关键词： 纳米晶   纯铝   粉体   低温球磨   微观组织  

摘要： 采用低温球磨的方法制备了纳米晶纯铝粉体。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对经低温球磨前后的纯铝粉体的化学成分、颗粒形貌及尺寸、微观组织进行研究。结果表明,随着球磨时间的增加,纯铝粉体的颗粒尺寸分布呈现出"宽-窄-宽"式演化规律,这与存在于整个球磨过程中的"破碎-焊合"综合作用密切相关。低温球磨早期,位错胞演化机理主导纯铝粉体的晶粒细化;低温球磨后期,断裂冷焊机理则为纯铝粉体晶粒细化的主要机制。

关键词： 溶胶-凝胶法   纳米氧化铝粉体   红外吸收  

摘要： 通过溶胶-凝胶法制备出不同晶型和相应颗粒尺寸的纳米氧化铝粉体;通过XRD分析及TEM表征,分析勃姆石凝胶-经干燥烧结后的氧化铝晶型相变及相应颗粒尺寸分布变化,800℃至1050℃γ-Al2O3向θ-Al2O3相变过程中颗粒尺寸变化不大,到完全相变为α-Al2O3时,颗粒尺寸急剧增大,并有大颗粒形成;同时对不同晶型和对应的颗粒尺寸纳米氧化铝粉体样品的红外吸收性能进行了研究,结果表明:带边吸收的蓝移、红移主要由晶型和量子尺寸效应共同作用,但晶型起主要作用。

关键词： 材料学   铝粉   核壳型   固体推进剂   综述  

摘要： 概述了国内外纳米核壳型铝粉复合材料的制备技术及其在固体推进剂中的应用研究进展,讨论了不同制备技术的优缺点以及复合粒子在应用中存在的技术难题和发展前景。

关键词： 片状铝粉颜料   复合粒子   溶胶凝胶法   液相沉淀法   随角异色  

摘要： 为了使片状铝粉颜料满足水性及粉末涂料的环保要求并增加其颜色多样性,以普通片状铝粉颜料为研究对象,采用液相法研制了铝/二氧化硅(Al/SiO2)、铝/二氧化硅/氧化铁(Al/SiO2/Fe2O3)、铝/二氧化硅/普鲁士蓝(Al/SiO2/PB)三种复合粒子。为了获得包覆物在片状铝粉表面优良的包覆效果,考察了包覆物与底材表面电荷的匹配及表面活性剂的作用,优化了制备过程各主要影响因素,对所制备的复合粒子的分散性、耐腐蚀性及颜色特征等性能进行了表征,最后考察了三种复合粒子在水性及粉末涂料中的应用。 1、溶胶凝胶法制备Al/SiO2复合粒子及其表征。以正硅酸乙酯(TEOS)水解缩合及A1与Si02间静电吸附理论为依据,实验考察了水(nw)、乙二胺(nE)、正硅酸乙酯(nTEOS)及铝(nAl)之间摩尔比的影响,结果表明：nW:nTEOS、nE:nTEOS和nTEOS:nAl的增大有利于提高包覆效率(CE)和包覆率(PC),可增强Al/SiO2复合粒子的耐腐蚀性能,但摩尔比太高会导致片状铝粉间的团聚,影响复合粒子的分散性能;最佳条件为：nw:nTEOS=11.6,nE:nTEOS=5.54×10-2,nTEOS:nAl=6.06×10-2,此时CE值可达到99.6%。包覆前后粒子的中位径分别为16.05和16.20μm,表明复合粒子之间基本无团聚现象;SEM、EDS及FTIR分析表明Al/SiO2复合粒子表面存在一层二氧化硅包覆膜;AFM分析表明二氧化硅包覆层表面均匀平整,平均粗糙度(Ra)仅为3.9nm;BET结果表明表面包覆层结构比较致密,其平均孔径为19.4nm,孔隙率仅为7.52%。 2、表面活性剂在Al/SiO2复合粒子表面的吸附。依据静电引力及疏水力作用原理,考察了三种表面活性剂在Al/SiO2表面的吸附特性,发现十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在Al/SiO2粒子表面的吸附可能是双层吸附,第一层通过静电引力产生吸附,第二层的吸附作用力则是长碳链间的疏水力。Al/SiO2表面对十二烷基硫酸钠(SDS)吸附量很少。壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(PPOP)在不同pH条件下表现出非离子或阴离子表面活性剂的特性,在Al/SiO2粒子表面可能产生多层吸附。通过表面活性剂的吸附可在一定范围内调控Al/SiO2复合粒子表面电性等性能。 3、液相沉淀法制备Al/SiO2/Fe2O3复合粒子及其表征。在Al/SiO2表面进行Fe2O3的包覆过程中,考察了表面活性剂、pH等参数的影响。结果表明：SDS和CTAB对CE有抑制作用,而PPOP能显著提高CE值,并有利于氧化铁在Al/SiO2表面形成均匀的纳米颗粒膜,最佳浓度条件下样品的CE值可达到95.5%。随着反应过程pH值的增大,形成包覆层的氧化铁颗粒粒径呈增大的趋势,会降低金属鳞片动态式指数(FI)。XRD结果表明Al/SiO2/Fe(OH)3表面的颗粒膜是无定型的,450℃锻烧后可转变为α-Fe2O3。锻烧后制得的Al/SiO2/Fe2O3复合粒子,由Al/SiO2的银灰色转变为金黄色,且具有明显的“随角异色”效应。 4、液相沉淀法制备Al/SiO2/PB复合粒子及其表征。实验考察了PB包覆过程的影响因素,发现采用阳离子表面活性剂CTAB对PC及CE具有明显的提升作用,其中CE可达到99.5%,pH值及温度对CE的影响很小。SEM和XRD结果表明包覆层为PB纳米粒子组成的颗粒膜,排列均匀致密,为立方相普鲁士蓝。经PB包覆后,复合粒子表面的平均粗糙度为16.9nm。制备得到的Al/SiO2/PB复合粒子呈蓝色并具有极强的金属光泽,色差仪分析结果表明复合粒子至少在三个角度具有不同的颜色。 5、片状铝粉复合粒子在涂料中的应用。选取某国外产品为参比对象,对制得的三种复合粒子在普通商用水性涂料和粉末涂料中的应用性能进行了系统地对比分析,结果表明：四种复合粒子的储存稳定性均优良,附着力等级达到国家标准1级以上,含Al/SiO2和Al/SiO2/Fe2O3的色板的耐酸碱性能明显好于国外样品。对复合粒子耐腐蚀性能的研究表明,采用pH10的氢氧化钠溶液为腐蚀液可对片状铝粉颜料在水性涂料中的稳定性进行快速定量检测,40℃10天的析氢量小于1ml/g可满足实际水性涂料90天的储存要求,大大缩短了含铝粉颜料的水性涂料稳定性的检测时间。

关键词： 氧化铝陶瓷   机械球磨   矿化剂   烧结  

摘要： 氧化铝陶瓷是以高纯Al2O3为主要原料，以刚玉（α-Al2O3）为主要矿物组成，是一种相当重要的陶瓷材料。由于氧化铝陶瓷具有机械强度高、绝缘电阻大、耐磨、耐高温等优良的性能，使其广泛的应用于电子、化工、军事等领域。氧化铝陶瓷的性能主要取决于其粉体的性能，现阶段世界范围内制备高纯氧化铝陶瓷的材料主要来源于法国BAIKOWSKI、日本往友化学工业和大明化学等公司。他们制备的高纯氧化铝粉体能做到高纯超细、较窄的粒径分布和无硬团聚。国内近几年制备α-Al2O3粉体的方法一般采用溶胶-凝胶法和醇盐水解法等。虽然上述方法在微量杂质元素方面实现了突破，但还存在成本高、工艺路线复杂、获得粉体的粒度分布宽及易团聚等问题。因而，对粉体性能的研究成为人们研究的热点。 机械球磨法成本较低，产量较大，制备工艺简单一直以来是人们常用的制备α-Al2O3粉体的方法。但由于其得到产品粒径及纯度不够，粒度分布较宽，粒子容易氧化变形等缺点，使得最终氧化铝陶瓷的性能不理想。本文讨论了球磨时间、分散剂用量、矿化剂、预烧温度等因素对α-Al2O3粉体性能的影响。通过SEM和粒度分析等检测手段对粉体样品进行了分析和表征。结果表明：选择合适的球磨时间及分散剂用量，可以获得平均粒度<4μm、粒度分布较窄、分散性较好的α-Al2O3粉体；且通过控制矿化剂的加入量，可以获得不同形貌的α-Al2O3粉体。 本文对粉体进行了改性研究，并采用干压成型的方法，烧结采用常压烧结和液相烧结两种方式。研究了成型过程中压力及粉体烧结的温度对产品致密性能的影响，并对烧结过程的动力学进行了分析。结果表明：在烧结初期以晶粒的生长发育为主；烧结中后期以表面扩散和晶粒生长为主。

关键词： 高浓度   铝酸钠溶液   超细氢氧化铝   制备   碱含量  

摘要： 超细氢氧化铝是一种应用广泛的无机化工原料,相较于冶金级氢氧化铝,其附加值高、利润较大,有着良好的发展前景。目前国内外主要基于低浓度铝酸钠溶液通过种分法或碳分法制备超细氢氧化铝,成本高、产出率低。我国类似产品与国外相比,主要存在粒度分布不均匀、颗粒形貌不规整、杂质含量较高等问题。为此,本论文利用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、全自动色差计等测试手段,对以我国拜耳法处理一水硬铝石的高浓度铝酸钠溶液为原料种分制备高白超细氢氧化铝粉的过程进行了较系统的研究,通过实验确定了种分制备高白超细氢氧化铝粉的工艺条件。研究结果表明： (1)研究了温度、晶种类型、原液成分、杂质等因素对制备超细氢氧化铝过程分解率、产品形貌、粒度及纯度的影响。结果表明,晶种制备段温度越低,晶种粒度越小,种分产品粒度也越小；新鲜晶种种分产品粒度分布均匀性差、形貌不好,以老化晶种和产品作晶种的种分产品形貌好,粒度分布均匀；分解原液越纯净,浓度越低,种分分解率越高,种分产品形貌越规整、纯度越高；母液中Na2C03、Na2SO4、SiO2杂质使分解率降低,Si02还会使产品粒径变细； (2)净化处理后的工厂铝酸钠溶液,添加晶种引发剂制得合适晶种进行晶种分解,种分温度45-60℃,分解时间40-60h,粉体经充分洗涤至洗水pH<10。所得种分产品呈片状,平均粒径1-2μm,白度达98%,产品中Fe2O3、SiO2含量<0.03%,Na2O含量≤0.3%； (3)探讨了晶种及产品中Na2O的存在形态和变化规律,结果表明,晶种和产品中以钠硅渣形式存在的碱极少,降低晶种制备段晶种引发剂添加量、提高晶种制备温度可降低晶种碱含量；种分产品中碱含量随种分过程进行逐渐减少,提高分解初温,控制种分初期分解速度可有效降低种分产品中的Na20含量。

关键词： 氮化铝粉末   直接氮化法   添加剂   抗水解  

摘要： 氮化铝(AlN)是一种新型功能陶瓷材料,具有良好的热传导性能、可靠的电绝缘性能、较低的介电损耗和介电常数、以及与硅相接近的热膨胀系数等一系列优良特性。 目前,氮化铝粉末的主要制备方法有：氧化铝粉碳热还原法、铝粉直接氮化法和自蔓延高温合成法。其中铝粉直接氮化法具有工艺简单和制备成本低的优点。本论文对传统的直接氮化法工艺进行了改进,首先制备出含添加剂的混合粉末,然后将混合粉末放入氧化铝坩埚中,装入管式炉内,氮气流量0.1L/min,升温速度控制为10℃/min,升温至800-1200℃,保温时间1-4h,然后在流动氮气下随炉冷却至室温,得到多孔疏松状氮化铝粉末团块。 通过对纯铝粉和混有50wt%NH4Cl的前驱体粉末进行DSC分析,发现加入NH4Cl后铝粉的氮化温度下降了195℃。这主要是由于在较低的温度下NH4Cl分解使铝粉呈多孔蓬松状态,有利于氮气的扩散渗透。其次,NH4Cl分解后生成的HCl破坏了铝粉表面的氧化膜,暴露出新鲜的铝基体,使其可以在较低温度下接触到N2,进而能在较低温度下被氮化。但是单纯加入NH4Cl作为添加剂并不能促使铝粉完全氮化,产物中还有大量的单质铝存在。造成这一结果的主要原因是：NH4Cl的分解温度远低于铝粉的氮化温度,铝粉开始氮化时,NH4Cl已基本已分解完全。当氮化反应开始后,首先会在熔融铝颗粒表面生成一层很薄的致密氮化铝膜,这层氮化铝膜会阻碍N2向颗粒内部的扩散,最终影响了产物中的氮含量。 在添加剂中加入一定量的KCl后可以进一步提高合成产物的氮含量,这说明KCl在高温下对N：向熔融铝颗粒内部的扩散起到了促进作用。这是因为当前躯体粉末开始开始氮化时,KCl蒸发产生的蒸汽使熔化铝颗粒呈现多孔状,增大了其与N2的接触面积,同时KCl的蒸发会破坏铝颗粒表面的氮化铝膜,使得N2能够扩散进入铝颗粒内部进行氮化。 研究表明同时使用NH4C1\KCl作为添加剂能够制备出氮含量较高的氮化铝。但随添加剂用量的增加,合成产物中的氧含量也会随之增加,综合考虑合成产物中的氮、氧含量,前驱体粉末中添加剂的含量控制在40～50%之间较为合适,添加剂成分为NH4Cl:KCl=0.7:0.3(质量比)。采用ICP对合成产物中的K含量进行测定,采用XRF对合成产物的C1元素进行测定,结果表明NH4Cl/KCl是低残留添加剂,且随反应温度升高,其残留量进一步下降。在最终产物中C1的残留量低于0.3%,K的残留量低于0.1%。 对合成产物进行SEM观察,发现合成产物中存在着一些直径1至2微米,长度几十至几百微米的羊毛状物体。对其进行EDX分析,结果表明羊毛状物体为A1N晶须。这说明加入添加剂的铝粉采用直接氮化法可以制备出A1N晶须,但A1N晶须并不是合成产物的主要存在形态,产物中有少量细小而均匀的A1N晶须,也有大量粒度不同的A1N颗粒。 本论文还研究了反应温度和保温时间对氮化产物的影响,结果表明提高反应温度、延长保温时间可以提高合成产物的氮含量。综合考虑能耗、产物氮含量、氧含量、添加剂残留量等因素影响,铝粉直接氮化法的合理制备工艺参数为：添加剂的配方为NH4Cl:KCl=0.7:0.3(质量比)。铝粉+添加剂(40～60wt%)球磨混合24小时后,混合粉末在流动氮气气氛下1000℃保温3小时,随炉冷却得到多孔疏松粉末团块。 对多孔产物进行球磨处理24小时后的得到氮化铝粉末,对氮化铝粉末的相关性能进行测定,结果如下：粉末颜色呈淡灰色,平均粒径D50为2.2μm,比表面积为1.3m2/g,松装密度为0.44g/cm3。粉末氮含量大于32%,氧含量小于1.5%。本次实验制备的氮化铝粉末主要性能指标满足中华人民共和国军用标准(SJ20637-97)电子陶瓷用氮化铝粉规范中1级氮化铝粉的相关指标。 氮化铝粉末在空气中极易吸潮水解,从而造成粉末氧含量上升,氮含量下降。本论文对氮化铝粉末的水解机理进行了初步分析,并进行了相关热力学计算。热力学计算结果表明,氮化铝粉末极易在空气中与H20发生水解反应,水解产物以AlOOH和Al(OH)3为主,同时放出NH3。本论文采用了热处理法对氮化铝粉末进行表面改性,该方法虽然可以在一定程度上抑制氮化铝粉末的水解反应,但经过热处理后的氮化铝粉末氧含量也有了明显提高。在铝粉直接氮化法的降温阶段通入空气进行冷却,可以起到和氮化铝粉末900℃热处理后相同的抗水解作用,并且这种方法降低了能耗,提高了效率。

关键词： 高铝粉煤灰   碱溶法   氢氧化铝  

摘要： 实验研究了采用两步碱溶法从高铝粉煤灰中提取氢氧化铝的可行性。首先采用浓度为8 mol/L的NaOH溶液,在95℃的条件下溶出高铝粉煤灰中部分非晶态SiO2;所得脱硅粉煤灰再与适量CaO混合均匀,在260~280℃下以浓度18~20 mol/L的NaOH溶液溶出Al2O3,得到高苛性比的铝酸钠溶液;经降低苛性比、脱硅和碳酸化分解,制得氢氧化铝制品。化学成分分析结果表明,该氢氧化铝制品符合GB/T 4294-1997规定的一级标准。与其他从高铝粉煤灰中提取氧化铝的工艺相比,该方法避免了粉煤灰原料的高温烧结过程,生产能耗显著降低,加工过程的环境相容性良好。

关键词： 片状铝粉   表面包覆   氧化铁   彩度   光泽度  

摘要： 采用分步液相沉积法在片状铝粉表面包覆SiO2与Fe2O3双层薄膜制备了具有金属光泽的彩色铝粉，以彩度与光泽度为主要评价指标，探讨Fe203用量与pH值对铝粉包覆效果的影响，利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段对包覆前后的铝粉进行表征。结果表明：当SiO：包覆量为20％（质量分数）时，随着Fe203膜厚的增加，铝粉颜色由浅黄→金黄→红黄过渡，光泽度下降；当m（Fe203）：m（SiO2）：m（A1）=0．75：0．2：1时，铝粉具有良好的彩度与光泽度，铝粉表面粗糙度由5．05nm增大到20．6nm；反应过程pH值对Fe2O3包覆效果有重要影响，pH值宜控制在3．9～4．0；表面活性剂PVP的加入有利于提高Fe20，膜层与Si02和Al基体的结合力，从而提高颜色稳定性。

关键词： 氮化铝   纳米线   直接氮化法   金属催化  

摘要： 用金属镁(Mg)作催化剂,氮气和铝块为反应物,采用直接氮化法制备出氮化铝(AlN)粉末样品。运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对样品进行结构特性分析发现,AlN样品为纯六方相结构,呈现纳米线堆积形貌,纳米线直径约60nm,且尺寸均匀。拉曼散射光谱峰值较单晶AlN向低波数方向移动,表明此方法制备的AlN纳米线存在表面拉应力。