硼酸铝晶须简介

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硼酸铝（ 9Al2O3·2B2O3 ）是一种针状单晶，晶系、空间群 和晶胞参数等见下表:
1.晶须简介
硼酸铝晶须 图片
1.晶须简介
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
3.2. VLS生长机理
反应体系中存在的催化剂液滴是气体原料和固体产物的媒介。
气相原料分子在低于二维成核临界过饱和点（P/Pe)crit的条
件下通过气-液界面输入到小液滴中，使小液滴成为含有晶
须气体原料的熔体，当熔体达到一定的过饱和度时析出晶体
并沉积在液滴与基体的界面上。随着气源的连续供给，晶须
2.2.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。
2.4.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%。
2.5.液相生长法
液相生长法。以铝盐作铝源，以硼酸作硼源，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100-300um，晶须的直径、长 度可以根据制备工艺条件进行调整。
2.6.熔融法和气相法
1)气相法是利用卤化铝蒸汽和氧化硼蒸汽通过水蒸气在高温下 反应制取硼酸铝晶须。
其它生长机理
晶须毒化诱导生长机理；晶须结构各向异性诱导生长机理； 晶须开裂生长机理；扩散控制生长机理等。
3.1.轴向螺旋位错生长机理
基于晶体螺旋位错生长理论, 人们推测在晶须的轴向尖端也 存在着螺旋位错露点头, 显露出的台阶给晶体生长提供了一 个能量“优惠区”, 使在很低的过饱和度的条件下, 晶须就 能沿轴向生长并能保持边缘的光滑。该机理适用于解释液相 及气相中晶须的生长过程。
3.生长机理
螺旋位错生长机理
1958年，由 F.C.Frank提出。该机理适宜于解释液相及气相 中晶须 的生长过程。
VLS生长机理
20世纪60年代，由Shyne和Milewski提出。该机理适宜于解 释气相中晶须的生长过程，许多有价值的晶须如α -Al2O3 、 B 、NiBr2、 NiO、 Se、 Si 和SiC等皆以VLS机理生长。
2.3.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B2O3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。
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 、Al2O3·B2O3 。Al2O3·B2O3 存在于天然 矿物中，9Al2O3·2B2O3 、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 。
2)熔融法是将氧化铝和氧化硼在高温下熔融、冷却生成硼酸铝 晶须。通过在1200-1600℃下加热氧化铝、氧化硼和0.110%(重量比)的氧化铁制得高长径比的硼酸铝晶须，在制备 过程中Al2O3 /B2O3的摩尔比为9/1-1/2.5。由于气相法在工 业生产中操作较困难，而熔融法的制备温度又太高，较难达 到要求，工业生产硼酸铝晶须一般很少采用气相法和熔融法。
主要内容
晶须简介 晶须制备 生长机理 应用前景 未来发展
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。
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/℃
1.晶须简介
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
2.晶须制备
2.1.烧结法
烧结法 是将氧化铝和氧化硼的混合物在一定温度下烧结一定 时间而得到硼酸铝晶须的方法。用含铝化合物和含硼化合物 在A/B=(2-4.5 )/ 1时，加入20-40%重量分数的硫酸盐或碱金 属氯化物组成的烧结剂，在900-1300 ℃下反应30min至4h， 然后将反应产物水解、过滤、干燥，从而制得质量良好的硼 酸铝晶须。