氧化鋁瓷低溫燒結(jié)

1、文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持氧化鋁陶瓷的低溫燒結(jié)技術氧化鋁陶瓷是一種以A 12 0 3為主要原料， 以剛玉（a A 1 2 0 3 ）為主晶相的陶瓷材料。因其具有機械強度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣電阻高、耐化學腐蝕性和導熱性良好等優(yōu)良綜合技術性能，以及原料來源廣、價格相對便宜、加工制造技術較為成熟等優(yōu)勢，氧化鋁陶瓷已被廣泛應用于電子、電器、機械、化工、紡織、汽車、冶金和航空航天等行業(yè)，成為目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。然而，由于氧化鋁熔點高達2 0 5 0 C, 導致氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度普遍較高（參見表一中標準燒結(jié)溫度）， 從而使得氧化鋁陶瓷的

2、制造需要使用高溫發(fā)熱體或高質(zhì)量的燃料以及高級耐火材料作窯爐和窯具，這在一定程度上限制了它的生產(chǎn)和更廣泛的應用。因此，降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，降低能耗，縮短燒成周期，減少窯爐和窯具損耗，從而降低生產(chǎn)成本，一直是企業(yè)所關心和急需解決的重要課題。目前，對氧化鋁陶瓷低溫燒結(jié)技術的研究工作已很廣泛和深入，從7 5瓷到99瓷都有系統(tǒng)的研究，業(yè)已取得顯著成效。表一是已實現(xiàn)的各類氧化鋁陶瓷低 溫燒結(jié)情況。表中低溫燒結(jié)氧化鋁陶瓷的各項機電性能均達到了相應瓷種的國家標準，甚至中鋁瓷在某些技術標準上超過高鋁瓷的國標，如中科院上海硅酸鹽研究所研制的1 3 6 0 C燒成的8 5瓷，其抗彎強度超過9 9 %A 1 2

3、 O 3陶瓷的國標， 各 項電性能都優(yōu)于9 5 %A 1 2 O 3瓷的國標； A 1 2 O 3含量分別為9 0 %和9 5 %的低溫燒結(jié)陶瓷，其機電性能都優(yōu)于9 5瓷及9 9瓷的國標?？v觀當前各種氧化鋁瓷的低溫燒結(jié)技術，歸納起來，主要是從原料加工、配方設計和燒成工藝等三方面來采取措施，下面分別加以概述。一、通過提高A 1 2 O 3粉體的細度與活性降低瓷體燒結(jié)溫度。與塊狀物相比，粉體具有很大的比表面積，這是外界對粉體做功的結(jié)果。利用機械作用或化學作用來制備粉體時所消耗的機械能或化學能，部分將作為表面能而貯存在粉體中，此外， 在粉體的制備過程中，又會引起粉粒表面及其內(nèi)部出現(xiàn)各種晶格缺陷，使晶

4、格活化。由于這些原因，粉體具有較高的表面自由能。粉體的這種表面能是其燒結(jié)的內(nèi)在動力。 因此，A 1 203粉體的顆粒越細，活化程度越高，粉體就越容易燒結(jié)，燒結(jié)溫度越低。在氧化鋁瓷低溫燒結(jié)技術中，使用高活性易燒結(jié)A 12 0 3粉體作原料是重要的手段之一，因而粉體制備技術成為陶瓷低溫燒結(jié)技術中一個基礎環(huán)節(jié)。目前，制備超細活化易燒結(jié)A 1 2 O 3粉體的方法分為二大類， 一類是機械 法，另一類是化學法。機械法是用機械外力作用使A 1 203粉體顆粒細化， 常 用的粉碎工藝有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、氣流粉碎等等。通過機械粉碎方法來提高粉料的比表面積，盡管是有效的，但有一定限度，通常只能使粉料

5、的平均粒徑小至1仙m左右或更細一點， 而且有粒徑分布范圍較寬，容易帶入雜質(zhì) 的缺點。近年來，采用濕化學法制造超細高純A 1 2 0 3粉體發(fā)展較快， 其中較 為成熟的是溶膠凝膠法。由于溶膠高度穩(wěn)定，因而可將多種金屬離子均勻、穩(wěn)定地分布于膠體中，通過進一步脫水形成均勻的凝膠（無定形體），再經(jīng)過合適的處理便可獲得活性極高的超微粉混合氧化物或均一的固溶體。目前此法大致有以下3種工藝流程。（1 ）形成金屬氧有機基絡合物溶膠-水解并縮合成含羥基 的三度空間高分子結(jié)構(gòu)-溶膠蒸發(fā)脫水成凝膠-低溫煨燒成活性氧化物粉料。（2）含有不同金屬離子的酸鹽溶液和有機膠混合成溶液-溶膠蒸發(fā)脫水成凝膠-低溫煨燒成粉體。（3

6、 ）含有不同金屬離子的溶膠直接淬火、沉積或加熱成凝文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持膠-低溫煨燒成粉體。濕化學法制備的A 12 0 3粉體粒徑可達到納米級， 粒徑 分布范圍窄，化學純度高，晶體缺陷多。因此化學法粉體的表面能與活性比機械 法粉體要高得多。采用這種超細A 1 2 0 3粉體作原料不僅能明顯降低氧化鋁瓷 的燒結(jié)溫度（可降1 5 0 C 3 0 0 C），而且可以獲得微晶高強的高鋁瓷材料。 表二是日本住友化學有限公司生產(chǎn)的易燒結(jié)A 1 2 O 3粉料理化指標。此外，有專家推薦以下三種超細A 12 0 3粉體制備方法， 僅供參考：（1 ） 將（NH4） SO4A

7、 12 （SO4） 32H2 O 與（MgCO3） 4Mg （O H） 25H2O混合、加熱到12 0 OC分解，可獲得含有M g O的純度為9 9%、粒度為020的 aA 1 2 O 3超細粉料。（2 ）將無水二醋酸鋁加熱到1 2 0 0 C保溫3小時以上，可獲得粒度小于05仙m的a-A 1 2 0 3超細粉體。（3 ）鐵筒鋼球，濕磨數(shù)百小時，漿料加熱酸洗除鐵， 浮選，反復多次，可制取粒度03 0的a A 1 2 O 3超細粉料。二、通過瓷料配方設計摻雜降低瓷體燒結(jié)溫度氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度主要由其化學組成中A 12 0 3的含量來決定，A 120 3含量越高，瓷料的燒結(jié)溫度越高，除此之外，還

8、與瓷料組成系統(tǒng)、各組成 配比以及添加物種類有關。比如，在A 1 2 O 3含量相當時，C a O A 1 2 0 3 S i O 2系A 12 0 3瓷料比M gO Al 203 S iO2系瓷料的燒 結(jié)溫度低，對于我國目前大量生產(chǎn)的C a O-Mg O-A 1 203 S 102系 統(tǒng)瓷料而言，為使其具有較低的燒結(jié)溫度與良好性能， 應控制其S 1 O2/C a 。處于1606之內(nèi)，M g。含量不超過熔劑類氧化物總量的1/3 , 同時，在配方中引入少量的L a2O3、Y2O3、Cr2O3、MnO、TiO 2、ZrO2、Ta 2 0 3等氧化物能進一步降低燒結(jié)溫度、改善瓷體的微觀組織結(jié)構(gòu)和性能。

9、因此，在保證瓷體滿足產(chǎn)品使用目的和技術要求的前提下，我們可以通過配方設計，選擇合理的瓷料系統(tǒng)，加入適當?shù)闹鸁砑觿?，使氧化鋁陶 瓷的燒結(jié)溫度盡可能降低。目前配方設計中所加入的各種添加劑，根據(jù)其促進氧化鋁陶瓷燒結(jié)的作用機 理不同，可以將它們分為形成新相或固溶體的添加劑和生成液相的添加劑二大 類。1、與A 1 2 O 3形成新相或固溶體的添加劑。這類添加劑是一些與氧化鋁晶格常數(shù)相接近的氧化物，如T 1 O 2、C r 203、Fc2O3、MnO2等，在燒成中，這些添加物能與A 1 2 O 3生成固 溶體，這類固溶體或為摻入固溶體（如T 14 +置換A 1 3 +時），或為有限周 溶體，或為連續(xù)固溶

10、體（如C r 2 O 3與A 1 2 0 3形成的），它們可以活化品 格（T I 4 +、A 1 3 +離子半徑差所致）、形成空穴或遷移原子，（3 T 1 O2 AbO3 3Tial+Val+60）以及使晶格產(chǎn)生變形，這些作用使得 A 1 2 O 3陶瓷易于重結(jié)晶而燒結(jié)。例如添加051 0 %的T 1 O 2時，可使瓷體的燒結(jié)溫度下降1 5 0 2 0 0 C。 以固相燒結(jié)方式為主的高鋁瓷常采 用這類添加劑，例如某黑色氧化鋁陶瓷配方如下（w t %） : A 1 2 O 39 1、CoO 0 5、MnO2 3 7、Cr2O3 2 l、SiO2 0 4、T iO2 2 0、V2O3 0 3,該瓷

11、料在1 3 5 0 C下保溫2小時燒成。這類添加劑促進氧化鋁瓷燒結(jié)的作用具有一定的規(guī)律性： 能與A 1203 形成有限固溶體的添加劑較形成連續(xù)固溶體的添加劑的降溫作用更大；可變價離子一類添加劑比不變價的添加劑的作用大； 陽離子電荷多的、電價高的添加 劑的降溫作用更大。需要注意的是，由于這類添加劑是在缺少液相的條件下燒結(jié)文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持的（重結(jié)晶燒結(jié)），故晶體內(nèi)的氣孔較難填充，氣密性較差，因而電氣性能下降 較多，在配方設計時要加以考慮。2、燒成中形成液相的添加劑。這類添加劑的化學成分主要有S iO2、CaO、MgO、SrO、B a O 等，它們能與其它

12、成分在燒成過程中形成二元、三元或多元低共熔物。由于液相 的生成溫度低，因而大大地降低了氧化鋁瓷的燒結(jié)溫度。 當有相當量（約12 %） 的液相出現(xiàn)，固體顆粒在液相中有一定的溶解度及固相顆粒能被液相潤濕時，其促進燒結(jié)作用也更顯著。具作用機理在于液相對固相表面的潤濕力及表面張力， 兩者使得固相顆?？拷⑻畛錃饪?。止匕外，燒結(jié)過程中因細小有缺陷的晶體表面 活性大，故在液相中的溶解度要比大晶體的大得多。 這樣，燒結(jié)過程中小晶體不 斷長大，氣孔減小，出現(xiàn)重結(jié)晶。為了防止因重結(jié)晶使晶粒過分長大，影響陶瓷 的機械性能，在配方設計中需考慮選用一些對晶粒增大無影響甚至能抑制晶粒增 大的添加物，如M g O、C u

13、。和N i。等。目前，在液相燒結(jié)的A 12 0 3瓷料配方中， 助燒添加劑可以采用以下3種 物料形態(tài)來加入。以天然礦物形態(tài)加入。這類礦物原料主要有：高嶺土、膨潤 土等粘土礦。石英、滑石、菱鎂礦、白云石、方解石等等，它們分別引入S 1 O 2、MgO、C aO等化學成分。配方中高嶺土及其它粘土礦物的使用，除了滿 足瓷體化學組成要求外，更主要可以改善坯料的成型性能。 添加劑的這種加入形 式適用于A 12 0 3含量在9 0 %以下的中鋁瓷配料， 例如某低溫燒結(jié)7 5瓷配 方如下（w t %）:煨燒A 1 2 0 36 5、高嶺土 2 4、膨潤土 2、B a CO3 4、方解石 3、生滑石2 0、以

14、人工合成添加劑形態(tài)加入。此法是在C a O-A 1 203 S 102、 MgO Al 203 S iO2、 CaO MgO Al 203 S iO2 等三 元、四元或其它相圖中找到最低共溶物的組成點， 預先按組成點的成分將C a。、 MgO、S1O2、A12O3等所需化合物進行第一次配料，經(jīng)球磨、煨燒成 為低共熔物，即“人工合成添加劑”，然后按一定配比將人工合成添加劑與A 1 2 O 3粉料進行第二次配料，以滿足氧化鋁陶瓷化學組成和性能要求。 此法純度 高，主要用于降低化學組成準確、性能要求高的高鋁瓷燒結(jié)溫度，缺點是工藝復 雜，能耗高，制品成本高，只在特殊情況下采用。以化工原料形態(tài)加入。在配

15、料時，直接將各種化工原料作為添加劑與A 1 2 O 3粉體一起一次完成配料，各助燒添加劑的組成比例仍然是參照專業(yè)相圖中 最低共熔點的組成來設定。生產(chǎn)實踐證明，此法不僅與人工合成添加劑法具有同 樣的降溫效果，而且大大簡化了工藝，無論配方設計、配料計算和工藝過程都比 人工合成添加劑法簡便，也比天然礦物形態(tài)更容易，瓷質(zhì)性能穩(wěn)定，節(jié)能效益顯 著。在實際生產(chǎn)中，從降低成本和坯料成型性能方面考慮，天然礦物原料和化工 原料往往是同時使用的。例如某低溫燒成（1 5 0 0 C X 2 h ）的高鋁瓷配方如 下（wt%）;aA12O393、蘇州土 3、燒骨石 2、C a C O 315、BaCO3 05、外加Z

16、rO2、CcO2、La2O3 2%。三、采用特殊燒成工藝降低瓷體燒結(jié)溫度采用熱壓燒結(jié)工藝，在對坯體加熱的同時進行加壓，那么燒結(jié)不僅是通過擴 散傳質(zhì)來完成，此時塑性流動起了重要作用，坯體的燒結(jié)溫度將比常壓燒結(jié)低很 多，因此熱壓燒結(jié)是降低A 1 2 O 3陶瓷燒結(jié)溫度的重要技術之一。目前熱壓燒結(jié)法中有壓力燒結(jié)法和高溫等靜壓燒結(jié)法 （HIP）二種。H I P法可使坯體受 到各向同性的壓力，陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)比壓力燒結(jié)法更加均勻。就氧化鋁瓷而言，文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持如果常壓下普通燒結(jié)必須燒至1 8 0 0 C以上的高溫，熱壓2 0 MPa燒結(jié)，在1 0 0 0 C左

17、右的較低溫度下就已致密化了。熱壓燒結(jié)技術不僅顯著降低氧化鋁瓷的燒結(jié)溫度，而且能較好地抑制晶粒長 大，能夠獲得致密的微晶高強的氧化鋁陶瓷， 特別適合透明氧化鋁陶瓷和微晶剛 玉瓷的燒結(jié)。止匕外，由于氧化鋁的燒結(jié)過程與陰離子的擴散速率有關， 而還原氣氛有利于 陰離子空位的增加，可促進燒結(jié)的進行。因此，真空燒結(jié)、氫氣氛燒結(jié)等是實現(xiàn) 氧化鋁瓷低溫燒結(jié)的有效輔助手段。在生產(chǎn)實踐中，為獲得最佳綜合經(jīng)濟效益，上述低燒技術往往相互配合使用， 其中加入助燒添加劑的方法相對其它方法而言，具有成本低、效果好、工藝簡便 實用的特點。在中鋁瓷、高鋁瓷和剛玉瓷的生產(chǎn)中被廣泛使用。另外，從材料角 度來看，通過摻雜改性技術，大

18、幅度提高氧化鋁陶瓷的各項機電性能， 用A 12 O 3含量低的瓷體代替A 12 0 3含量高的瓷體， 也是企業(yè)常用的降低氧化鋁陶 瓷產(chǎn)品燒結(jié)溫度的有效技術手段。比如在材料性能滿足產(chǎn)品使用要求下，用8 5 瓷代替9 0瓷或9 5瓷，用9 0瓷、9 5瓷代替9 9瓷等都是可行的。雖然氧化鋁瓷低燒技術已取得較好的經(jīng)濟效益，但仍有潛力可挖，目前仍有一些產(chǎn)品，從材料的特殊性能要求和高溫狀態(tài)下器件的尺寸穩(wěn)定性考慮，仍然采用高溫燒結(jié)，如何將這類產(chǎn)品的燒結(jié)溫度也降下來， 是今后瓷體摻雜改性等低燒 技術的努力方向。吸附劑的良好吸附性能是由于它具有密集的細孔構(gòu)造。 與吸附劑細孔有關的物理 性能有：a.孔容（VP）

19、:吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑 微孔的容積來表示（cm3/g）.孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出 來的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體積， 所以孔容以大為好。吸附劑的孔體 積（Vk）不一定等于孔容（VP）,吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以 VP中不 包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比 VP大。b.比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是 m2/g。吸附劑表 面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑 外表面是很小的。c.孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。直 徑在數(shù)埃（A

20、0）至數(shù)十埃的孔稱為細孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱為粗孔。細 孔愈多，則孔容愈大，比表面也大，有利于吸附質(zhì)的吸附。粗孔的作用是提供吸 附質(zhì)分子進入吸附劑的通路。粗孔和細孔的關系就象大街和小巷一樣，外來分子 通過粗孔才能迅速到達吸附劑的深處。 所以粗孔也應占有適當?shù)谋壤；钚蕴亢?硅膠之類的吸附劑中粗孔和細孔是在制造過程中形成的。沸石分子篩在合成時形 成直徑為數(shù)微米的晶體，其中只有均勻的細孔，成型時才形成晶體與晶體之間的 粗孔?？讖椒植际潜硎究讖酱笮∨c之對應的孔體積的關系。由此來表征吸附劑的孔特 性。d.表觀重度（dl）:又稱視重度。吸附劑顆粒的體積（VI）由兩部分組成：固體骨架的體積（Vg）和孔

21、體積（Vk）, 即：Vl= Vg+ Vk表觀重度就是吸附顆粒的本身重量（D）與其所占有的體積（VI）之比。文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持吸附劑的孔體積（Vk）不一定等于孔容（VP）,吸附劑中的微孔才有作用，所以VP 中不包括粗孔。而Vk 中包括了所有孔的體積，一般要比VP 大。e.真實重度（dg）:又稱真重度或吸附劑固體的重度，即吸附劑顆粒的重量（ D）與固體骨架的體積Vg 之比。假設吸附顆粒重量以一克為基準，根據(jù)表觀重度和真實重度的定義則：dl=l/Vl; dg=l/Vg于是吸附劑的孔體積為：Vk=l/dl T/dgf. 堆積重度（db） ：又稱填充重度，即單

22、位體積內(nèi)所填充的吸附劑重量。此體積中還包括有吸附顆粒之間的空隙，堆積重度是計算吸附床容積的重要參數(shù)。以上的重度單位常用g/cm3、 kg/l、 kg/m3 表示。g.孔隙率（ek：即吸附顆粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。£ k=Vk/（Vg+Vk）=（dg-dl）/ dg=1-dl/dgh.空隙率（e）：即吸附顆粒之間的空隙與整個吸附劑堆積體積之比。£ =（VbVl）/Vb=（dl-db）/dl=1-db/dl凍干法制備納米氧化鋁陶瓷粉的實驗研究發(fā)布時間：2005-6-10引言納米氧化鋁作為一種極為重要的結(jié)構(gòu)及功能陶瓷材料，在光、 電、 醫(yī)療和信息等領域有著廣泛的應用，所用原料

23、高品質(zhì)氧化鋁納米粉的制備技術，近年來一直為研究人員所關注，已有大量文獻介紹不同的制備技術15;其中，液相法中的真空冷凍干燥法（簡稱凍干法）是普遍看好的一種方法。在以往的研究中都首先在液相中制得前驅(qū)體凝膠、溶膠或沉淀，然后將其在真空、低溫條件下冷凍干燥。在這個過程中，使難溶解的前驅(qū)體均勻地分散在液相中是關鍵而又難以控制的步驟，往往需要加入分散劑并要控制反應溫度、滴加沉淀劑和攪拌的速度以及溶液酸堿度等條件，有時為得到品質(zhì)優(yōu)良的納米氧化鋁，還要選用價格昂貴的有機醇鹽作原料 3 。文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持為了克服以上缺點，本研究選擇以廉價的無機鹽硫酸鋁為原料，首次

24、采用可溶性鋁鹽次醋酸鋁為前驅(qū)體，利用真空冷凍干燥工藝，得到了性能優(yōu)良的次醋酸鋁納米粉體，經(jīng)煅燒后獲得顆粒均勻、形狀規(guī)則、粒徑小且分布范圍狹窄、表面活性高、分散性好、無硬團聚的納米氧化鋁陶 瓷粉體。2 實驗2.1 次醋酸鋁溶液的制備以硫酸鋁和醋酸為原料制備次醋酸鋁溶液的機理是：實驗時在25ml冰醋酸中加入133g十八水合硫酸鋁和60g碳酸鈣，充分 攪拌同時加蒸儲水至100ml,靜置2h后，吸濾除去硫酸鈣沉淀，得到的濾 液是濃度約為4M的次醋酸鋁透明溶液，將此濃溶液分別稀釋成濃度約為 1.5M、 1M、 0.5M、 0.2M 的稀溶液備用。2.2 次醋酸鋁溶液的凍干將不同濃度的前驅(qū)體溶液分別盛放在

25、直徑約 150mm勺玻璃培養(yǎng)皿中，溶 液裝載量分別選擇了深度為 5mm20mmF口 40mm培養(yǎng)皿置于自制的ZLG-0.2 型真空冷凍干燥機之內(nèi)的擱板上，進行凍結(jié)和干燥。凍結(jié)過程采用了不同的降溫速率。令溶液從室溫下開始緩慢降溫（控制制冷機組同時對凍干機擱板和捕水器制冷，則擱板降溫速率較慢，約為0.5 /min ） 和快速降溫（控制制冷機單獨對擱板制冷，則擱板降溫速率較快，約為2 /min ）；或者是先將擱板預冷至低溫，然后再將常溫下的培養(yǎng)皿放置其上，令溶液過冷降溫。降溫至-40以下時溶液完全凍結(jié)。為確保溶液凍實，凍結(jié)過程常持續(xù)至擱板溫度達-50。干燥過程從凍干室抽真空開始，3min 之內(nèi)凍干室

26、壓力降至120Pa， 繼續(xù)抽真空15min,壓力可降至極限值30Pa左右。由于抽真空的同時停止對擱 板制冷， 擱板溫度自然回升，同時由于水分升華，1h 后室內(nèi)壓力回升至40Pa左右，此后便維持不變。10h 左右后， 擱板溫度能夠自然回升至-5。如果溶液裝載量多而要求減緩升溫速度，可對擱板間斷制冷。在此期間前驅(qū)體文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持凍結(jié)物上層已經(jīng)干燥成粉；由于自然升溫速率降低，可改用輻射加熱使之升溫，但須控制未完全干燥的中下層凍結(jié)物不融化，直至全部干燥。最后快速升溫至50以上，對粉體進行升華干燥，持續(xù)4h 后，結(jié)束干燥，解除真空取出樣品。干燥所需時間主要

27、取決于解吸干燥時間的長短，這與凍干時溶液的裝載量有直接關系。實驗中所用總的時間為1236h不等，圖1.1 給出的是濃度為1.5M 、裝載量為20mm 深度的樣品的凍干曲線。2.3 次醋酸鋁的煅燒分解將凍干得到的次醋酸鋁白色納米粉末放入一個類似馬弗爐的真空裝置中，在約300C> 200Pa的條件下煨燒，使其分解為氧化鋁白色粉末。次醋 酸鋁煅燒分解的機理為2.4 氧化鋁樣品的測試將煨燒后的氧化鋁粉體樣品直接噴金處理，利用英國劍橋S360型掃描電子顯微鏡（SEM）對其進行微米量級上的觀測，從而確定粉體顆粒的團 聚情況。圖2是兩種不同樣品的SEM圖像，其中圖（a）對應的是濃度為 1.0M、裝載量

28、深度為20mm的樣品；圖（b）對應的是濃度為1.5M、裝載 量深度為40mm的樣品。從中可以看出，團聚形成的顆粒團尺寸在10200 11 m范圍內(nèi)。文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持利用Philips TEM 420型透射電子顯微鏡（TEM ）對所制得的氧化鋁粉 體樣品進行納米尺度的觀察，以確定粉體顆粒的粒徑尺度。試樣的制備方 法是：用干凈的銀子夾取少許粉體，放入一清潔容器內(nèi)，加入幾滴乙醇， 用銀子或者玻璃棒輕輕攪動或必要時放在超聲波發(fā)生器上進行分散，使之 變成均勻懸濁液。把覆有碳膜的銅網(wǎng)放在過濾紙上，用銀子蘸幾滴液體滴 到銅網(wǎng)上，讓其自然干燥后，即可進行電鏡觀察并拍

29、攝成不同放大倍數(shù)的 TEM形貌圖像。圖3是對應圖2中兩種樣品的TEM圖像。從中可以看出, 分散后的粉體微粒粒徑均勻，形狀規(guī)則，粒徑尺寸在1020nm范圍內(nèi)。討論結(jié)合實驗，就反應路徑的選取、溶液濃度、凍結(jié)速率及干燥工藝等因 素對所制粉體品質(zhì)的影響，作如下粗淺分析。3.1 前驅(qū)體的選擇文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持本研究以無機鹽硫酸鋁為原料，以次醋酸鋁為前驅(qū)體來制備納米氧化鋁粉 , 具有如下特點：與水解法使用有機醇鋁鹽相比，原料廉價；與其它液相法相比，本研究制備前驅(qū)體的反應是在常溫下進行的，反應條件容易控制，不必刻意營造溫度、酸度、攪拌速度等苛刻的反應環(huán)境和限定固定

30、的反應速度；同時前驅(qū)體是可溶性鋁鹽，不需要分散劑就能在水中均勻分散，干燥后可以獲得粒徑均勻、成分純凈的粉末，而且實驗的可重復性好；前驅(qū)體分解溫度低，分解徹底，分解產(chǎn)物中除了所要產(chǎn)品外都是易于揮發(fā)的物質(zhì)，所以可以獲得高純度的氧化鋁納米粉；分解產(chǎn)生的氣體無毒、無腐蝕性，實驗過程不會污染環(huán)境和侵蝕實驗設備。3.2 溶液的濃度在最初制備次醋酸鋁溶液時，為了盡量地使硫酸根離子和鈣離子沉淀除去，根據(jù)濃度積規(guī)則，應該使此兩種離子在溶液中的濃度盡量大，所以在反應階段應少加入水；但考慮到Al2 （SO4 3?18H2Oft水中的溶解度（約 30）,還應加入足量的水，綜合以上兩個因素，確定加入水至 100ml,制

31、 成約4M的次醋酸鋁溶液。另一方面，從理論分析可知，凍干時的溶液濃度對干燥后粉體顆粒的粒徑有明顯的影響，根據(jù)溶液的冷凍相變規(guī)律，當溶液的初始濃度高于其共晶濃度時，首先析出的是溶質(zhì)次醋酸鋁，則會形成大粒徑的顆粒；如果溶液的濃度低于其共晶濃度，則首先凝固的是溶劑成分水，溶液的濃度增大直至達到共晶濃度后，溶劑與溶質(zhì)一起凍結(jié)，即形成低共晶混合物。所以凍干時，為防止溶質(zhì)首先析出，初始溶液的濃度應不大于共晶濃度，而且濃度低，所得到的粉體顆粒的粒徑較小。因此在凍干實驗之前將溶液稀釋。當然，溶液稀釋后增加了凍干階段的負擔。3.3 凍結(jié)的速率凍結(jié)速率對所制粉體的粒徑及顆粒間的團聚也有直接的影響。對于稀溶液，如果降溫的傳熱速率遠遠小于溶質(zhì)在溶液中的傳質(zhì)速率，則首先析出的是純凈的冰；如果傳熱速率接近于溶質(zhì)的傳質(zhì)速率，則析出物的空間生長速率與溶質(zhì)的空間遷移速率相當，析出的固相物以冰晶的形式由低溫文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持面向高溫區(qū)生長，溶液中來不及擴散遷移走的溶質(zhì)次醋酸鋁以共晶濃度溶液的形式留在冰晶間隙中，凍結(jié)過程最后形成的是純凈冰晶與共晶體微觀上的分區(qū)混合物。在這種情況下，降溫速率越小，冰晶生長得越粗大，共晶體也越粗大，冰晶與共晶體的界面越明