超重力场与微波场集成制备纳米α-Al2O3的研究

论文摘要

纳米α-Al2O3是一种重要的结构和功能陶瓷材料,具有高耐磨性、耐高温腐蚀性、高电阻率、高热导性、高表面活性、高吸光性等典型的特性,因而高晶度纳米α-Al2O3粉末在精细陶瓷、复合材料、荧光材料、湿敏性材料、电子陶瓷、高强度材料、催化剂等方面具有相当广泛的应用。纳米α-Al2O3的制备,关键在于其晶型、粒度以及分散度的控制。已有的制备α-Al2O3粉末的方法具有一定的局限性。煅烧前躯体氢氧化铝或铝的化合物是制备α-Al2O3最常用的方法,但要制备纳米级的α-Al2O3还是比较困难的。因此,研究开发一条新的制备高品质纳米α-Al2O3的工艺路线是很有必要的,且开发出新的工艺路线,必须具备高产量、低能耗、低污染以及粒径可控等特点。本文采用超重力场与微波场集成制备纳米α-Al2O3。利用超重力场对微观混合和传递过程的极大强化的特点,结合铝厂的实际情况,以铝厂中间产物NaAlO2和CO2气体为原料,以PEG400为分散剂,在螺旋通道型超重力旋转床中发生碳化反应,经过一系列后处理得到纳米纤维状拟薄水铝石,是一条非常可取的工艺路线,且采用超重力场制备前躯体纳米拟薄水铝石,生产效率高、环境污染小,得到的产品的粒度可控；论文主要探索利用超重力场制备纳米拟薄水铝石的工艺条件,考察了温度、NaAlO2溶液的浓度、超重力水平、气液比等对拟薄水铝石晶型、结晶度以及晶粒大小的影响,得出了制备拟薄水铝石碳化反应的最佳工艺：低温（<30℃）、低NaAlO2溶液浓度（0.1-0.4mol/L）、超重力水平（>1000 rpm）、适当的气液流量比（G/L）（1.0-1.5）；采用水热老化和醇老化两种相结合的方式对产品进行老化处理,采用稀硝酸铵溶液作为洗涤介质进行洗涤,且采用微波干燥的方式对产品进行干燥处理,从而得到了分散度高、晶型稳定的纳米拟薄水铝石。利用微波场零梯度均匀加热和温度均匀可控的特性,采用频率为2.45 GHz的微波马弗炉对纳米纤维状拟薄水铝石进行高温煅烧,从而制备了结晶度高、晶型完整的纳米α-Al2O3。采用XRD、SEM、TEM等表征手段对产品进行分析,其结果表明,采用超重力场与微波场集成的方法,可制备出平均粒径约为10-20nm,粒径分布窄,结晶度高且纹路清晰,晶型完整的高品质纳米α-Al2O3。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超重力技术
• 1.2.1 超重力反应原理
• 1.2.2 超重力模型
• 1.2.3 超重力技术的特点及应用
• 1.3 微波技术
• 1.3.1 微波加热原理
• 1.3.2 微波装置模型
• 1.3.3 微波技术的特性、优势及应用
• 2O₃'>1.4 纳米α-Al₂O₃
• 2O₃的结构与特征'>1.4.1 纳米α-Al₂O₃的结构与特征
• 2O₃国内外研究现状'>1.4.2 纳米α-Al₂O₃国内外研究现状
• 2O₃的研究进展'>1.5 超重力场与微波场集成制备纳米α-Al₂O₃的研究进展
• 1.6 课题研究意义、目的与内容
• 1.6.1 课题研究意义
• 1.6.2 课题研究目的和内容
• 第2章 超重力技术制备纳米拟薄水铝石的工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与仪器
• 2.2.2 实验装置与流程
• 2.2.3 实验原理
• 2.2.4 纳米拟薄水铝石的制备
• 2.3 样品的表征
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 纳米拟薄水铝石制备过程中变量的考察
• 2.4.2 拟薄水铝石后处理部分变量的考察
• 2.5 重复性实验得到的纳米拟薄水铝石
• 2.6 本章小结
• 2O₃的工艺研究'>第3章 微波高温煅烧制备纳米α-Al₂O₃的工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料和仪器
• 3.2.2 实验原理
• 3.2.3 实验步骤
• 3.3 样品的表征
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 不同煅烧方式对产品晶型的影响
• 3.4.2 微波条件下不同煅烧温度对产品晶型的影响
• 3.4.3 微波条件下不同煅烧时间对产品晶型的影响
• 3.4.4 微波条件下不同升温方式对产品晶型的影响
• 3.4.5 微波程序升温条件下不同煅烧时间对产品晶型的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 符号说明
• 攻读学位期间发表的论文与专利