关键词： 铝粉   石墨烯   燃烧性能   燃烧效率  

摘要： 为了考察石墨烯包覆对微米铝粉燃烧性能的影响规律,利用氧化还原法制备少层还原石墨烯,并采用原位还原法制备石墨烯复合铝粉,用XRD、SEM、XPS、氧弹量热法等手段分析石墨烯对铝粉的包覆效果,比较了铝粉和复合铝粉的燃烧效率。结果表明:5 nm石墨烯包覆层的铝粉较纯铝粉表现出更优异的燃烧性能,质量燃烧热为24532 J/g,燃烧效率达到80.32%,远超纯铝粉的63.31%。基于对复合铝粉燃烧产物的表征结果,对石墨烯影响铝粉燃烧性能的机理作出了合理推测,认为石墨烯的导热性和较大的比表面积加速了铝粒子的热量传导,提升了活性铝粒子的反应参与度。

关键词： 包膜铝粉   低发射率   隔热涂层   红外隐身  

摘要： 针对车辆等装备的低温热源部位红外隐身受限于红外特性屏蔽与可见光隐身特性兼容的难点,提出了一种基于包膜铝粉技术的低明度低发射率涂层制备方法。首先,利用油酸刻蚀包膜铝粉,显著降低了铝粉的明度,同时不影响其发射率性能;然后,利用包膜铝粉与玻璃微珠、红外透明颜料、树脂等相结合,成功制备了明度低于38、8~12μm发射率低于0.48的红外隐身涂层,并将该涂层应用于车辆轮毂以及舰船模型的喷涂。结果表明:该方法所制备的涂层在显著降低目标亮度的同时,还能有效屏蔽目标的红外辐射特性,达到良好的光学与红外兼容隐身效果,可用于车辆等装备的低温热源部位红外隐身。

关键词： 铝粉   片状   球状   包覆改性   水性涂料   贮存稳定性  

摘要： 以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法制备了应用于水性涂料体系的SiO_(2)包覆改性铝粉,通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和析氢试验对改性铝粉的表面形貌、成分和在水性涂料中的稳定性进行表征,通过长期贮存试验和电化学测量技术考察了含铝粉涂层的贮存稳定性和耐蚀性。结果表明:改性铝粉表面形成了致密的SiO_(2)保护膜,而球状铝粉的包覆效果要好于片状铝粉。经50℃析氢试验100 h后,1 000目和2 000目的改性球状铝粉的析氢量较改性前下降了99%以上。以改性球状铝粉制备的水性涂料放置6个月后状态良好,其涂层与含未包覆铝粉的涂层相比具有更好的耐蚀性。

关键词： 高性能铝粉   彩色铝颜料   包覆改性   复合材料   耐碱性  

摘要： 片状铝粉因其强烈的金属光泽和闪光视觉感成为应用最广泛的金属颜料,高性能的铝颜料在各个领域深受欢迎。随着社会的发展,单一的纯银色耐腐蚀铝颜料已经逐渐满足不了环保的高要求以及人们的审美观念,高性能铝粉颜料,例如彩色铝颜料,是各个领域迫切需求的。在本文中,我们通过对铝粉的表面着色化、功能化结构构筑设计,从三类不同类型的颜料出发,制备了三种高性能铝粉。论文主要包括以下几个部分:（一）设计了一种无机-有机杂化包覆的高性能彩色铝粉。以片状铝粉、硫代乙酰胺（TAA）和五水四氯化锡（5H2O·Sn Cl4）为原料,通过一步溶剂热法在铝粉表面生长二硫化锡,制备了一种高闪光性的金色铝粉。采用原位聚合法在金色铝粉上包覆了一层由三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）和甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）形成的含氟聚合物膜,制备了无机颜料着色-有机含氟膜封装的高性能铝粉。硫源是二硫化锡片层生长的关键,反应条件可以改变二硫化锡生长的状态及片层间隙,从而改变样品的颜色。FESEM、EDS、XPS等结果证明了杂化包覆的高性能铝粉成功制备。制备的金色铝粉色彩鲜艳,光泽度优异;杂化包覆型铝粉耐碱性优异,能抵御5 wt%碱液的侵蚀,对基材有很好的保护作用。（二）设计了一种色彩鲜艳的乙烯基砜型活性染料封装的高性能水性彩色铝粉。采用溶胶-凝胶法,利用乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）作为改性剂,在片状铝粉表面引入了乙烯基改性层。活性蓝19（RB-19）作为典型的乙烯基砜型活性染料,在铝粉表面发生聚合反应,得到RB-19封装的高性能水性彩色铝粉。优化了最佳制备条件,反应条件可以调控最终样品的颜色。FESEM、TEM、XPS等测试结果证实了乙烯基改性层和染料层的存在。RB-19在铝粉表面呈针织花样结构,染料层致密均匀,赋予了铝粉表面润湿性及耐腐蚀性能。制备的高性能铝粉色彩鲜艳,耐碱性优异,72 h内在5 wt%碱液中没有析氢行为。（三）设计了一种化学性质稳定的色彩鲜艳的有机颜料着色的彩色铝粉。采用聚苯乙烯磺酸钠（PSS）作为分散改性试剂,通过球磨机的作用力,对喹吖啶酮红、酞菁蓝等有机颜料表面富集阴离子,然后通过铜离子将分散改性的有机颜料锚定在铝粉表面,制备出颜色鲜艳的彩色铝粉。通过粒径分析优化最佳有机颜料改性条件,有机颜料在醇水体系中分散粒径降低至650 nm左右。FESEM、XPS等测试结果证实了该方法可以使得鲜艳的有机颜料着色在铝粉表面。所制备的彩色铝粉色彩鲜艳,光泽度好,装饰效果优异。

关键词： 氮化铝粉体   纳米级碳黑   有机分散剂   碳热还原法   分散作用  

摘要： 氮化铝（AlN）作为第三代半导体材料，具有优异的热学、力学和电学性能，比如高的热导率、低的介电常数、与Si、GaAs相匹配的热膨胀系数、化学稳定性好、较低的密度、电绝缘性好以及环保无毒等，因此，被广泛应用于封装材料、基体材料和结构材料等领域。　　本文使用超细氧化铝粉作为铝源和纳米级碳黑作为碳源，采用碳热还原法制备氮化铝粉体，通过测量粘度、SEM、粒度、XRD、氧含量、光学接触角等，研究了蓖麻油（CTO）、三油酸甘油酯（GTO）、聚乙烯醇（PVA）及聚乙烯吡咯烷酮（PVP）有机分散剂对碳热还原法制备氮化铝粉体性质的影响及分散作用机理，获得的主要结果如下：　　在水介质体系中未添加分散剂情况下，通过调整碳热还原合成温度和保温时间可以得到单一氮化铝相，但产物团聚较为严重。当合成温度为1600℃，保温时间为4h，得到的氮化产物氧含量低于1.5wt.%。　　与乙醇介质体系中不加分散剂相比，添加1-5wt.%CTO对氧化铝/碳黑/乙醇体系球磨后浆料的粘度无明显改善。当CTO添加量为1wt.%时，相对于乙醇体系中不加分散剂样品，氮化产物颗粒中位径由3.72μm降低为3.59μm，2μm以下一次粒子占比由28.07%增加为28.69%，产物分散稍有改善。然而，当CTO添加量在2-5wt.%时，产物颗粒之间的团聚变得严重。当加入1-6wt.%GTO时，随GTO添加量增加，球磨后浆料粘度降低，流动性变好。与添加1wt.%CTO相比，添加6wt.%的GTO后得到的氮化产物颗粒中位径由3.59μm降低为3.30μm，2μm以下一次粒子占比由28.69%增加为31.86%。因此，同样作为油脂类分散体系，GTO分散效果优于CTO。　　添加PVA对球磨后浆料的粘度有明显影响。当PVA添加量在3-4.75wt.%变化时，氧化铝/碳黑浆料粘度逐渐降低，当PVA添加量在5-6wt.%变化时，粘度反而增加。另外还发现，当PVA添加量在4-6wt.%变化时，球磨浆料中产生大量细密气孔，该气孔可保留至干燥后的粉块中。PVA的加入一方面可显著降低球磨氧化铝/碳黑/水浆料粘度，另一方面氧化铝/碳黑粉体干燥后呈现疏松多孔的堆积结构，这不但改善了氧化铝/碳黑的分散，而且增加了氮气与氧化铝/碳黑颗粒的接触面积，有利于碳热还原反应的进行。通过优化PVA添加量至4.75wt.%，最终合成得到的氮化铝产物颗粒中位径为2.98μm，2μm以下一次粒子占比为34.89%。　　PVP对氧化铝/碳黑的分散效果优于CTO、GTO和PVA。PVP添加量、料水比变化会影响氮化产物的粒度分布和2μm以下一次粒子占比。在无水乙醇分散介质中，当料醇比为1:4、PVP添加量为6wt.%时得到的氮化产物颗粒最细，中位径为2.35μm，2μm以下一次粒子占比达到43.48%;在去离子水分散介质中，料水比为1:4、PVP添加量为6wt.%时得到的氮化产物颗粒最细，中位径为2.61μm，2μm以下一次粒子占比达到39.03%;降低料水比至1:5，得到的氮化产物颗粒中位径降低为2.40μm，2μm以下一次粒子占比提高至43.07%。在6wt.%PVP添加量时，料水比为1:5的水分散介质体系与料醇比为1:4的乙醇分散介质体系具有相似的分散效果。　　在水或乙醇介质体系中加入PVP，通过改善超细氧化铝/碳黑的分散从而提高了最终碳热还原氮化铝产物颗粒的分散，其作用机制为：（1）显著提高了溶液对疏水纳米碳黑粉体的润湿性，有利于溶液向团聚的碳黑粉体颗粒之间渗透;（2）改善了碳黑粉体在溶液中的悬浮与分散;（3）降低了球磨过程中氧化铝/碳黑浆料的粘度，在同样的球磨工艺条件下，氧化铝/碳黑颗粒之间的分散更加充分。　　在合成温度为1600℃，保温时间为4h条件下，添加0-5wt.%CTO、1-6wt.%GTO、3-6wt.%PVA和2-10wt.%PVP对最终氮化铝相的生成没有不利影响，均可生成单一相氮化铝，然而，采用PVP作分散剂，获得氮化铝产物的氧含量更低。

关键词： 球形氧化铝   溶胶-凝胶法   喷雾干燥法   水热法   球磨-射频等离子体法  

摘要： 氧化铝因其具有众多的性能,使得氧化铝在各种工业领域等方面都有着一定的应用,这些领域对氧化铝粉体材料的要求与其形状和粒度的大小密切相关。而球形氧化铝是氧化铝众多形貌当中的一种,在无机粉体领域有着至关重要的作用。球形氧化铝作为一种无机粉体材料,在化工应用方面,有着更加广阔的发展前景。因此制备平均粒径小,产物颗粒均匀,球形形貌好的氧化铝粉体具有重要的研究意义。本文采用了溶胶凝胶-喷雾干燥法、水热法以及球磨-射频等离子体法三种方法制备了球形氧化铝粉体。模拟了α-Al2O3的相关性质,分析了前驱体之间的能带及态密度、布居分析、折射率、反射率、复数介电函数等之间的差异性,并对其进行研究。实验内容及研究结果如下:以Al（NO3）3·9H2O为原料,氨水为沉淀剂,利用溶胶凝胶-喷雾干燥法制备出了球形氧化铝的前驱体,并探讨了前驱体不同煅烧温度对产物的影响。探究发现当原料的浓度不超过0.2 mol/L,反应时间为2 h,分散剂为十二烷基硫酸钠时,再将反应温度升高到80℃,溶液pH值为8.8,氨水滴加用量为50 mL时氧化铝前驱体的分散效果较好,将其所制得的球形前驱体产物进行煅烧时,发现煅烧温度之后的产物在球形形貌上基本无变化。以Al2（SO4）3·18H2O为原料,沉淀剂选用氢氧化钠,利用水热法制备出氧化铝产物的前驱体,探究发现,当原料与沉淀剂的配比为1:2,水热时间为4 h,水热温度为120℃-140℃时制得的产物颗粒前驱体,随着溶液pH值的增大,NaAlO2·1.25H2O开始转变为Na9[Al（OH）6]2（OH）3·6H2O。经过煅烧后制备出的氧化铝粉体颗粒的球形度较差,产物的形貌呈类球形形状。以工业级氧化铝为原料,将传统的球磨法与近年来热门的射频等离子体法相结合制备了球形度较高,且粒径范围在1-100μm之间的氧化铝粉体。当原料与玛瑙球之比为1:7,球磨机的运转速度为600 r/min,球磨粉体时间为90 min时,再经由射频等离子体设备对球磨后的产品进行球化,当送粉速率为2 g/min,内气流量为1-2 L/min以及系统压力为95 kPa时,此时可以制备出晶型更为完整并具有较高球形度的氧化铝粉体。制备氧化铝粉体材料的过程中,会制备出不同种类的氧化铝前驱体,不同前驱体的性能会有所差异,于是使用Material studio中的CASTEP模块对不同前驱体的电子结构与光学性质的差异性进行分析。可以通过探究能带、态密度以及键布居值等不同方面来反映出不同氧化铝前驱体晶体微观结构的差异性。不同前驱体晶体结构的稳定性顺为:β1-Al（OH）3<β2-Al（OH）3<α-AlO（OH）<γ-AlO（OH）;并通过光学性质发现其光敏感性顺序为:α-AlO（OH）<β2-Al（OH）3<β1-Al（OH）3<γ-AlO（OH）。

关键词： 尿素铝配合物   氧化铝粉体   吸附   低温  

摘要： 氧化铝纳米材料的优良性能使其具有广泛的应用,如:催化剂载体、吸附剂、陶瓷和磨料等。氧化铝晶型通常应用最广泛的是α-AlO和γ-AlO,其中γ-AlO的比表面积较高,被广泛应用于大分子染料和离子吸附分离中。采用传统方法制备γ-AlO的比表面积相对较低(<250 m?g),孔径分布较宽,并且高温下容易转变为α-AlO稳定相,这限制了其催化和吸附应用。与γ-AlO相比,α-AlO的传统合成方法所需要的温度更高（>1200℃）。然而,高温极易造成α-AlO粒子团聚。降低α-AlO晶型转化温度、减少颗粒接触机会是克服团聚的重要方法,所以低温合成是有效的解决方法之一。γ-Al O（OH）作为γ-AlO的前驱体,通常具有较高比表面积,也可以将其运用到吸附领域。故此本文以尿素铝为前驱物,以直接热分解法制得了单晶α-AlO,采用溶剂热法在低温下成功制备出了高比表面积的γ-AlO纳米粒子,采用水热法制得了γ-Al O（OH）粉体。利用X-射线衍射分析（XRD）、差热-气相色谱-质谱联用仪（TG-GCMS）、N吸附-脱附及孔径分布分析（BET、BJH）、扫描电镜分析（SEM）、透射电镜分析（TEM）、等电点等手段对这些粉体进行了表征。结果表明,在550℃下制得了平均晶粒尺寸为47.3 nm的六方形单晶α-AlO,其比表面积、孔容和最可几孔径分别为0.9 m?g、0.023 cm?g和3.8 nm。300℃下制得了平均晶粒尺寸为2.6 nm的γ-AlO,其比表面积、孔容和最可几孔径分别为601.0 m?g、0.936cm?g和3.4 nm。150℃下制得了平均晶粒尺寸为9.80 nm的棒状γ-Al O（OH）,其比表面积、孔容和最可几孔径分别为83.0 m?g、1.193 cm?g和3.8 nm。以所制备的三种样品分别对实验室模拟含氟地下水溶液进行吸附,探究了时间、吸附剂用量、溶液p H、溶液初始浓度、温度和共存离子对氟离子吸附的影响,得出了最佳吸附条件,同时也探究了三种样品对氟离子的吸附动力学、吸附等温模型。由实验结果总结可知:（1）α-AlO吸附剂对氟离子的吸附率很低,在吸附剂用量为0.2 g,吸附60 min后,对浓度为10 mg·L的氟离子溶液的吸附率还未达到20%。p H值对α-AlO的影响较大,在酸性条件下α-AlO对氟离子的吸附率最高。通过拟合得出:α-AlO对氟离子的吸附符合准一级动力学模型。其吸附等温线符合Langmuir吸附模型,为单分子层吸附,极限吸附量为1.9mg·g。（2）γ-AlO吸附剂吸附氟离子的最佳吸附条件为:吸附剂用量0.05 g,吸附时间30 min,不调节p H值。在最佳条件下,吸附率达到了93.6%,将浓度为10 mg·L的模拟氟离子废水的浓度降低到国家标准允许值(<1.0 mg·L)。并且γ-AlO对氟离子的吸附为吸热反应。通过拟合得出,γ-AlO对氟离子的吸附符合准二级动力学模型,为化学吸附,吸附等温线符合Freundlich吸附模型,为多分子层吸附,极限吸附量为10.9mg·g。（3）γ-Al O（OH）对氟离子的最佳吸附条件为:吸附剂用量0.1 g,吸附时间30 min,不调节p H值,此时对浓度为10 mg·L的氟离子溶液的吸附率达到94.2%。γ-Al O（OH）对氟离子的吸附符合准二级动力学模型,为化学吸附。吸附等温线符合Langmuir吸附模型,为单分子层吸附,极限吸附量为5.2 mg·g。（4）将三种吸附剂对氟离子的吸附性能进行对比,得出结论:吸附量大小顺序为:α-AlO<γ-Al O（OH）<γ-AlO,说明比表面积大小决定了吸附性能,比表面积越大,吸附性能越好。

关键词： 二次铝灰   硫酸铵焙烧   氢氧化钠焙烧   水热合成法   氮化铝  

摘要： 二次铝灰是铝生产过程中排放的危险废弃物,具有环境危害严重、安全处置成本高、资源化利用率低等问题,目前没有经济、高效的回收处理工艺。本研究对二次铝灰进行水洗预处理,优先除去可溶性盐类（氯化物、氟化物）和氮化铝。然后对水洗渣采用硫酸铵焙烧-水浸法和氢氧化钠焙烧-水浸法回收铝,并通过比较得出有利于二次铝灰中铝的高效提取工艺。同时以二次铝灰中提取的氧化铝为原料,采用水热合成法制备氮化铝前驱体,碳热还原法制备氮化铝粉末。主要研究结果如下:（1）硫酸铵焙烧-水浸法是利用二次铝灰中铝及其化合物与硫酸铵在低温下焙烧转型为硫酸铝铵,通过水浸实现铝的提取。在最佳反应条件下:焙烧温度为425℃、m（硫酸铵）/m（水洗渣）为6:1、焙烧时间为90 min、浸出温度为60℃、浸出时间为90 min、液固比为8（mL/g）,Al、Ca、Mg、Si和Fe的浸出率分别为82.01%、36.46%、69.78%、1.76%和48.06%。采用冷却结晶从硫酸铵焙烧水浸液中制备硫酸铝铵晶体,利用搅拌的方式加快结晶速度。硫酸铝铵晶体经煅烧后的产品中Al2O3纯度达98.36%,杂质金属含量低于0.7%。（2）氢氧化钠焙烧-水浸法是利用二次铝灰中铝及其化合物与氢氧化钠在高温下生成易溶于水的偏铝酸钠,然后通过水浸方式实现铝的提取。在最佳条件下:焙烧温度为700℃、m（氢氧化钠）/m（水洗渣）为1.2:1、焙烧时间为60 min、浸出温度为60℃、浸出时间为60 min、液固比为15,Al、Ca、Mg、Si和Fe的浸出率分别为93.63%、0.25%、0.03%、25.77%和0.16%。采用氧化钙对氢氧化钠焙烧水浸液进行脱硅处理,脱硅率最高达98.82%,铝的损失率达26.81%。将脱硅后的溶液通过调节pH至7-8制备氢氧化铝,铝的沉淀率达99.96%。氢氧化铝经煅烧后的产品中,Al2O3的纯度达99.41%,杂质金属含量低于0.06%。（3）以氢氧化钠焙烧-水浸法从铝灰中提取的Al2O3为原料,以葡萄糖为碳源,采用水热合成法制备氮化铝前驱体。考察了葡萄糖与氧化铝质量比（C/A,g/g）、表面活性剂（CTAB）用量(m（CTAB）/m（Al2O3）,wt%)等工艺条件,将所制备的氮化铝前驱体在反应温度为1973 K、压力为9.5×10～4 Pa的条件下进行碳热还原氮化制备氮化铝粉末。结果表明,在葡萄糖与氧化铝的质量比为3:1和CTAB用量为2.4%条件下,氮化铝粉末纯度较高。其中杂质元素C、O、Ca、Fe、Si的含量为0.0422%、0.3040%、0.0163%、0.0095%、0.0055%。氮化铝的粒径分布为D10=0.364μm、D50=0.923μm、D90=3.047μm。

关键词： 硬脂酸   复合铝粉   溶液共混法   耐腐蚀性   抗吸湿性   声光性能  

摘要： 雾化铝粉是一种高能金属燃料,广泛应用于推进剂、可燃剂、发光剂等领域。为防止雾化铝粉氧化及吸水团聚,本研究以硬脂酸(Stearic Acid, SA)为包覆剂,通过溶液共混法对雾化铝粉进行表面包覆处理,制备了复合铝粉(SA/Al),并对复合铝粉的耐腐蚀及抗吸湿性能进行了测试。在此基础上,采用复合铝粉制备了声光剂,并测试了其安定性及声光性能。结果表明,硬脂酸可对铝粉实现有效包覆,所得复合铝粉的耐腐蚀性、抗吸湿性均有显著提高;以复合铝粉制备的声光剂声光性能有所提高,安定性良好,其中8%SA/Al的综合性能最优,其吸湿性的数值为0.021 9%,仅为原料铝粉的1/60;1.5 m处声压级为179.27 dB,较原料铝粉提高了1.7 dB;发光强度为0.95×10～7 Cd,与原料铝粉持平。