,燃烧时释放的烟气毒性较大,易引起在场人员窒息或吸入毒性气体。因此,开发环境友好、高效、分散性、相容性良好的超细阻燃粉体材料,对温拌沥青进行改性,降低沥青的燃烧性能,对减少道路沥青火灾事故发生有重要意义。本研究采用水热合成法制备了超细氢氧化铝(ATH)粉体阻燃剂,分别使用司班-80、DL-411、Evotherm路用表面活性剂三种改性剂对制备的ATH粉体进行表面湿法改性,并通过吸油值、吸光度、活化指数、XRD、SEM、FT-IR等表征方法对材料进行了表征,确定了制备和改性ATH的最佳工艺条件,探讨了材料控制生长的机制;剖析了溶液pH值、反应温度、老化温度,老化时间等因素对制备超细ATH粉体结晶度与粒径的影响;阐明了超细ATH粉体湿法改性时最佳改性剂用量、最佳改性温度、最佳改性时间、最佳搅拌速率等因素的影响。制备ATH粉体的最适宜工艺制备条件:硫酸铝1 mol、去离子水100 mL、氢氧化钠添加量18.2 mL、温度30℃、溶液滴定pH为11.2、老化时间16 h、老化温度45℃。改性结果表明,表面活性剂Evotherm为最佳改性剂,改性后超细ATH体几乎完全漂浮在水面之上,活化指数高达99.89%,吸光度达到3.199,吸油值低至33.1;改性最佳工艺条件为:Evotherm用量为ATH质量的8%、改性温度50℃、改性时间20 min、搅拌速率1500 r/min。经过改性后的超细ATH粉体在高分子有机材料中有良好的分散性和相容性,稳定性要比其他两种改性剂效果要好,阻燃性能较明显。将制备改性的超细ATH粉体均匀的温拌入AH-70基质沥青中,混合沥青的氧指数明显升高,加入12%水滑石与12%Evotherm改性ATH,使得氧指数从基质沥青的18.8改善至27.6,基本达到自熄材料的要求。通过热重、扫描电子显微镜、傅里叶红外等分析,发现改性ATH在基质沥青中分散均匀、热稳定性有明显提升、且制备阻燃沥青以机械搅拌的方式分散在基质沥青之中,未发生化学反应产生化学键。