含钛电炉熔分渣浸出废液合成莫来石晶须及热稳定性研究

通过共沉淀-熔盐法成功地用含钛电炉熔分渣浸出废液制备出了高附加值的莫来石晶须.通过对反应原料Al/Si(摩尔比)、煅烧温度、保温时间等因素的系统研究,确定了合成莫来石晶须的最佳条件,即在Al/Si为3,煅烧温度为950℃,保温时间为5h条件下,制备出了结晶性好、尺寸均一及热稳定性能较好的莫来石晶须,其直径在20～150 nm,长度在0.5～1.5 μm,长径比大于10,莫来石晶体的生长方向平行于[001]方向,沿c轴方向生长.在最优条件下制备出的晶须能在较宽的范围内(室温～ 1000℃)下保持较好的热稳定性.     

硫酸钾熔盐法微硅粉制备莫来石晶须研究

以微硅粉和Al2(SO4)3为反应物料,硫酸钾为熔盐介质,分别在800℃、900℃、1000℃和1100℃下煅烧并保温1h,溶解、过滤、烘干后得到白色疏松状莫来石粉体.利用XRD和SEM对合成粉体进行物相分析和显微形貌观察.结果表明:1000℃为合成莫来石最佳温度,合成的莫来石晶须直径为0.1 ～0.8 μm,长度为4～5 μm.同时对莫来石晶须的形成机理进行了探讨.     

利用玻纤厂烟气脱氟副产物合成莫来石晶须

以氢氧化铝和二氧化硅为莫来石前驱体,玻纤厂烟气脱氟副产物作为助剂合成莫来石晶须。采用了X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了热处理温度和助剂含量等对莫来石晶须合成的影响。结果表明助剂的加入对莫来石的合成有显著的促进作用,当助剂添加量为5wt%时,莫来石化的开始和完成温度和文献报道相比分别降低了约100℃和300℃,并且莫来石晶粒为晶须形貌。助剂含量为5wt%的样品在1400℃热处理两小时制备的莫来石晶须的长径比可达20。     

硅修饰膨胀石墨对铝碳耐火材料显微结构与力学性能的影响

首先在埋碳气氛1100～1300℃下热处理单质硅和膨胀石墨的混合物,制备硅修饰膨胀石墨,后将其引入到铝碳耐火材料中,研究了添加硅修饰膨胀石墨对材料显微结构和力学性能的影响.结果表明,当热处理温度由1100℃升高至1200℃,膨胀石墨表面原位生成β-SiC晶须数量逐渐增多,长径比增加;当热处理温度为1300℃时,膨胀石墨自身发生结构蚀变形成碳化硅晶须,同时其表面生成了长径比更大的β-SiC晶须和少量的方石英、β-Si3N4及Si2N2O等陶瓷相.在铝碳材料中引入硅修饰膨胀石墨时,其对材料力学性能产生显著的影响.对于800～1000℃处理的铝碳材料,引入低温处理(1100 ～ 1200℃)的硅修饰膨胀石墨能够显著提高材料的力学性能;而对于1200～ 1400℃处理的铝碳材料,引入硅修饰膨胀石墨,不利于改善铝碳耐火材料的力学性能.     

原位生长莫来石增强磷酸铬铝复相陶瓷的制备及性能

以磷酸铬铝粘接剂、熔融石英、氢氧化铝为原料制备莫来石原位增强磷酸铬铝复相陶瓷,采用热分析、XRD、SEM、EDS、矢量网络分析测试等手段,研究不同温度对烧结体物相、显微结构、机械及介电性能的影响,并探讨莫来石原位生长和增强机理.结果表明:在1250 ～ 1500℃范围内,随温度升高,材料的致密度、抗弯强度、维氏硬度和介电常数均升高.1500℃煅烧可得致密的原位合成莫来石/磷酸铬铝复相陶瓷,材料晶粒发育比较完善,短棒状莫来石和球状磷酸铬铝晶粒清晰可见,基体致密程度受游离SiO2控制.复合材料介电常数、弯曲强度、维氏硬度分别达到3.7、117 MPa和5.3 GPa.当煅烧至1600℃时,晶粒快速长大,材料的强度降低.磷酸铬铝与莫来石颗粒间通过弥散强化、细晶强化、晶粒拔出等机制对复合材料起到增强的作用.     

Ti-Al-Nb2O5系原位合成Al2O3晶须的形成机理分析

本文研究了以粉埋法原位合成的Al2O3晶须的形态和反应过程以及晶须的生长机理.通过物相测试表明产物由Al2O3、TiAl3、NbAl3和少量的AlN相组成,SEM结合EDS分析表明原位合成了直径小于100nm的Al2O3晶须,晶须呈棉絮状分布于基体交界处.基于铝的过剩,TiAl3相是Ti-Al界面的唯一产物.Ti与O2以反应时间短的动力学势优先形成的TinOm中间产物是Al2O3晶须生成的控制步骤.Nb2O5与铝液的双效复合催化作用,提高了晶须的生成速率;同时Al的用量因AlN的生成而减小,导致生成晶须的催化活性点减小,而扩散到每个活性点周围的TinOm及Nb2O5浓度增加,导致晶须分布密而均匀.Al2O3晶核在催化剂的作用下以螺旋位错生长形成长径比较为理想的Al2O3晶须.     

熔盐法制备针状莫来石晶体的研究

本文采用Al2(SO4)3·18H2O和SiO2为原料,以K2SO4,Na2SO4为熔盐,用熔盐法合成了针状莫来石晶体.研究了不同合成温度、熔盐用量和保温时间对合成莫来石晶体的影响,分析了熔盐法合成针状莫来石的反应机理.研究结果表明:以K2SO4为熔盐,熔盐与反应物总量质量比为1: 1,合成温度为1000 ℃,保温时间为3 h时可以合成针状莫来石晶体,针状莫来石的生成符合L-S液固生长机理.     

合成温度对碳热还原法合成碳化硅晶须形貌的影响

以SiO2微粉为硅源,炭黑为碳源,氧化硼为催化剂,采用碳热还原法分别在1500 ℃、1550 ℃、1600 ℃制备了SiC晶须.通过扫描电镜,电子探针和透射电镜等分析手段,研究了合成温度对SiC晶须形貌的影响,探讨了晶须的生长机理.结果表明:当合成温度为1500 ℃时,所合成的SiC晶须形貌呈竹节状,选区电子衍射分析发现孪晶等面缺陷在晶须的生长方向上周期性出现;当合成温度在1550 ℃以上时,哑铃状晶须的数量会急剧增多,分析表明晶须表面包裹的串珠小球为β-SiC.在晶须的顶端发现催化剂熔球,由此推测生长机理为VLS机理,但当合成温度超过1550 ℃时,SiC会以VS生长机理沿径向沉积生成哑铃状晶须.     

铝源种类对熔盐法制备超细ZnAl2O4粉体的影响

本文以Al(OH)₃、煅烧Al₂O₃和纳米Al₂O₃为铝源,在KCl和LiCl的混合熔盐介质中,800~1 200 ℃温度范围内保温3 h合成超细ZnAl₂O₄粉体。采用XRD、SEM、激光粒度仪和比表面分析仪等重点分析了铝源种类对ZnAl₂O₄粉体合成温度、产物物相组成以及显微形貌的影响。在此基础上探讨了反应温度、熔盐与原料的质量比(W_s/W_r)对粉体合成的影响。结果表明:铝源种类显著影响ZnAl₂O₄的开始形成温度和粉体性能,相比于煅烧Al₂O₃,以Al(OH)₃和纳米Al₂O₃为铝源生成ZnAl₂O₄的速率较快,在900 ℃时即可合成出单相ZnAl₂O₄。以煅烧Al₂O₃粉为铝源,当W_s/W_r为3∶1时,在1 000 ℃合成ZnAl₂O₄粉体的分散性最佳,而温度过高易造成粉体团聚长大。适当的W_s/W_r有利于ZnAl₂O₄的生成,当W_s/W_r为4∶1时合成的ZnAl₂O₄粒径最小。ZnAl₂O₄粉体均在一定程度保持着初始铝源的尺寸和形貌,表明熔盐法合成ZnAl₂O₄的机理主要遵循着“模板合成机理”。     

Al2TiO5/Al2O3陶瓷复合材料的晶粒异向生长

通过机械激活法制备了Al2TiO5/Al2O3(nAl2TiO5: nAl2O3=1: 4)的陶瓷复合材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDS)分析了不同的温度制度下Al2TiO5/Al2O3陶瓷复合材料的晶粒生长特性.X射线衍射谱图(XRD)显示烧结样品的主晶相为α-Al2O3和Al2TiO5.SEM和EDS分析显示,较低温度下烧结(1350 ℃)时Al2TiO5晶粒为等轴状.当温度升高到1450 ℃时,Al2TiO5开始异向长大,形成棒状晶粒.随着温度的升高(1500 ℃),棒状Al2TiO5的长径比继续增加.而Al2O3则始终为片状和等轴晶粒,且异向生长的Al2TiO5晶粒填充于Al2O3三角晶界处.研究表明,烧结温度的升高会促进晶体异向生长并增加其体积分数.Al2TiO5会阻碍Al2O3基体颗粒进一步生长,所以当Al2TiO5颗粒平均尺寸随着烧结温度增加而增大,Al2O3基体晶粒生长几乎停滞.