铝包氧化铝的改性研究论文.docx

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铝包氧化铝的改性研究论文

铝包氧化铝改性的研究

（巢湖学院化学系,安徽巢湖238000）

摘要：

氧化铝陶瓷具有储量丰富、耐高温、耐腐蚀、耐磨损及高温抗氧化性等优异性能而被广泛应用于研制金属陶瓷材料复合材料、高分子陶瓷复合材料。

但由于氧化铝与金属材料及高分子材料物理化学性能的巨大差异，使复合材料制备过程中不同组分间润湿性较差，复合质量不高，复合材料的性能远达不到理论指标。

为改善界面的润湿性，使复合材料的组织变得更加均匀，从而改善复合材料的性能。

本论文以铝粉和氧化铝粉末为原料，利用机械力化学法（高能球磨法）制备铝包覆氧化铝粉。

研究不同工艺、不同球磨时间对结果的影响。

并将所有试样进行X衍射仪分析。

氧化铝粉由原始的白色转为包覆后的灰白色，铝除包覆在氧化铝粉体表面，部分还在复合粉体之间形成粉体之间的镶嵌和塑性连接。

实验结果表明：

球磨时间是影响包覆粉体粒度的重要条件，在X小时内，球磨时间长，粉体粒径小，最小粒径为Xnm。

球磨时，液相载体正已烷的加入改善了复合粉体分散性，并且纳米粉体保持了一定的非晶性质。

关键词：

氧化铝；表面包覆；改性；机械力化学法

AStudyOfAluminium-CoatedAluminaModification

WuYe

（Chemistrydepartment,ChaohuCollege,Chaohu238000,Anhui,China）

Abstract:

Aluminumoxidepowderscoatedwithaluminiumbythemethodofmachineryforcechemistry（highenergyballmilling）.Thecoatingmakesthewhitepowdersintogray.ExperimentresultsshowthathighenergyballmillingenablessomeAluminumtocoatonthesurfaceofaluminumoxideandothersadheresbetweenthepowders.Itindicatesthathighenergyballmillingachievestheplasticcoating.Themillingtimeisanimportantfactorwhichextremelyeffecttheparticlesizeofthecompositepowders.WithinXhours,thelongerthemillingtime,thesmalleristheparticlesizeofcompositepowders.ThesmallestparticlesizeisXnm.Inaddition,Hexanolplaysanimportantpartonthedispersionofthenanopowdersduringtheballmilling.

Keywords:

alumina;surfacecover;changenature;themethodofmachineryforcechemistry

目前,国内外对氧化铝粉体表面改性的研究很重视,氧化铝粉体以其热膨胀系数小热导率高,耐磨,耐腐蚀等特点越来越广泛地应用在陶瓷与金属复合材料领域中。

但氧化铝陶瓷的韧塑性较差，而且氧化铝微粉在陶瓷成型中易团聚，从而使坯体的微观结构变得不均匀，影响下一道工序，最终影响了材料的整体性能，大大地限碍了超细微粉优势的发挥，为了扩大陶瓷的应用范围，必须解决陶瓷的成型工艺，由此产生了对超细粉的表面改性研究，为了改善氧化铝与金属在物化性质上的巨大差异，使复合材料界面结合强度足够理想，国内外作了大量的工作,其中增强体表明涂层改性是较为有效的一种途径。

本文研究了利用机械力化学法在氧化铝粉体表面包覆一层铝使其表面性质发生改变，主要目的在于提高氧化铝陶瓷与金属复合材料界面结合强度。

1绪论

1.1氧化铝的特点及应用

1.1.1普通氧化铝的特点及应用

氧化铝（或称为刚玉;白玉;红宝石;蓝宝石;刚玉粉）通常称为“铝氧”，是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。

它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。

它是铝电解生产的中的主要原料。

氧化铝是铝和氧的化合物，分子式为Al2O3。

在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土。

制备方法为：

强热氢氧化铝，可得无定形之白色氧化铝粉末。

2Al（OH）3→Al2O3+3H2O

主要用途有：

（1）红宝石、蓝宝石的主成份皆为氧化铝，因为其它杂质而呈现不同的色泽。

红宝石含有氧化铬而呈红色，蓝宝石则含有氧化铁及氧化钛而呈蓝色。

（2）在铝矿的主成份铁铝氧石中，氧化铝的含量最高。

工业上，铁铝氧石经由Bayerprocess纯化为氧化铝，再由Hall-Heroultprocess转变为铝金属。

（3）氧化铝是金属铝在空气中不易被腐蚀的原因。

纯净的金属铝极易与空气中的氧气反应，生成一层薄的氧化铝薄膜覆盖在暴露于空气中铝表面。

这层氧化铝薄膜能防止铝被继续氧化。

这层氧化物薄膜的厚度和性质都能通过一种称为阳极处理（阳极防腐）的处理过程得到加强。

（4）铝为电和热的良导体。

铝的晶体形态金刚砂因为硬度高，适合用作研磨材料及切割工具。

（5）氧化铝粉末常用作色层分析的媒介物。

（6）与金属的复合

热喷涂技术作为当今工业中广泛使用的最行之有效的表面工程方法之一,它是一种材料表面强化和表面改性的新技术,可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减摩和密封等性能,已广泛应用于航空、航天、军工、机械制造等领域。

（8）与有机物的复合

氧化铝粉体可用作塑料、橡胶等高聚物的填料。

这些无机填料的晶体结构、粒度、颗粒形状、表面性质等决定其填充性能。

现代新型高聚物材料不仅要求非金属矿物填料具有增容和降低材料成本的功效，更重要的是能够具有补强或提高高聚物的耐热性等功能。

填料表面改性是提高无机物填料填充性能的重要技术手段。

1.1.2特种氧化铝的特点和应用

氧化铝除大部分用于电解生产金属铝外,还有一部分是非冶金用氧化铝,又称其为特种氧化铝。

特种氧化铝分子式为α-Al2O3,相对分子质量为101.96,熔点2050℃,沸点2980℃,膨胀系数8.6×10-8K-1,热导率0.2888W/（cm·K）,外观呈白色微细粉末,晶型为三方晶系,粒度均匀,易于分散,流动性好,无味,化学性能稳定,不溶于水,微溶于酸、碱,易烧结,耐高温,是生产耐热、耐磨、耐腐蚀产品的重要原料。

主要用途有：

（1）生物医学工程材料

氧化铝能促进骨骼生长,而且能与骨骼进行物理嵌合。

医学工程材料用的氧化铝有多晶体和单晶体两种,多晶体是用氧化铝粉末烧结而成,单晶体是用提拉法或伯努利法制成。

欧美各国已广泛采用氧化铝多晶体制造人造牙根和人造骨;日本则研究用三氧化二铝单晶体制造人造牙根和骨折固定具（螺栓、螺母、螺钉、销钉等）。

（2）精细陶瓷

精细陶瓷可分为氧化物陶瓷与非氧化物陶瓷两大类。

前者有氧化铝陶瓷、ZrO2陶瓷等;后者有Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等。

目前应用最广的是Al2O3陶瓷。

Al2O3陶瓷主要用于制火花塞、坩埚、窑炉、模具、切削工具、柱塞泵、滚压粉碎机、磨碎用球以及衬里等。

用作高频绝缘材料,特别是用作火花塞时,既要能经受住发动机气缸内燃烧爆炸时的高温（2500℃）和高压（4.9MPa）,又要能经受住常温常压及燃料混合气的急冷,而且变化周期非常频繁。

对于这样苛刻条件的应用,现在Al2O3已占主导地位。

（3）氧化铝纤维

氧化铝纤维最引人注目的用途是增强金属。

用碳纤维增强金属时,温度升高,碳纤维就会与金属起反应而失去强度。

氧化铝纤维与金属密接性好,对金属显惰性,耐腐蚀,所以是理想的金属用增强纤维。

氧化铝纤维增强金属的物性优于硬铝合金、不锈钢、铁合金。

氧化铝纤维增强金属是迄今为止性能最好的材料,为机械设计提供了新的可能性,特别是内燃机和飞机制造领域的应用令人瞩目。

（4）特种耐火材料

纯氧化铝由于优良的理化性能,被作为一种质优价廉的特种耐火材料获得广泛的应用。

（5）催化剂及载体

活性氧化铝（γ-Al2O3及η-Al2O3）由于比表面积大、孔隙率高、耐热性好、成型性好而广泛用作催化剂及其载体。

（6）AHT阻燃剂

AHT即水合氧化铝,本身具有阻燃、消烟、填充3个功能,又能与多种物质产生阻燃协同效应。

它无毒,无污染,已成为当今世界上消费量及消费增长率居高不下的阻燃剂。

1.1.3高纯超细氧化铝的特点和应用

高纯超细氧化铝其具有真比重大、莫氏硬度高、耐腐蚀、易烧结等优点,由于具有精细的结构、均匀的组织、特定的晶界结构、高温稳定性和良好的加工性能、绝缘耐热及可与多种材料复合等特性,主要用于电子工业、生化陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷等方面,是电子、机械、航空、化工等高科技领域中的基础材料之一。

高纯超细氧化铝的用途

电子工业方面的应用

高压钠灯：

发光管由高纯超细氧化铝为原料制成的精细陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、绝缘性好、强度高等特性,是一种优良的光学陶瓷材料。

由多晶不透明的氧化铝制成的氧化铝透明体,可用作高压钠灯发光管,其照明效率高。

传感器：

高纯超细氧化铝制成的精细陶瓷,利用其晶粒、晶界、气孔等结构特征来作为敏感元件,因其具有耐高温、抗腐蚀等特性而广泛用于高温、腐蚀性强的恶劣环境下进行检测温度、可燃性气体浓度等。

其它利用高纯超细氧化铝的绝缘性制取的陶瓷多层板,可用于计算机芯片的封装,使计算机的性能得以提高,利用其高温稳定性制成的电火花塞,可用于汽车飞机发动机内部,使发动机性能得以提高。

医学方面的应用

以高纯超细氧化铝为原料制取的生物陶瓷,由于机械强度高、耐磨性好等优点,可以用于人造牙根及龋齿处理后的充填材料,还可以用来制作人造骨、人造心、关节等。

若添加少量与骨质成份类似的物质,可以改善人造骨与肌体的生物相容性。

目前,正在重点研究用于制作人造气管等软组织材料及模拟生物肌体功能、人工智能方面的生物陶瓷材料,生物陶瓷的应用前景远大。

航空方面的应用

氧化铝纤维、晶须及其复合材料,是高性能的防热绝热材料,在高技术领域及节能方面有广泛的运用,在航天高技术领域中有广泛的应用前景,可用作航天飞机的热防护、火箭发动机喷管的喉部衬垫、火箭发动机内衬和尾部喷管的绝热材料。

在化工方面的应用

高纯超细氧化铝孔径分布良好,孔容高、表面积高达60~400平方米每克,是良好的催化剂载体,广泛应用于石油化工及汽车尾气处理、烟气净化等方面氧化铝多孔体精细陶瓷用于电解隔膜、细菌过滤、精密过滤、烟雾分离、集尘等,与原来使用的金属网、滤布相比,它能形成稳定的过滤膜,且滤膜厚度。

均匀、可靠性强。

制成的峰窝状陶瓷器件,用于触媒载体、热交换体等。

机械方面的应用

因高纯超细氧化铝具有耐高温、耐高压、强度大、耐腐蚀的优点,以其为原料制成的精细陶瓷在机械方面有较广泛的应用,可用于球磨体、粉碎机等粉碎装置内的易损件,利用其耐磨及尺寸稳定性制成成型机械、工具、量具、轴瓦等利用其耐磨、表面光滑度及耐腐蚀性制成机械密封、滑轮及化学工业中阀门、流量计、喷射头等。

1.2氧化铝粉末改性研究进展

氧化铝陶瓷具有储量丰富、耐高温、耐腐蚀、耐磨损及高温抗氧化性等优异性能而被广泛应用于和金属材料、高分子材料的复合。

但由于氧化铝与金属及高分子材料物化性能的巨大差异，使复合过程中不同组分间润湿性较差，复合