资源型矿物简介、硫酸钙晶须课件.ppt

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1、5.2、硫酸钙晶须制备东北大学矿物材料与粉体技术研究中心高鹏第五章、非金属矿物材料2.1、晶须概念晶须是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10~1000m，晶须的直径一般在0.01~10m之间，最典型晶须的直径在1m左右。大多数晶须都是直的，其横截面一般呈方形、三角形、圆形或星型(如图1所示)，有的晶须甚至是中空的。2.2、晶须特性2.2.1力学性质晶须的通性是其极高的机械强度，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。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

2、；直径达到100m时，则晶须的强度与普通材料相差不大。2.2.2晶须的磁性由于其小尺寸、内部结构及外形的完善性，晶须是铁磁性物质磁畴研究最理想的样品。与力学性质相似，晶须的矫顽力也比普通材料高三个数量级，接近理论计算值。晶须直径下降，矫顽力上升，当晶须直径小于1μm后，晶须矫顽力大幅度提高。理论预测结果表明，理想铁晶体沿(100)方向被磁化后，直至反向磁场达560奥斯特后，一直处于磁化状态。普通纯铁的反向磁场值为0.1奥斯特，而所有晶须所需的反向磁场值均很高，最高可达480奥斯特。在这样高的反向磁场的作用下，磁场通过晶须时，磁畴壁的移动速度比普通材料快100倍。直径小于100nm的铁磁性晶须

3、的这一特性更加明显。2.2.3晶须的电性晶须的电性能也十分独特，对其尺寸变化更加敏感。晶须的电性能一方面受其内部结构的高度完善性的影响；另一方面受界面的强烈作用。这里的界面包括晶须表面和晶界。晶须内部结构的完善性降低了晶须的电阻；而界面的存在增加了电子的衍射、降低了电子的平均自由程，从而使电阻上升。硫化锌晶须的光电导性比普通硫化锌晶体高许多倍，因普通晶体中缺陷较多。2.2.4晶须的其他性质锡晶须具有超导性，诱导锡晶须超导转变的临界磁场强度比普通锡超导材料要高得多。钛酸钡晶须具有独特的铁电性。与普通晶体相比，晶须抵抗多种物理化学过程，如溶解、蒸发、腐蚀等的能力较强。这很显然也是晶须内部和表面结构

4、完善的结果。如铁晶须500℃时在氧气中的氧化速度比纯铁多晶样品的氧化速度慢50倍。2.3、硫酸钙晶须特性硫酸钙晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体，具有完善的结构、完整的外形、特定的横截面、稳定的尺寸，其平均长径比一般为50~80。硫酸钙晶须与其它短纤维相比，具有耐高温、抗化学腐蚀、韧性好、强度高、易进行表面处理、与聚合物的亲和能力强、毒性低等优点，而且价格在晶须中最低，具有其它晶须无可比拟的性能价格比，应用范围非常广泛。硫酸钙晶须是以二水硫酸钙为原料所合成的半水、无水或死烧硫酸钙纤维状单晶体。但由于半水硫酸钙晶须的稳定性较差，一般情况下，如无特指，硫酸钙晶须系指无水或死烧硫酸钙晶须。(1)具有优良

5、的性能：硫酸钙晶须是一种分散良好、结构均匀、尺寸稳定的纤维状物质。硫酸钙晶须的主要性能如表2.2所示。相对于一般无机填料和玻璃纤维而言，硫酸钙晶须集无机填料与增强纤维二者优势于一身，体现出优良的综合性能。主要表现如下：①增强和增韧作用。硫酸钙晶须机械强度大，因此它在材料破裂过程中能够有效抑制裂纹扩展，而且纤维状物质能够吸收冲击能量，从而起到缓冲作用，因此，硫酸钙晶须兼备很好的增强与增韧作用。②尺寸稳定性好。硫酸钙晶须应用于制品时，由于其粒度、长径比及添加工艺的影响，在制品中的取向无规则，故制品显示各向同性。所以，制品的纵向和横向收缩率差异较小，从而能够保证制品所需的尺寸和形状。③提高制品的耐热

6、温度，降低对设备的磨损。硫酸钙晶须熔点高，达1400℃以上，在900℃时仍能保持其原有的机械性能，如将其应用于制品则能显著提高树脂基材料制品的耐热温度；同时，由于硫酸钙晶须的硬度低，可降低对设备的磨损。(2)硫酸钙晶须无毒：硫酸钙晶须不会对人体健康造成危害，而玻璃纤维吸入肺中容易致癌。(3)价格优势：制备硫酸钙晶须所用的原料主要是石膏，石膏是我国的优势矿产资源，储量居世界首位。采用石膏制备硫酸钙晶须，可为石膏矿产的深加工开辟新的途径。2.4硫酸钙晶须的合成工艺(1)水热法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

7、维状半水石膏的转化过程。由二水硫酸钙合成硫酸钙晶须的化学反应方程式如下：(2)常压酸化法常压酸化法是指在一定温度下，高浓度二水硫酸钙在酸性溶液中，转变成针状或纤维状半水硫酸钙晶须。与水热法相比，该法不需要反应釜，成本较低，但环境污染较重。(3)以卤渣为原料制备硫酸钙晶须我国是以海水为原料生产食盐的大国，有大量的食盐副产品—卤水（硫酸盐型-Na2SO4、MgSO4、CaSO4等）。2.5水热法合成硫