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一文了解氧化铝晶须制备方法及应用
2018年04月03日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:1209
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氧化铝晶须作为陶瓷质晶须,具有高强度、高弹性模量、高温抗氧化性等优异性能,广泛应用于制备陶瓷基复合材料 、金属基复合材料等领域,成为目前极有发展前途的无机盐晶须材料。下面小编简要介绍氧化铝晶须制备方法及应用。

 

一、氧化铝晶须制备方法

氧化铝晶须制备方法主要有助熔剂法、湿氢法、Al-SiO2法、模板法、前驱体法等。

 

1、助熔剂法

助熔剂法采用硫酸铝钾为原料以硫酸钾为助熔剂将硫酸铝钾和硫酸钾按一定比例混合研磨均匀放入高温炉中以一定速率升至9001200焙烧 26 h自然冷却对产物进行溶浸处理得到氧化铝晶须。

氧化铝晶须SEM

 

助熔剂法优点是工艺简单,成本低廉,且硫酸铝钾分解过程中能够得到副产品硫酸钾,具有一定经济效益。

 

2湿氢法

湿氢法是将Al 粉置于Al2O3中,在适当的位置放入单晶Al2O3以诱导晶须生长,放入管式炉内,在湿氢气氛下加热至1400℃,保持2h,湿氢露点控制为-30℃。通过控制氢气露点起到对其中水蒸气含量的控制,制备得到的氧化铝晶须。

湿氢法制备氧化铝晶须SEM

 

湿氢法优点是氧化铝晶须以螺旋位错机理生长,产品品质较好。缺点是露点不易控制,受环境湿度因素干扰大,且对实验设备影响很大。

 

3、模板法

目前,研究报道模板法主要是采用棉花纤维和碳纳米管为模板,制备氧化铝晶须。主要工艺过程是首先将棉花纤维浸入5%AlCl3溶液中2min80℃下干燥24 h,放入刚玉坩锅置于烘箱中分别在 800℃、1000℃和1200℃下烧制2h,即得到多晶的氧化铝陶瓷晶须。

模板法制备氧化铝晶须SEM图(采用棉花纤维为模板)

 

4Al-SiO2

Al-SiO2是目前制备氧化铝晶须中采用最多的方法。该方法将Al金属和SiO2粉体混合均匀后,在Ar气条件下进行反应,反应温度一般为13001500
,反应时间为24h,制备得到氧化铝晶须。

 

Al-SiO2优点是原料价格低廉,工艺操作简单易行。缺点是:制备过程中需要通入保护气体,限制了其工业应用。

 

5、前驱体法

化学反应前驱体法在水热条件下进行,原料在高压釜内发生反应得到前驱体,前驱体已经具有晶须或是纤维状结构,为最终产物的出现提供了骨架。在水热制备氧化铝晶须中,勃姆石纤维为常见中间体。主要工艺过程是采用 AlOH3为前驱体,胶体经水热反应生成纤维状勃姆石晶粒,再经常压下煅烧,得到 α-Al2O3微粉,晶粒仍保持了纤维形状。

前驱体法优点是:产物尺寸均一,品质好。缺点是:前驱体的处理比较繁琐,无法进行连续生产。

 

6、模板诱导-水热法

模板诱导-水热法是将模板法和水热法结合起来,以硫酸铝为前驱体加入模板剂制备了薄水铝石晶须,并经1200℃煅烧制得了α-Al2O3晶须。

模板剂加入的作用是:(1)降低水热反应的温度;(2)控制前驱体形貌,制备高长径比Al2O3晶须。

 

二、氧化铝晶须应用

1、金属基复合材料

氧化铝晶须与金属具有良好的界面相容性,被认为是金属基复合材料最佳的增强材料。氧化铝晶须增强的金属基复合材料具有高强度和耐磨、耐热冲击能力及低的热膨胀系数等优良性能,已在汽车活塞槽部件和旋转气体压缩机叶片中得到应用,有利于改善汽车发动机性能,提高发动机使用效率和燃烧速率,减少废气排放量。

氧化铝晶须增强金属基复合材料制备汽车活塞部件

 

2工业高温窑炉

氧化铝晶须具有优异的耐高温、热稳定性好、热导率低、热容小、耐机械振动等性能,导热系数和容重分别只有传统耐火材料的1/101/15,综合性能好,是理想的节能增效耐火材料,用于工作温度高于1400 ℃的钢铁工业各种热处理炉,陶瓷烧成窑,石油化工中的裂解炉、燃烧炉等的隔热炉衬材料。

氧化铝晶须制备隔热炉衬材料应用于高温工业炉

 

3、航空航天

氧化铝晶须应用于固体火箭发动机喷管,使喷管设计大大简化,部件数量减少50%,质量减轻50%。也可应用于航天飞机的隔热材料,美国“哥伦比亚”号航天飞机隔热板衬垫用的是Saffil氧化铝晶须,能经受1600 ℃的高温。

氧化铝晶须应用于航天飞机隔热板衬垫

 

4、陶瓷基复合材料

采用高强度、高弹性的氧化铝晶须与陶瓷基体复合技术,能制备韧性优良的陶瓷基复合材料,可明显提高陶瓷产业的技术水平,带动高技术陶瓷产业的迅速发展。

 

参考文献:1、汪家铭,孔亚琴,氧化铝纤维发展现状及应用前景。

2、尹衍升,张景德,氧化铝陶瓷及其复合材料。

3、梁邦兵,黄志良,张联盟等,模板诱导/水热法制备α-氧化铝晶须及其表征。

 

作者:李波涛


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