硫酸钙晶须的制备及其应用课件.ppt

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1、硫酸钙晶须的制备及其应用东北大学矿物材料与粉体技术研究中心一、晶须及晶须的力学特性晶须：指具有均一的横截面、完整的外形、完善的内部结构，长径比达到5～1000甚至更高的纤维状单晶体。晶须的长度一般为10～1000μm，直径一般在0.01～10μm，最典型晶须的直径在1μm左右。目前已经工业化生产的晶须有碳化硅、氮化硅、氧化铝、钛酸钾、硫酸钙晶须等。晶须的突出特点是其强度极高，可以作为复合材料的增强组元使用。晶须与普通材料强度比较晶须的通性是其机械强度极高，对于小直径晶须，其强度至少比相应的普通材料高一个数量级。上图是某些晶须与相应普通材料的抗拉强度比较。由图中可见，石墨晶须的强度

2、比普通石墨强度高50倍；碳化硅晶须的强度比普通碳化硅高30~40倍。大多数晶须的强度与其直径大小有着密切关系。直径小于1m时，晶须的强度接近理论值；直径达到100m时，则晶须的强度与普通材料相差不大。NaCl晶须的强度与直径的关系也证实了这一点。晶须强度－尺寸关系图NaCl晶须的强度与尺寸的关系硫酸钙晶须是指人工合成的半水、无水可溶或无水死烧硫酸钙纤维状单晶体。二、硫酸钙晶须硫酸钙晶须的特点原料来源广泛，价格在所有晶须中最低；尺寸稳定、可控；性能优良，应用广泛；环境友好。生产过程中没有废渣、废水、废气产生；同时，硫酸钙晶须本身无毒。三、硫酸钙晶须的制备方法方法优点缺点备注水热

3、法产品易分散、质量高、性能好；环境友好生产周期较长，采用压力容器。已实现工业化常压酸化法不需要压热器，成本较低产品质量较低、性能较差；环境问题突出没有工业化柠檬酸废渣法烟气脱硫残渣法成本低、符合绿色环保型工业要求晶须的成分及表面状态较难控制处于试验室阶段水热法制备硫酸钙晶须水热法是将石膏和水的悬浮液在密闭反应釜中不断搅拌、加热到一定的温度，达到一定压力后而生成的。此反应过程实质上是颗粒状石膏向纤维状半水石膏的转化过程。硫酸钙晶须制备工艺原料原料准备合成反应过滤水添加剂干燥精制处理表面改性产品表面改性剂硫酸钙晶须的形成机理石膏、半水石膏和硬石膏溶解度曲线①CaSO4·2H2O的溶解

4、过程：CaSO4·2H2O→Ca2++SO42-+2H2O②CaSO4·1/2H2O的结晶过程：随着温度的升高，当达到溶解极限时，CaSO4·1/2H2O过饱和而在溶液中析出，形成胚芽，胚芽进一步凝聚、长大形成晶须生长的基础—晶核。Ca2++SO42－+H2OCaSO4·1/2H2O硫酸钙晶须的生长过程③单向生长阶段：由于液相中离子扩散较快，一旦形成了晶核并且随着CaSO4·2H2O的不断溶解，CaSO4·1/2H2O将很快以晶核为中心凝聚，并在溶液中析出，晶体的择优生长使得在某一方向持续向前推进，最终形成了硫酸钙晶须。④CaSO4·1/2H2O脱水生成无水硫酸钙晶须：CaSO4

5、·1/2H2O→CaSO4+1/2H2O半水硫酸钙晶须的DSC-TG曲线吸热曲线失重曲线不同煅烧温度下的硫酸钙晶须115℃不同煅烧温度下的硫酸钙晶须300℃600℃硫酸钙晶须的XRD图不同煅烧温度下的硫酸钙晶须硫酸钙晶须的晶格参数试样参考卡片晶系a/Åb/Åc/Åα/0β/0γ/0半水硫酸钙晶须01-081-1848六方6.93076.93706.34509090120无水可溶硫酸钙晶须01-026-0329六方6.98206.98206.34009090120无水死烧硫酸钙晶须01-072-0503正交6.99106.99606.2380909090a-无水可溶硫酸钙b-无水死

6、烧硫酸钙无水硫酸钙晶须的晶体结构无水死烧硫酸钙晶须的Ca-O、S-O、Ca-Ca要比半水硫酸钙晶须、无水可溶硫酸钙晶须的相应原子间距短而紧密。因此，无水死烧硫酸钙晶须的晶体结构要比其他两种晶须的晶体结构紧密、牢固，难以水化。硫酸钙晶须的红外光谱3618、3560、3440cm-1处都是羟基的伸缩振动峰；1615cm-1处出现了十分尖锐的羟基不对称伸缩振动峰；而1151、657、599cm-1处是硫酸根的吸收峰，2119cm-1是硫酸根的合频伸缩振动峰。硫酸钙晶须表面的XPS全谱硫酸钙晶须表面元素及相对原子含量试样Ca/%S/%O/%半水硫酸钙晶须16.516.966.4无水可溶硫

7、酸钙晶须16.716.466.6无水死烧硫酸钙晶须16.316.866.7各种硫酸钙晶须的表面组成原子的比例都接近1：1：4，符合CaSO4化学式，说明半水硫酸钙晶须的结晶水不暴露在晶须的表面。五、硫酸钙晶须的应用硫酸钙晶须可应用于热固性树脂和热塑性树脂。硫酸钙晶须应用于PBT、PA66中，其挠曲强度、抗张强度和热变形温度都较硅灰石添加有所提高。1、硫酸钙晶须应用于PBT、PA66中性能PA66PBT晶须硅灰石晶须硅灰石挠曲强度（MPa）135939956抗张强度（MPa）765