硼酸铝晶须简介课件.ppt

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1、硼酸铝晶须1101716王琴主要内容晶须简介晶须制备生长机理应用前景未来发展1.晶须简介什么是晶须？什么是硼酸铝晶须？晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小（微米数量级），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位错、空穴等），其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体[1]的理论值。其机械强度等于邻接原子间力。硼酸铝晶须分子式：nAl2O3·B2O3它的种类较多，但常见的3种形态是9Al2O3·2B2O3、2Al2O3·B2O3、Al2O3·B2O3。Al2O3·B2O3存在于天然矿物中，9Al2O3·2B2O3、2Al2O3·B2O3则为人工产品。由于9Al2O3·2

2、B2O3晶须的性能优异，工业化晶须主要指9Al2O3·2B2O3。1.晶须简介硼酸铝（9Al2O3·2B2O3）是一种针状单晶，晶系、空间群和晶胞参数等见下表:1.晶须简介硼酸铝晶须图片1.晶须简介硼酸铝晶须性能指标（企业标准）外观：白色针状长度：5-30um耐热性：1420-1460℃分子量：1066.88相对密度：2.90-2.94拉伸强度：8Gpa直径：0.5-1um莫氏硬度：7弹性模量：400Mpa热膨胀系数：4.2×10－6/℃1.晶须简介基本特征：·极高的强度和弹性·优良的耐酸、碱性·高熔点、耐热性能较好·近似化学中性·温度膨胀系数低2.晶须制备2.1.烧结法烧结法是将氧化铝和氧化

3、硼的混合物在一定温度下烧结一定时间而得到硼酸铝晶须的方法。用含铝化合物和含硼化合物在A/B=(2-4.5)/1时，加入20-40%重量分数的硫酸盐或碱金属氯化物组成的烧结剂，在900-1300℃下反应30min至4h，然后将反应产物水解、过滤、干燥，从而制得质量良好的硼酸铝晶须。2.2.助熔法助熔法是在能提供氧化铝和氧化硼的化合物中加入助熔剂来制备硼酸铝晶须。氧化铝的提供物是能够在反应中转化成氧化铝的物质，反应中氧化铝全部参加反应，反应完成后不残留氧化铝，以保证硼酸铝晶须的纯度，这类物质可以是硫酸铝、硝酸铝、卤化铝、硫酸铝钠(钾)等。氧化硼的提供物是能够在反应中转化成氧化硼的物质，这类物质可以

4、是氧化硼、硼酸、硼酸醉、四硼酸钠、焦硼酸钾等。反应中加入助熔剂的作用主要是用来降低体系的熔融温度，对助熔剂的要求是其熔融时粘度低，能阻止生成的晶须分解，助熔剂一般可选用碱金属硫酸盐,卤化物、碳酸盐、硝酸盐等。2.3.高温熔剂法高温熔剂法：应用高温熔剂法在1280-1320℃间，氧化硼和氧化铝的配比为1/4.5，熔剂加入量为70%的条件下，恒温9h反应制得硼酸铝晶须，其长径比50～100。以玻璃态、粉末态B2O3作为硼源，Al(OH)3超细粉作为铝源。按一定的摩尔比计算，称取一定质量的原料,加入适量的熔剂A，混合研磨数分钟后，放入刚玉坩埚内，置于Si-C棒炉中，加热至1280℃左右，恒温一定时间

5、后，冷却至室温后取出试样。2.4.水热法水热法制备硼酸铝晶须是首先制备硼酸铝凝胶，然后对凝胶进行水热处理，一般铝盐选择在水中溶解度较大的硫酸铝、硝酸铝等，硼盐则可以选择硼酸铵、硼砂等。由氧化铝或含铝化合物、氧化硼或含硼化合物在Al2O3与B2O3的摩尔比为9/1-1/2.5的条件下，和0.1-10%重量分数的氧化铁先制成硼酸铝凝胶颗粒，然后加热凝胶颗粒而制得硼酸铝晶须。将铝盐和硼盐配制成8-10%的浓度，在强力搅拌下生成凝胶，并通过数次过滤洗涤后，将呈中性的硼酸铝凝胶放入反应釜中，密闭加热到450℃，同时排放过量的蒸汽，保持压强在35MPa，在此条件下保压至室温，然后将料浆过滤，用热水洗涤、干

6、燥得到硼酸铝晶须，晶须直径1-5um，长度20-200um，收率达到96%。2.5.液相生长法液相生长法。以铝盐作铝源，以硼酸作硼源，加适量催化剂，在适当配比下混合，在一定条件下进行化学反应，生成硼酸铝晶须，晶须的直径为1-10um，长度为100-300um，晶须的直径、长度可以根据制备工艺条件进行调整。2.6.熔融法和气相法1)气相法是利用卤化铝蒸汽和氧化硼蒸汽通过水蒸气在高温下反应制取硼酸铝晶须。2)熔融法是将氧化铝和氧化硼在高温下熔融、冷却生成硼酸铝晶须。通过在1200-1600℃下加热氧化铝、氧化硼和0.1-10%(重量比)的氧化铁制得高长径比的硼酸铝晶须，在制备过程中Al2O3/B2

7、O3的摩尔比为9/1-1/2.5。由于气相法在工业生产中操作较困难，而熔融法的制备温度又太高，较难达到要求，工业生产硼酸铝晶须一般很少采用气相法和熔融法。3.生长机理螺旋位错生长机理1958年，由F.C.Frank提出。该机理适宜于解释液相及气相中晶须的生长过程。VLS生长机理20世纪60年代，由Shyne和Milewski提出。该机理适宜于解释气相中晶须的生长过程，许多有价值的晶须如α-Al2O