硼酸铝晶须简介..

水热法硼酸铝晶须的生长机理
结合溶体中晶须生长的规律和试验中的制备过程 以及微观形貌，晶须的生长过程微观示意图如下 图所示。硼酸铝晶须的生长过程首先是晶核的生 成，在1050℃左右，出现大量的晶核。根据布拉 维法则，面网在垂直方向的生长速度与该面网的 面网密度成正比。面网密度小的晶面生长速度快， 最终被面网密度大的相邻晶面所淹没。而面网密 度越大，相应的晶面间距也就越大。
硼酸铝晶须 简介
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主要内容
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晶须简介 晶须制备
生长机理 应用发展
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1 晶须简介
什么是晶须？什么是硼酸铝晶须？
• 晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非 常小（微米数量级），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位错、 空穴等），其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体 [1]的理 论值。其机械强度等于邻接原子间力。 • 硼酸铝晶须 分子式：nAl2O3·B2O3 它的种类较多，但常见的3种形态是9Al2O3·2B2O3 、2Al2O3·B2O3 、 Al 2 O 3 ·B 2 O 3 。 Al 2O 3 ·B 2O3 存在于天然矿物中， 9Al2 O 3 · 2B 2O 3 、 2Al2O3·B2O3 则为人工产品。由于9Al2O3·2B2O3 晶须的性能优异， 工业化晶须主要指9Al2O3·2B2O3 。
塑料增强材料
硼酸铝晶须可以用于各种塑料的增强材料，尤其是用于精密塑料构件 时，其成型体表面非常光洁，对模具磨损小，原因是其直径小，长度 短。与玻璃纤维比较，对微小、复杂形状的塑料制品的增强作用更明 显，而且赋予制品等方向性。 用于塑料的增强材料，当达到30%（重量）含量时，机械强度可增强 一倍以上，而拉伸弹性模量可增大二倍以上。
2.3.水热法
水热法 制备硼酸铝晶须是首先制备硼酸铝凝胶，然后对凝胶进行 水热处理，一般铝盐选择在水中溶解度较大的硫酸铝、硝 酸铝等，硼盐则可以选择硼酸铵、硼砂等。由氧化铝或含 铝化合物、氧化硼或含硼化合物在Al2O3与B2O3的摩尔比为 9/1-1/2.5的条件下，和0.1-10%重量分数的氧化铁先制成 硼酸铝凝胶颗粒，然后加热凝胶颗粒而制得硼酸铝晶须。 将铝盐和硼盐配制成8-10%的浓度，在强力搅拌下生成凝 胶，并通过数次过滤洗涤后，将呈中性的硼酸铝凝胶放入 反应釜中，密闭加热到450℃ ，同时排放过量的蒸汽，保 持压强在35MPa，在此条件下保压至室温，然后将料浆过 滤，用热水洗涤、干燥得到硼酸铝晶须，晶须直径1-5um， 长度20-200um，收率达到96%。
2.4.液相生长法
液相生长法：以铝盐作铝源，以硼酸作硼Fra Baidu bibliotek
源，加适量催化剂，在适当配比下混合， 在一定条件下进行化学反应，生成硼酸铝 晶须，晶须的直径为1-10um，长度为100300um，晶须的直径、长度可以根据制备 工艺条件进行调整。
3 生长机理
水热法硼酸铝晶须的生长机理：
在研究硼酸铝的生长机理时可以借鉴溶液中晶体 的生长方式，溶液中生成晶核后，溶质分子或离 子会连续一层层排列上去而形成晶粒，晶体生长 第一步为溶质扩散，即待结晶的溶质借扩散穿过 靠晶体表面的一个静止液层，由溶液中转移至晶 体表面；第二步为表面反应，即达到晶体表面的 溶质嵌入晶面，使晶体长大。
硼酸铝晶须对氰酸酯树脂性能的影响， 研究表明硼酸铝 晶须的加入提高了氰酸酯树脂材料的冲击强度和弯曲强度。 在此基础之上，又加入了玻璃纤维，形成了晶须/ 聚合物 / 纤维复合材料
应用
增强陶瓷基复合材料
硼酸铝晶须用于增强陶瓷和玻璃可提高材料的冲击强度、弹性模量、 硬度和压伸强度等。到目前为止，晶须增韧的陶瓷材料已成功地应用 在切削刀具、耐磨件、宇航及军用零件上 。
2.2.高温熔剂法
高温熔剂法：应用高温熔剂法在1280-1320℃
间，氧化硼和氧化铝的配比为1/4.5，熔剂加入量 为70%的条件下，恒温9h反应制得硼酸铝晶须，其 长径比50～100 。 以玻璃态、粉末态 B 2 O 3 作为硼源， Al (OH) 3超细 粉作为铝源。按一定的摩尔比计算，称取一定质 量的原料,加入适量的熔剂A ，混合研磨数分钟后， 放入刚玉坩埚内，置于 Si - C 棒炉中，加热至 1280 ℃左右，恒温一定时间后，冷却至室温后取 出试样。
2 晶须制备
制备方法 助 熔 法 高 温 溶 剂 法 液 相 生 长 法
水 热 法
2.1.助熔法
助熔法 是在能提供氧化铝和氧化硼的化合物中加入助熔剂来制备 硼酸铝晶须。氧化铝的提供物是能够在反应中转化成氧化 铝的物质，反应中氧化铝全部参加反应，反应完成后不残 留氧化铝，以保证硼酸铝晶须的纯度，这类物质可以是硫 酸铝、硝酸铝、卤化铝、硫酸铝钠(钾)等。氧化硼的提供 物是能够在反应中转化成氧化硼的物质，这类物质可以是 氧化硼、硼酸、硼酸醉、四硼酸钠、焦硼酸钾等。反应中 加入助熔剂的作用主要是用来降低体系的熔融温度，对助 熔剂的要求是其熔融时粘度低，能阻止生成的晶须分解， 助熔剂一般可选用碱金属硫酸盐,卤化物、碳酸盐、硝酸 盐等。
水热法硼酸铝晶须的生长机理
4 应用发展
硼酸铝晶须增强金属复合材料 硼酸铝晶须加入金属材料中后，可以提高金属材料的各 项性能，应用于镁合金时， 还可以减少镁合金用作发动 机材料时的宏观缺陷。另外，硼酸铝晶须在液态合金过滤 器、压缩机叶片和航空工具等方面的应用也十分广泛。 硼酸铝晶须用于高分子材料
硫酸铝晶须
硼酸铝晶须性能指标（企业标准）
外观：白色针状 长度：5-30um 耐热性：1420-1460℃ 分子量：1066.88 相对密度：2.90-2.94 拉伸强度：8 Gpa 直径：0.5-1um 莫氏硬度：7 弹性模量：400 Mpa 热膨胀系数：4.2×10－6/℃
基本特征： ·极高的强度和弹性 ·优良的耐酸、碱性 ·高熔点、耐热性能较好 ·近似化学中性 ·温度膨胀系数低
发展
目前，晶须增强的铝、镁基复合材料已在一些领域应用成 功，并且对晶须增强铝基复合材料的腐蚀行为、热膨胀、 超塑性以及晶须取向等进行了较为广泛的研究，但晶须增 强机理、制备工艺和结构特性尚不是十分明朗，为了进一 步提高材料的性能，降低制造成本，必须加强晶须增强机 理、制备工艺和结构特性等问题的进一步研究，以促进其 产业化进程。