纳米氧化铝的爆轰合成及其晶型和尺寸的控制研究

论文摘要

纳米粉体材料是上世纪80年代中期以后发展起来的一种新型固体材料。它是由尺寸在(1～100)nm的固体颗粒组成。纳米材料具有良好的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,在材料、机械、化工、医药、军事等领域都有广泛的用途。其中,纳米氧化铝还具有高硬度、高强度、耐热、耐腐蚀等特性,广泛应用于精细陶瓷、复合材料、催化剂等领域。鉴于纳米氧化铝的应用如此广泛,所以探求一种方便、快捷的制取方法显得尤为重要。另外,与纳米氧化铝的应用研究和制取方法相比,其粉末的制备显得进展缓慢。例如,在纳米氧化铝尺度和晶型的控制及纳米团聚问题等领域里还存在很多的技术及工程难题。针对上述问题,本文提出了两个主要的研究内容:一是从制取纳米氧化铝的方法上探求出一种低成本、高产出的新的制取方法;二是从制备纳米氧化铝的过程中来对其晶型和纳米尺寸实现人为地控制。 本文首先从纳米氧化铝的应用、纳米氧化铝的不同制取方法及特点和纳米氧化铝制备技术上存在的问题三个方面综述了当前纳米氧化铝技术发展的情况。然后提出了利用廉价的硝酸铝、氢氧化铝为主要原料,采用炸药黑索金(RDX)爆轰为手段来制取纳米氧化铝的一种新技术方法—爆轰合成法。本文利用该方法成功地制备出了不同尺寸、不同形状和不同晶型的纳米氧化铝粉体。并且通过实验、计算以及实验检测的方式对具有不同参数的混合炸药与其相应爆轰得到的纳米氧化铝的晶型及纳米尺寸之间的联系进行了研究。最后,本文还介绍了不同晶型纳米氧化铝的低温煅烧特性。论文的主要研究成果有: (1)针对目前现有的制取纳米氧化铝的各种方法的特点和目前在纳米氧化铝技术中存在的问题,提出了一种新的制取纳米氧化铝的技术方法—爆轰合成法。该方法具有合成反应速度快、合成设备工艺简单和易放大产量等优点。另外,爆轰合成本身具备气相合成的特点,合成出高分散性、高纯度的纳米氧化铝具有本身技术上的优势。 (2)利用该方法成功地制取出了球形的纳米γ型氧化铝、球形的纳米α型氧化铝和片状的纳米α型氧化铝以及球形的混合型纳米氧化铝。 (3)从爆轰合成出不同形状及晶型的纳米氧化铝的研究中,获得了爆轰合成专用系列炸药和其制造方法(如粉末与压装、水胶)。例如,硝酸铝系列合成纳米氧化铝专用系列炸药及其制造方法;氢氧化铝系列合成纳米氧化物专用系列炸药及其制造方法等。另外,针对炸药爆轰时产生的有害气体对环境的污染问题,进行了炸药的氧平衡研究。研究结果表明通过往炸药里面添加合适的氧平衡剂可以使炸药在爆轰合成纳米氧化铝的过程中只产生少量或不产生污染气体,从而可解决污染问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 纳米氧化铝的发展综述
• 1.1.1 纳米氧化铝的性能
• 1.1.2 纳米氧化铝的应用
• 1.1.3 纳米氧化铝的制备
• 1.2 纳米氧化铝发展中存在的问题
• 1.3 论文的研究内容及重要意义
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 拟采取的研究方法
• 1.3.3 研究意义
• 2 炸药掺加硝酸铝、氢氧化铝前驱体爆轰合成纳米氧化铝的方法
• 2.1 现有的爆轰合成纳米材料的方法
• 2.1.1 爆轰合成纳米金刚石
• 2.1.2 爆轰合成纳米石墨
• 2.1.3 炸药爆轰驱动金属铝粉爆轰合成纳米氧化铝
• 2.2 炸药掺加硝酸铝、氢氧化铝前驱体爆轰合成纳米氧化铝的方法
• 2.2.1 方法的提出
• 2.2.2 方法的介绍
• 2.2.3 纳米氧化铝粉末的表征
• 2.3 小结
• 3 爆轰合成纳米γ型氧化铝
• 3.1 实验材料和设备
• 3.1.1 实验原材料
• 3.1.2 主要设备
• 3.2 混合炸药的配制
• 3.3 合炸药爆炸可行性分析
• 3.3.1 理论计算
• 3.3.2 炸药质量
• 3.4 具体实验
• 3.5 实验结果和讨论
• 3.5.1 爆轰产物的物质晶型、晶粒尺寸确定
• 3.5.2 纳米γ型氧化铝的形貌、颗粒尺寸表征
• 3.5.3 纳米γ型氧化铝的BET表征
• 3.5.4 纳米γ型氧化铝的热分析
• 3.6 实验结果分析
• 3.7 纳米氧化铝颗粒生成时间估算
• 3.8 小结
• 4 爆轰合成纳米α型氧化铝
• 4.1 爆轰合成纳米球形α氧化铝
• 4.1.1 实验原材料和设备
• 4.1.2 混合炸药的化学配制
• 4.1.3 爆炸可行性分析
• 4.1.4 具体实验
• 4.1.5 实验结果和讨论
• 4.1.6 本次实验结论
• 4.2 爆轰合成片状纳米α氧化铝
• 4.2.1 实验原材料和设备
• 4.2.2 混合炸药的配制
• 4.2.3 混合炸药爆炸可行性分析
• 4.2.4 具体实验
• 4.2.5 实验结果和讨论
• 4.2.6 本次实验结论
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 小结
• 5 控制爆轰合成纳米氧化铝的研究
• 5.1 实验
• 5.1.1 高密度系列混合炸药的爆轰
• 5.1.2 中低密度系列混合炸药的爆轰
• 5.1.3 低密度系列混合炸药的爆轰
• 5.1.4 中高密度系列混合炸药的爆轰
• 5.1.5 实验结果和数据的分析
• 5.2 计算
• 5.2.1 理论依据
• 5.2.2 BKW计算
• 5.2.3 其它方法的计算
• 5.3 小结
• 6 纳米氧化铝的煅烧特性研究
• 6.1 纳米γ型氧化铝的煅烧特性
• 6.1.1 实验原料
• 6.1.2 实验样品的加热
• 6.1.3 加热样品的衍射分析
• 6.1.4 加热温度对纳米球形γ型氧化铝的晶粒度的影响
• 6.1.5 本次实验结论
• 6.2 纳米α型氧化铝的煅烧特性
• 6.2.1 实验原料
• 6.2.2 实验样品的加热
• 6.2.3 加热样品的衍射分析
• 6.2.4 加热温度对纳米球形α型氧化铝的晶粒度的影响
• 6.2.5 本次实验结论
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书