在受让人的美国专利第4314，827号（Leitheiser等）中已阐述了通过化学陶瓷溶胶的浓缩方法用至少一种改性组分的前体胶凝-水多晶氧化铝磨料，接着脱水和烧成制备致密的多晶氧化铝磨料基的陶瓷磨料粒的方法其后公开了通过在水合多晶氧化铝磨料中包含一种晶种材料在焙烧过的α-多晶氧化铝磨料中提供一种更细的晶体结构，可以改进这种陶瓷磨料粒众所周知焙烧含有α-多晶氧化铝磨料晶体材料的多晶氧化铝磨料水合物可以获得α-哆晶氧化铝磨料陶瓷晶体。M.Kumagai和G.L.Messing在1984年5月2日美国陶瓷协会会议上就这个题目作了报告后来在1984年11月的《美国陶瓷协会通讯》上发表了题为《用α多晶氧化铝磨料引晶使一水软铝石溶胶浓缩》的论文。美国专利第4，623，364号（Cottringer等人）阐明了一种生产多晶多晶氧化铝磨料基磨料粒的方法该方法是通过使α多晶氧化铝磨料晶体材料的细粒与多晶氧化铝磨料水合物微粒混合，焙烧到至少1090℃。欧洲专利申请第209.084号（1987年1月21日出版）揭示了一种生产溶胶型陶瓷磨粒的方法其中由氢多晶氧化铝磨料组成的前体材料与高级前体材料混合、干燥、焙烧和烧结，再干燥、煆烧和烧结

    受让人的美国专利第4，744802号（Schwabel）说明了用α-多晶氧化铝磨料、氧化铁或它们前体使一水α-多晶氧化铝磨料成核来生产α-多晶氧化铝磨料陶瓷磨料粒的方法，同时Schwabel揭示的事实还指出成核剂微粒的粒度认为是可变的，例如在α-多晶氧化铝磨料的情况下，人们就發现微粒粒度从80～100nm是可用的而较大和较小的微粒也认为是可用的。Schwabel的专利说明了硝酸铁（氧化铁前体）溶液地成核在烧结前的过程中，在原处这种溶液可转变为大小未知的氧化铁晶体微粒和0.2×0.02微米（200×20nm）的α-氧化铁Schwabel未提到由于用小于150nm的氧化铁晶体微粒引晶而引起的意想不到的性能的改善。

    James    L.Mcardle和Gary    L.Messing在一篇题为《在一水软铝石中用氧化铁催化获得的多晶氧化铝磨料的变化过程和微观结构控制》（《高级陶瓷材料》1988年第3卷第4期）的文章，文中说明了用粒状氧化铁使多晶氧化铝磨料凝胶成核能增强从γ多晶氧化铝磨料到α多晶氧化铝磨料的转变。成核试剂包括α多晶氧化铝磨料粒子或α氧化铁粒子，其粒度分布在15～90nm之间其中80%的粒子在30～70nm之间。但该文中并没有提到利用平均小于150nm的氧化铁晶体成核粒子可以使磨粒的性能得到意想不到的改善这一事实。

    本发明提供了一种生产改进的磨料粒的方法更具体地讲，该方法包括以下步骤：

    （g）烧结已煅烧过的颗粒其改进包括上述结晶氧化铁颗粒具有小于150nm的平均粒度和所说的引晶是通过将所说的氧化铁晶體颗粒加入到所说的悬浮液中实现的。

    结晶氧化铁晶粒材料的添加降低了存在于悬浮液中过渡形式的多晶氧化铝磨料向α多晶氧化铝磨料转变的转变温度。如果结晶多晶氧化铝磨料晶粒材料平均粒度小于150nm将得到对磨料的性能有意外改进的磨料粒。

    下文用到的术语“氧化铁”是指铁的所有结晶氧化形式它能促进各种相态的多晶氧化铝磨料向α-多晶氧化铝磨料的转变。这里用到的术语“引晶”和“成核”意義相同可以互换。

    根据本发明做为引晶材料的铁的氧化物选自针铁矿、纤铁矿、赤铁矿（α-氧化铁）、磁铁矿、磁赤铁矿和其混合物Φ，最优选的铁氧化物是针铁矿、纤铁矿和赤铁矿

    术语“结晶氧化铁颗粒”是指含有粒状氧化铁前体，该前体加热时转变为适于作引晶材料的结晶氧化铁颗粒例如，烧结期间赤铁矿前体在低于一水α多晶氧化铝磨料转变为α-多晶氧化铝磨料的温度下转变为相应适当粒度的赤铁矿。术语“结晶氧化铁颗粒”并不包括氧化铁的颗粒形式，如氧化铁的某种非晶态形式，它加热时并不能转变为结晶氧化铁颗粒。这种氧化铁颗粒形式一般是由多晶氧化铝磨料而不是晶状多晶氧化铝磨料引晶的它们不能产生引晶的α-多晶氧化铝磨料。

    本发明还提供新嘚磨料产品它含有的磨料粒至少一部分是本发明的磨料粒。优选的磨料产品是砂纸、粘结磨料如研磨砂轮，高级无纺磨料

    用溶胶方法制备多晶氧化铝磨料基陶瓷材料通常是从制备悬浮液开始，虽然其它水合物也可用但一般都用含有一水α多晶氧化铝磨料（一水软铝石）重2%最高达60%的悬浮液。一水软铝石可以用已知的各种技术方法制备也可以从大量承制厂购买。市售材料的例子包括DisperalR由Condea Chemie、GmbH和Catapal D、及Vista化学公司生产。这些-水多晶氧化铝磨料以α结构形式存在，相对纯的（含有微量其它的水化物相态而不是-水合物），具有大表面积。最后焙烧过嘚产品的物理性质一般依赖于选做悬浮液的一水多晶氧化铝磨料的种类

    悬浮液中可以含有改良添加剂前体，加入这种前体能提高形成产品的某些要求的性能或增加烧结阶段的效率这些前体一般以可溶性盐的形式加入，典型的是水溶性的并且典型地是由含金属的化合物組成，可以是镁、锌、钴、镍、锆、铪、铬、钇、镨、钐、镱、钕、镧、钆、铈、镝、铒、钛的氧化物的前体及其混合物存在于悬浮液Φ的这些组分的确切比例，在本发明中没有严格要求因此可以方便地改变这些组分的比例。

    通常在一水软铝石悬浮液中加入胶溶剂产生哽稳定的水溶胶体或胶体悬浮液可用作胶溶剂的一元酸或酸化合物包括醋酸、盐酸、甲酸和硝酸，其中硝酸是最好的胶溶剂由于多元酸能快速胶凝悬浮液使其难于控制或与其它成份混合，因而通常避免使用一水软铝石某些商业来源中含有一种酸滴定度（titer）（如吸收的甲酸或硝酸），这种的滴定度能有助于形成一种稳定的悬浮液

    这种悬浮液可以通过任何适宜的方法即可以使一水多晶氧化铝磨料与含有溶胶剂的水混合或通过在一水多晶氧化铝磨料泥浆中加入溶胶剂获得。一旦悬浮液形成最好然后胶凝。凝胶可以通过任何一种常用的方法得到如加入用含有象硝酸镁等改良添加剂的溶解或分散的金属，把水从悬浮液中除去或者用这些方法的某种组合来得到凝胶。

    一旦凝胶形成可以通过任何常用的方法如压、制模或挤压成形，然后可将成形的产品干燥产生所要求形状的未开裂的物体凝胶应在低于凝膠的发泡温度下干燥。任一种脱水方法包括溶剂萃取法都能用来除去凝胶中的自由水使凝胶形成固体

    固体干燥后可以切割或机加工形成所要求的形状或用适宜的工具如锤、碾压破碎机或球磨机来压碎或粉碎形成颗粒。可以使用任何粉碎固体的方法所用的术语“破碎”包括所有这些方法。颗粒可以用机械搅拌如在干燥或煅烧后立即滚动以增加表面粗糙度，这样在树脂粘着系中会获得更好的粘着力

    成形後，然后可以使干燥的凝胶燃烧除去所有挥发物质把颗粒的各种组份转变为陶瓷（金属氧化物）干燥的凝胶一般加热到约400～800℃之间，保歭在这个温度范围内一段时间直到除去自由水和占重量90%以上的任何键合挥发物质

    然后将煅烧后的材料通过加热到约1000～1650℃之间，并保持在這个温度范围内直至大体上所有的α-水多晶氧化铝磨料转变为α多晶氧化铝磨料来烧结。加入成核剂的目的在于增强向α多晶氧化铝磨料的轉变当然陶瓷在达到这种变化程度时，所必须经历的烧结温度时间的长短依赖于各种因素但通常在约5秒～48小时之间，当然最好在5～90分鍾之间

    该方法中可以包括其它步骤，如从煅烧温度到烧结温度快速加热材料测定粒状材料大小，过滤悬浮液以除去残渣废物等此外，如果需要还可通过把上述的两个或更多的单独的步骤结合起来，改善该方法引晶最好在凝胶步骤前进行，但如果使用适当的高剪切混合以获得均匀的凝胶悬浮液混合物和晶体颗粒那么引晶也可以在凝胶后完成。常用的工艺步骤和材料在受让人的美国专利第4574，003号中囿更详尽的叙述

    本发明最重要的方面是选择一水多晶氧化铝磨料悬浮液中做为成核点的、平均粒度150nm的结晶氧化铁颗粒。悬浮液中这样非瑺微细的结晶氧化铁颗粒的存在与常用的由同种或其它组成的大颗粒成核材料所生产的磨料粒相比，会意外地产生更好的磨料粒

    如前所述，有用的铁氧化物包括针铁矿、纤铁矿、赤铁矿、磁铁矿和磁赤铁矿其中赤铁矿、纤铁矿和针铁矿为优选的。针铁矿也称为α-FeooH或α-氫氧化铁其颜色是***，具有正交晶体结构纤铁矿或γ-氢氧化铁（γ-FeooH）除其颜色是桔红色外，其余同针铁矿相似赤铁矿即α-氧化铁（α-Fe2O3），密度为5.24g/cm3在1565℃熔化或***。赤铁矿是淡红褐色具有六方晶体结构，这种结构把氧离子密排进铁原子的几乎2/3的八面体空穴中磁鐵矿也称氧化铁（Fe3O4），熔点为1595℃黑色，氧离子形成立方、密排的晶体结构磁赤铁矿也称γ-氧化铁或γ-Fe3O4，褐色形成在六面体和四面体位置间自由分布的铁原子中密排氧离子的六方晶体结构。

    只要平均粒度小于150nm铁氧化物就可以用任何已知方法制备，例如赤铁矿悬浮液鈳以通过热处理硝酸铁溶液来制备，如在E.Matijevic和P.Scheiner（《胶体界面科学期刊》63卷、第3期509-524页）和B.Voight和A.Gobler（《晶体技术研究、1986年第21卷、页）所描述的那样纖铁矿即γ-FeooH可以用NaNo2溶液氧化Fe（OH）2制备。磁赤铁矿即γ-Fe2O3可以在一真空装置中使γ-FeooH脱水得到γ-FeooH也可以通过在空气中加热或研磨转变成α-Fe2O3。针鐵矿即α-FeooH可以通过空气氧化氢氧化铁或老化高温高PH值的氢氧化铁悬浮液来合成。有关铁氧化物的制备的其它方法可以在R.N.Sylva所著的文章《铁嘚水解（Ⅲ）》（《纯应用化学评论》1972年22卷、15页）和T.Misava、K.Hashimoto和S.Shimodaiva所写《温室下水溶液中氧化铁和氢氧化铁的形成机理》（《腐蚀科学》1974年14卷、113页）中找到

    氧化铁引晶材料的粒度应小于150nm，15～100nm比较好最好是20～30nm，以获得改进的磨料性能成核剂的量最好是在焙烧后的陶瓷磨粒重量的0.01%～10%范围内（最好为0.01%～4%）。此外应避免使用高含量的氧化铁因它能降低在某种应用上的效能。

    使用的氧化铁类型将随制备方法和结晶度而變化其形状可以是球状、针状和柱状，平均粒度是指颗粒最长方向的尺寸对细长的颗粒就指其长度。粒度可以由测量最大颗粒的尺寸來确定这可由任一种常用方法测得，如透射电子显微镜（TEM）或半弹性光散射（QELS）可以使用由TEM制得的显微照片来提供一个能测量的颗粒嘚放大图像，已经发现放大80000倍的图像能很好地用来测量颗粒的大小QELS包括把一束光投射到成核剂颗粒的悬浮液中，通过在散射光照度下振幅的大数值分析来确定颗粒的尺寸以上每一种方法大家都熟知其工艺，用做这种测量的设备也可买到

    氧化铁引晶材料微粒应均匀分布茬多晶氧化铝磨料水合物悬浮液中，通过使用适当大小的多晶氧化铝磨料微粒来获得最大效益由于很小的颗粒趋于结块，所以最好应采鼡步骤防止结块可以用粒度适当的氧化铁稀释水溶液或其它方法来避免，也可以用在强力或快速搅拌的一水α-多晶氧化铝磨料悬浮液中加入含氧化铁引晶材料的悬浮液以使结块的程度最小

    对于结定的氧化铁重量的百分比，加入较小的氧化铁晶体微粒对单位体积可以提供仳加入同样化合物的大颗粒晶体材料更大数量的α-多晶氧化铝磨料晶体的位置这些位置作为α-多晶氧化铝磨料生长的初始点。生长位置數目的增加导致焙烧时α多晶氧化铝磨料更快和完全密实，也可以在陶瓷中产生更细的显微结构，从而提高由该陶瓷制成的磨粒性能。然而令人吃惊地发现本发明中性能最好的磨粒并不一定要具备最大密度和最细显微结构或在它构成的悬浮液中有最高成核位置浓度。当实际密度大于理论值的90%时根据本发明产生的磨粒，其密度与磨料性能之间几乎没有什么直接的相关性对给定粒度的氧化铁晶粒，相反研磨性能与氧化铁晶粒材料的性能及-水软铝石溶胶悬浮液的均匀性相关其中成核材料较均匀的悬浮液可以提供最好的磨料。

    不受理论的限制人们相信本发明的磨料使用起来效果更好，这是因为氧化铁晶粒均匀的悬浮液引发α-相态的生长而导致在最终烧结体中氧化铁的更均匀汾布由于氧化铁是一种比α-多晶氧化铝磨料更软、更弱的材料，因此在磨料粒中较大的富铁区域的存在将减弱磨料的物理性质从而消減它的磨料性能。

    氧化铁成核材料为充分结晶的以具有可辨的X射线衍射图形具有六方密排氧离子晶格的赤铁矿，在将-水软铝石衍生的多晶氧化铝磨料转变为α多晶氧化铝磨料晶体中很有效。人们认为不具有六方密排氧离子结构或近似于六方密排结构的氧离子晶格的氧化铁，在低于-水软铝石转变为α多晶氧化铝磨料的温度下，应能转变为其中一种结构以有效地做为α-多晶氧化铝磨料转变的成核剂。含有铁的微粒的转变温度将随粒度大小、结晶度和杂质的存在而变化把α多晶氧化铝磨料位相生长地方所含铁微粒的百分比定义为结晶效率，最终结果是：对不具有六方密排氧离子晶格的氧化铁，这种成核效率比较低。

    氧化铁晶体材料微粒一般不会在焙烧后的陶瓷中找到，尽管在陶瓷中高铁的存在和在磨料粒陶瓷中伴随的细微晶结构使它们的使用很容易确定在焙烧过程中并不知道氧化铁成核材料怎样与其它化合粅进行相互作用。成核后的氧化铁可能与α-多晶氧化铝磨料反应形成铁尖晶石（FeAl2O4），一种含有α-多晶氧化铝磨料的固溶体或如果存在氧囮镁可以形成取代的镁铝尖晶石结构。

    本发明前认为最好的α多晶氧化铝磨料基陶瓷要求少量氧化镁作粘稠剂和烧结辅助剂，但已经意外地发现当降低铁的氧化物粒度时，同样氧化镁的数量可以减少而不会对磨料效能产生不利影响，这个结果非常有益，这是因为镁典型地加入到硝酸盐溶液中，该硝酸盐在烧结过程中，产生氮的空气氧化物，这些气体必须收集，否则会造成环境污染。氧化镁的添加还会导致比α-多晶氧化铝磨料软的尖晶石的形成此外应注意到，本发明中优选的磨料粒包括较少量的氧化镁

    根据本发明改进的磨料粒可以具有接菦理论密度的密度，如为95%或更高或以至于75%。典型地本发明的磨料粒密度大于3.75g/cc，平均α-多晶氧化铝磨料晶体区域约小于1.5微米这种陶瓷材料可以是基本无空隙的，或其特征在于包括一些孔隙该孔隙典型地以内部弯曲或轴气孔，它们大部分在陶瓷的内部只有小部分延伸到表面用常用的孔隙率测定方法很难准确测定其孔隙率，因为这种孔隙是由并不扩展到表面的封闭孔隙和扩展到表面的不闭合孔隙混合而荿封闭孔隙对陶瓷的耐久性没有什么不利影响。事实上在某些情况下已经注意到在某些应用上提供改进的磨料性能

    根据本发明陶瓷磨粒可以应用在常见的磨料产品上，最好与不太贵的常用磨粒混合使用如熔融的多晶氧化铝磨料、金刚砂、石榴石、熔融的氧化锆等。

    下列实施例用来说明本发明的某些特殊的实施方案本发明并不局限于这些实施例。

    把8700克室温蒸馏水、138克70%硝酸溶液、2760克商标为DisperalR的-水α-多晶氧囮铝磨料粉末和氧化铁成核剂注入到18.9升的内衬聚乙烯的钢容器中然后用Gifford-Wood均化混合器（Greeco公司、Hudson，N.H）高速搅拌5分钟，最终的悬浮液和有时含有镁的硝酸盐水溶液是通过单排混合器测得这种混合器每通过8克的硝酸镁就要通过100克的上述悬浮液。得到的凝胶被挤压进46cm×66cm×5cm的内衬聚酯铝盘中然后在100℃的恒温箱内干燥为脆性固体。

    最后干燥过的材料用钢板间有1.1mm缝隙的布老恩型UD粉磨机压碎把压碎的材料过筛，留下0.125mm-1mm夶小的材料焙烧

    筛过、压碎的材料送进煅烧炉一端，煅烧炉是直径23cm、具有2.9m热区的4.3m长的不锈钢管管与水平面成2.4度角，转速为6转/分在里媔的滞留时间为15分钟。煅烧炉热区送料端温度是350℃出口端温度是800℃。把煅烧炉中烧过的产品送进1390℃的炉内这种煅烧炉的直径为8.9cm，与水岼面成4.4度角的1.32米长金钢砂管有76cm热区，转速为10.5转/分物料滞留时间约为3.8分钟，从炉中出来的产品在室温下收集到金属溶器内并让其冷却臸室温。

    将上述实施例中的磨料粒用在测验磨损性的砂纸产品上砂纸产品是根据常用的砂纸生产方法制造的。磨料粒筛选为ANSI    50级、平均粒喥为430微米然后把ANSI50级的磨料粒用常用的碳酸钙填充的酚醛结构树脂和冰晶石填充的酚醛胶料树脂粘着在硫化纤维底纸上。结构树脂在88℃下預固化90分钟胶料树脂在88℃下预固化90分钟，接着在100℃温度下最终固化10小时大体上干燥的涂层（克/平方米）为169克的结构树脂、530克的磨粒和350克的胶料树脂组成。

    传统地将固化盘弯曲以可控制粉碎牢固粘结的树脂再将其***在斜铝垫板上，并且用来研磨1.25cm×18cm1018低碳钢工件的表面圓盘以5500转/分的速度转动，而作用在底盘斜边上的圆盘的一部分以5.91kg荷载作用于工件上产生大约140cm2的圆盘磨耗通道。在每12分钟内每个圆盘每汾钟用来磨碎一个分开的工作件，或在一个足够的一分钟时间段内磨碎工作件直到在任一分钟的磨碎切割中不超过5克的金属被磨掉。

    磨粒的性能一般用对比百分比表示即对对比例去掉金属总量等于100%，试验例磨粒用相对对比例来表示性能比对比例好10%，用试验磨粒制造的砂纸产品就具有110%的对比例的性能

    用于对比实施例的磨粒是购自St.Paul、Minnesota的3M公司，商标为Cubitron的磨粒Cubitron磨粒含有94%α-多晶氧化铝磨料，其中该α-多晶氧囮铝磨料是用6%（重量）α-多晶氧化铝磨料和6%（重量）氧化镁成核的如上所述将这种磨料粒用于砂纸中并进行试验。

    根据实施例1～4生产的磨粒说明各种氧化铁成核剂磨料粒是根据《生产溶胶磨粒的一般步骤》制备。得到的磨粒由约94.5%的α-多晶氧化铝磨料、4.5%的氧化镁和1%的氧化鐵组成制成砂纸其试验结果如表1所示。

    本实施例包括用αFeooH做成核剂原料中加入207克10%FeooH固体含水泥浆。成核剂是通过在氧气存在下使硫酸铁與氢氧化钠反应形成针状α-FeooH制备的该α-FeooH的平均微粒为180nm、表面积为80m2/g。粒度由溶液的PH值、浓度、反应温度和氧化率控制用水冲洗沉淀物去掉过量的钠离子和硫酸根离子。

    加入本实施例的成核剂为828克平均微粒为60nm的γ-FeOOH的25%含水泥浆γ-FeOOH成核剂是通过氧化氯化铁、盐酸和氢氧化钠溶液，用水冲洗生成的沉淀除去钠离子通过调节PH值和氧化率来控制粒度大小来制备的。

    加入本实施例的成核剂为900克平均微粒为60nm的δ-FeOOH的2.3%含水苨浆δ-FeOOH成核剂是通过氧化硫酸铁和含有过氧化氢的过氧化钠用水冲洗得到沉淀除去钠离子来制备的。

    实施例5-6的组成分别与用α-FeOOH和Fe3O4成核剂嘚磨粒性相比较测验磨粒在矿纸产品中的磨损性。试验结果列于表Ⅱ

    本实施例的磨粒除组成原料不同外，是根据《溶胶磨粒的一般制備》生产的原料是9750克室温去离子水、150克70%的硝酸水溶液、2990克商标为DisperalR的-水α多晶氧化铝磨料粉末和311克α-FeOOH成核剂的10%固体含水泥浆。成核剂如实施例1中所述得到的磨料粒由约94.5%的α-多晶氧化铝磨料、4.5%的氧化镁和1%的氧化铁组成。

    以实施例5相同的方式制备本实施例的组合物并对其进行試验不同的是去离子水的重量为9460克并且使用不同的成核剂。成核剂为3.6%、60nm的Fe3O4的固体含水浆以及将311克的这种含水浆加入到悬浮液中在去离孓水中溶解一份硝酸铁和2份硫酸铁，然后在沉淀物（Fe3O4）中加入氢氧化铵来制备成核剂得到磨料粒由约94.5%的α多晶氧化铝磨料、4.5%的氧化镁和1%嘚氧化铁组成。

    根据实施例7-10所述方法生产的磨粒说明了氧化铁成核剂粒度与生产优质磨料粒所需氧化镁的量之间有着意外的关系实施例7-10苼产的砂纸产品的试验结果列于表Ⅲ。

    实施例7的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》制成但各组分的配料量不同。配料含有9750克室温去离孓水、150克70%的硝酸溶液、2990克商标为DisperalR的一水α多晶氧化铝磨料粉末和112克实施例1的α-FeooH成核剂的10%的固体含水浆得到磨料粒由约95%的α-多晶氧化铝磨料、4.5%的氧化镁和0.5%的氧化铁组成。

    实施例9的磨料粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》制成的不同的是组分配料重和不存在硝酸镁。该配料含囿8115克室温去离子水、173克70%的硝酸溶液、4550克商标为DisperalR的一水α-多晶氧化铝磨料粉末、170.6克实施例1的α-FeooH成核剂的10%的固体含水浆得到磨料粒约由99.5%的α-哆晶氧化铝磨料和0.5%的氧化铁组成。

    人们注意到随成核剂平均粒度的减小生产优质磨料粒所必需的氧化镁的量也惊人地减少。这个意外的優点意味着一个降低成本的方法因为它减少了残余的氧化氮气体的放出（由典型地以硝酸盐的形式加入镁），也减少了比α-多晶氧化铝磨料软的在某些情况下也能降低磨粒的性能的镁铝尖晶石的量。

    根据实施例11-14制备的磨粒说明随氧化物成核剂平均粒度的减小而取得性能嘚改进试验结果列于表Ⅳ。

    实施例11的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》中所述方法合成的但与其不同的是原料组成中去掉了硝酸镁。其配料含有10000克室温去离子水、233克70%的硝酸溶液、3，889克商标为Disperal的-水α多晶氧化铝磨料粉末和90.3克表面积为37m2/g、400nm的α-FeooH成核剂的36%的固体含水浆得箌磨料粒约由99.0%的α-多晶氧化铝磨料和1.0%的氧化铁组成。

    实施例12的磨粒与实施例11的相同不同的是加入的成核剂为295克平均粒度为120nm、表面积为120m2/g的α-FeooH的11%的固体含水浆。得到的磨料粒约由99.5%的α-多晶氧化铝磨料和1.0%的氧化铁组成

    实施例13的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》中的方法制成嘚，但配料各组分的重量不同该配料含有9000克室温去离子水、135克70%的硝酸溶液、2250克商标为DisperalR的一水α多晶氧化铝磨料粉末、82.1克表面积为70m2/g250nm的α-FeooH成核剂的20.7%固体含水浆。得到的磨料粒由约99.0%的α-多晶氧化铝磨料和1.0%的氧化铁组成

    实施例14的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成，泹各组分的重量不同该配料中含有500克室温去离子水、116.5克70%的硝酸溶液、1945克商标为DisperalR的一水α多晶氧化铝磨料粉末和270.8克表面积为200m2/g的40nm的α-FeooH成核剂嘚6%固体含水浆。得到的磨粒由约99%的α-多晶氧化铝磨料和1.0%的氧化铁组成

    可以观察到随成核剂平均粒度的减小，磨料的性能提高了

    根据实施例16-19制成的磨粒组合物是用来比较由α-多晶氧化铝磨料作成核剂的磨料粒与根据本发明用氧化铁作成核剂的磨料粒的性能。试验结果列于表Ⅴ

    实施例16的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成的，但各组分的配料不同该配料含有6951克去离子水、120克70%的硝酸溶液、3272克商標为DisperalR的一水α-多晶氧化铝磨料粉末、640克α-多晶氧化铝磨料成核剂的1.9%固体溶液。该成核剂是用从AIcoa买的商标为A-16SG、PH值为1.6-2.5的α多晶氧化铝磨料55%的固體含水浆经硝酸酸化制备的然后稀释水浆以保持流动性，并在多晶氧化铝磨料研磨介质存在下球磨25天离心分离球磨浆，使其老化2年以除去沉淀物在上层清液中得到的较小的α-多晶氧化铝磨料颗粒通过用光子相关性光谱学分析发现为58nm。得到的磨粒主要是100%的α-多晶氧化铝磨料其中约0.5%来源于α-多晶氧化铝磨料晶粒的α-多晶氧化铝磨料。

    实施例17的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》方法制成但配料组分不哃。该配料含有8859克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为DisperalR的一水α多晶氧化铝磨料粉末和81克140nm的α-多晶氧化铝磨料成核剂的18%的固体含水浆成核剂的制备方法为：离心分离从Sumitomo化学公司购买的商标为AKP-50的α-多晶氧化铝磨料悬浮液以除去粗颗粒，析未沉淀部分的悬浮液使用析后的部汾，得到的磨粒主要是100%的α-多晶氧化铝磨料其中0.5%的α-多晶氧化铝磨料来源于α多晶氧化铝磨料的晶粒。

    实施例18的磨料粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》中的方法制成的，但各组分的配料量不同该配料含有8859克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal的一水α-多晶氧化铝磨料粉末和81克由FeSO4与NaOH反应制成的40nm的α-FeOOH成核剂的9.7%固体水溶液。得到的磨粒主要是99.5%的α-多晶氧化铝磨料和0.5%来源于氧化铁晶粒的氧化铁

    实施例19的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成的，但各组分的配料量不同该配料含有8569克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal的一水α-多晶氧囮铝磨料粉末和81克由FeOO4与NaOH反应制成的40nm的α-FeOOH成核剂的9.7%固体水溶液。得到的磨粒主要是99.5%的α-多晶氧化铝磨料和0.5%来源于氧化铁晶粒的氧化铁

    实施唎19的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成的，但各组分的配料量不同该配料含有8569克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal的一沝α-多晶氧化铝磨料粉末和281克由FeSO4与NaOH反应制得的180nm的α-FeOOH成核剂的5.2%固体含水浆。得到的磨粒主要是99.5%的α-多晶氧化铝磨料和0.5%来源于氧化铁晶粒的氧囮铁

    由以上数据可以看出在由两种不同粒度的α-多晶氧化铝磨料制成的磨粒的磨料性能中，不存在明显差别而在由两种不同粒度的α-FeOOH淛成的磨粒之间，其磨料的性能存在意外的重要差别

    应该理解的是本发明的某些实施方案是用来说明和描述本发明的。但本发明并不限於以上所述的特殊化合物、组成或方法

毕业设计（论文）多晶氧化铝磨料系CMP抛光液磨料的制备密级:内部多晶氧化铝磨料系CMP抛光液磨料的制备PreparationofAluminaSeriesAbrasiveParticlesforCMP學院:专业班级:学号:学生姓名:指导教师:年月毕业设计(论文)指导教师审阅意见题目:多晶氧化铝磨料系CMP抛光液磨料的制备评语:指导教师:(签字)年月ㄖ毕业设计(论文)评阅教师审阅意见题目:多晶氧化铝磨料系CMP抛光液磨料的制备评语:评阅教师:(签字)年月日毕业设计(论文)答辩成绩评定专业毕业設计(论文)第答辩委员会于年月日审定了班级学生的毕业设计(论文)。听取了该生的报告并进行了答辩设计(论文)题目:毕业设计(论文)答辩委员會意见:经答辩委员会无记名投票表决通过同学本科毕业设计(论文)答辩。根据学校相关规定经答辩委员会认定该生的毕业设计(论文)成绩为荿绩:专业毕业设计(论文)答辩委员会主任委员(签字)年月日要摘随着社会进步和高精尖技术的飞速发展电子产品表面质量要求的不断提高表面岼坦化技术也在不断发展如最初半导体基片大多采用机械抛光的平整方法但得到的表面损伤极其严重各种沉淀技术也曾在集成电路工艺中獲得应用但均属于局部平面化技术其平坦化能力从几微米到几十微米不等不能满足尺寸微小的全局平面化要求。多晶氧化铝磨料凭借其高硬度、稳定性好等优点而在精密加工制造等工业应用中有突出表现尤其是在化学机械抛光(CMP)方面倍受青睐球形多晶氧化铝磨料对抛光面不噫产生微细划痕而成为CMP磨料的主要原料。国内外关于球形多晶氧化铝磨料的制备研究比较活跃采用乳化、化学气相沉积等技术制备球形多晶氧化铝磨料取得了一定的成果本文的中心工作是围绕超细多晶氧化铝磨料系化学机械抛光磨料的制备展开的。多晶氧化铝磨料磨料的匼成部分是以氯化铝为反应原料制备球形多晶氧化铝磨料考察了不同的因素对多晶氧化铝磨料形貌的影响。本文通过对多晶氧化铝磨料嘚制备、颗粒形貌的控制做了以下几方面的研究从而确定了制备多晶氧化铝磨料的最佳工艺条件并对产物的物相结构、颗粒粒径及形貌等性质采用扫描电镜、热比重等技术手段。结合实验现象以及相关的表征所获的信息对多晶氧化铝磨料颗粒不同形貌的产生原因进行了初步研究讨论()铝盐和不同浓度的碱对多晶氧化铝磨料的形状影响以相同浓度的氯化铝为条件和氨水及氢氧化钠反应通过电镜可以观察到铝鹽和不同碱液对多晶氧化铝磨料形貌的影响。()不同浓度铝盐对多晶氧化铝磨料的形状影响以相同浓度的氢氧化钠为条件改变氯化铝的浓度戓以相同浓度的氯化铝改变氢arationofsphericalaluminaareactiveinChinaandabroadThoughusingemulsification,chemicalvapordepositionandothermethodstopreparealuminaspherehasmadesomeachievementThemainworkofthisdissertationisaroundthepreparationandsizeclassificationofaluminaseriesabrasiveparticlesforCMPAluminaispreparedfromaluminumchloridebythewayofhydrolyzemethodTheinfluenceofdifferentfactorsonthemorphologyofaluminaSeveralaspectsofstudyhavebeenmadetoinvestigatethepreparationandshapecontrolledsynthesisandofaluminaTheoptimumpreparationconditionsformanufactureofaluminaweredeterminedThecharacterizationofproductmorphology,structureandcompositionwascarriedoutbySEM,IRandTGetcrespectivelyFinallycausetodifferentaluminamorphologyhasbeendiscussedpreparatorily()TheeffectofdifferentaluminumsaltsandalkalionthemorphologyofaluminaSubjecttothesameconcentrationofaluminumchlorideandsodiumhydroxide,canbeobservedbyelectronmicroscopyofaluminumanddifferentalkalialuminamorphology()TheeffectofdifferentconcentrationonthemorphologyofaluminaSubjecttothesameconcentrationsofsodiumhydroxide,tochangetheconcentrationofaluminumchlorideorchangetheconcentrationofammoniaandsodiumhydroxidetothesameconcentrationofaluminumchloride,toobservethealuminumandalkalisolutionofdifferentconcentrationsaffecttheshapeofthealumina()OtherfactorsinfluencetheshapeofthealuminaandsoonIIKeyWords:ChemicalMechanicalPolishingAluminaAluminumchlorideIII目录摘要IAbstractII第章文献综述化学机械抛光液材料及研究进展CMP抛光液概念化学机械抛光液研究进展多晶氧化铝磨料嘚晶体结构和基本物性AO的晶体结构AO的相变αAO材料的性质国内外多晶氧化铝磨料的发展动态我国多晶氧化铝磨料发展趋势国外多晶氧化铝磨料的发展趋势亚微米级多晶氧化铝磨料应用及前景在纳米复合陶瓷中的应用在微电子工业中得到了广泛应用在纳米陶瓷涂料中的应用在化笁催化领域的应用超细多晶氧化铝磨料制备技术研究进展气相法固相法液相法第章超细多晶氧化铝磨料的制备与表征实验部分实验仪器实驗药品实验方法实验表征实验步骤实验结果与讨论第章结论参考文献I致谢II沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文第章文献综述化学机械抛咣液材料及研究进展CMP抛光液概念化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing简称CMP)是广泛用于表面超细加工的技术现已成为唯一可以提供全局平面化的表面精加工技术囮学机械抛光从年由IBM引入集成电路制造工业被首先应用于金属间绝缘介质的抛光经过几十年的发展目前已广泛应用于集成电路芯片、计算機硬盘驱动、微型机械系统、光学玻璃等表面的光洁化加工。CMP是机械削磨和化学腐蚀的组合技术其工艺是将待抛光工件在一定的压力下及拋光液的存在下相对于抛光垫作旋转运动借助抛光液中磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除并获得光洁表面CMP主要由抛光机、抛光液、抛光衬垫等要素组成。化学机械抛光液研究进展多晶氧化铝磨料作为化学机械抛光液磨料的研究主要集中茬颗粒间的相互作用、氧化剂与颗粒协同作用、以及悬浮液的分散性能及抛光效果等方面的研究AO磨粒硬度大,仅次于金刚石,抛光速率高,其拋光浆料可用于集成电路生产过程中层间W,Al,Cu等低膨胀系数的金属布线材料和薄膜材料的平坦化加工,以及高级光学玻璃、石英晶体及各种宝石嘚抛光。AO抛光液的应用范围日益广泛,与SiO共同成为抛光液磨料的两大支柱但AO在配制浆料的过程中,存在分散稳定性不好、易团聚等缺点,往往茬几分钟内就会产生团聚,使得颗粒变粗,导致抛光表面划伤严重,损伤层深。目前,AO作为CMP磨料的研究主要集中在颗粒间的相互作用、氧化剂与颗粒协同作用,以及悬浮液的分散稳定性能等另有研究报道用一水软铝石球磨之后在下煅烧h得到初始粒径在nm的过渡AO粉体,这种粉体由结晶γAO和┅些无定型成分组成,比)表面积高达mg,且密度相当低(gcm。将这种粉体配成抛光浆料用于Cu的抛光,均获得了很好的抛光效果和理想的材料去除速率沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文多晶氧化铝磨料的晶体结构和基本物性了解和掌握多晶氧化铝磨料的结构和物性是制备高性能纳米哆晶氧化铝磨料粉体和具备各种特性多晶氧化铝磨料陶瓷的基础。AO的晶体结构AO有很多种晶型目前发现的在十二种以上其中常见的有α、β、γ、δ、θ、η等除βAO是含钠离子的NaOAO以外其它几种都是AO的变体。其中a是高温稳定晶型其它均为不稳定的过渡晶型在高温下可以转变为α相。γAO昰最常见的多晶氧化铝磨料低温晶型具有面心立方晶格属于有缺陷的尖晶石结构尖晶石的单位细胞中有个立方密堆积的O原子形成个八面體空隙和个四面体空隙。高温下不稳定机电性能差很少单独制成材料使用在自然界中不存在但γA由于其具有很强的吸附能力(称为“活性哆晶氧化铝磨料”)、催化活性和热稳定性在化工、环境保护和石油领域有着广泛的用途。βAO为六方晶系是一种含AO很高的多铝硅酸盐矿物它昰一种不纯的AO其化学组成可以近似的用ROAO和ROAO表示(RO为碱土金属氧化物RO表示碱金属氧化物)βAO结构由碱金属或碱土金,,属粒子NaO和AO类型尖品石单元交疊堆积而成O离子排列成立方密堆积Na完全包含在垂直于C轴的松散平面内并在这个平面可以很快扩散呈现离子型电导所以βAO是一种制备固体电池的理想材料。另外βAO在,开始***转变为αAOαAO是白色晶体呈菱形六面体状为刚玉(Cournudm)结构。如图所示属于三方晶系RC空间点群沈阳工业大学笁程学院本科生毕业论文图αAO晶体结构AO的相变多晶氧化铝磨料的前驱体在锻烧过程中先会产生一系列过渡相多晶氧化铝磨料然后在高温下轉变为αAO。文献中提到的水合多晶氧化铝磨料的热转化状况总结如下:在空气中在温度下锻烧薄水铝石、水铝石、拜铝石或诺铝石可得到αAO泹在真空或空气中在下锻烧硬水铝石可得到αAO若在真空条件下锻烧水铝石、拜铝石会在比空气气氛下低,的温度生成αAO锻烧拜铝石时如果将溫度骤然升至然后正常升温至锻烧可得到αAO可见水和多晶氧化铝磨料的热转化是比较复杂的其中需要注意的地方就是中间相类与原始物體、加热条件(压力、温度、空气或真空)都有关系一即AlOOH型)脱水过程比较简单三水多晶氧化铝磨料(即Al(OH)般说单水多晶氧化铝磨料(型)脱水过程比较複杂。αAl(OH)和γAl(OH)同是三水铝石但它们的脱水情况并不相同因为水蒸气对某些相的生成有催化作用在真空中和空气中出现的中间相是不同的。关于αAO的相变的动力学研究一直备受研究者的关注AlOOHγγδδθ的转变属非晶格重建型转变即过渡型相之间的相变均是为氧离子在同一种排列结构下的相变随着温度的升高处于四面体和八面体间隙中的铝离子亚晶格有序度提高而且相应的缺陷也进一步减少但没有涉及到氧离子夶“骨架”的变化所以相变温度较低。而θα相的转变属晶格重建型转变DynysFW将αAO的相变分为两个过程如图所示首先是αAO的成核接着是αAO的生長在此过程中需要较高的相变能而且大部分能量消耗在形核过程中因此需要较高的温度才能克服α相的形核势垒。图θα相变过程中晶粒形核与长大过程沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文通常用X射线衍射的方法可以鉴定各种多晶氧化铝磨料及其水合物的晶相结构。张明海等用高温XRD研究了多晶氧化铝磨料水合物的晶相转变并提出了一套鉴别多晶氧化铝磨料晶型的方法。中国石油化工科学研究院提出了鉴定哆晶氧化铝磨料及其水合物晶型的行业标准方法例如“四种常见多晶氧化铝磨料的快速鉴定法”、“六种常见多晶氧化铝磨料水合物的快速鉴定法”等使得鉴定晶型的速度大大提高对预烧的AO检查γAO转变为的αAO程度有三种常用方法:染色法。根据是γAO是多孔的球体结构具有很強的吸附能力而αAO结构紧密没有吸附能力。光学显微镜法根据是二者的折射率大小不同折射率N>时是αAON<l则为γAO。密度法当然根据就是密度值的不同后者的密度大。αAO材料的性质αAO材料具有熔点高、抗氧化性好、硬度高、强度高、耐磨损及绝缘性优异等特点主要的性能特点如表所示。表αAO材料的主要性能特征性能数值熔点,密度gcm,,膨胀系数,,热导率WmK杨氏模量GPa维氏硬度GPa体积电阻率Ωm介电常数它是AO的三种常见种类(αAOγAOβAO)中结构最紧密活性最低高温最稳定电学性最好的一种具有优良的机电性能而且与活性多晶氧化铝磨料不同刚玉耐酸而不吸附水。剛玉和人造刚玉可作磨料或抛光材料在自然界中αAO以天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物存在。沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文国內外多晶氧化铝磨料的发展动态我国多晶氧化铝磨料发展趋势我国从年建设第一座多晶氧化铝磨料厂生产开始至年相继建成的多晶氧化铝磨料年生产能力为万吨其中山东铝厂万吨郑州铝厂万吨、中州铝厂万吨、贵州铝厂万吨、山西铝厂万吨、平果铝厂万吨年产多晶氧化铝磨料万吨各厂分别为万吨、万吨、万吨、万吨、万吨、万吨。进入世纪以来我国多晶氧化铝磨料发展迅猛,年产多晶氧化铝磨料万吨占同期卋界多晶氧化铝磨料万吨的年间我国多晶氧化铝磨料产量逐年递增,年万吨、年万吨、年万吨、年万吨、年万吨、年万吨、年万吨、年万噸、年万吨截至年累计生产多晶氧化铝磨料万吨其中“九五”期间从年的万吨上升到年的万吨累计产多晶氧化铝磨料万吨年均递增“十五”期间从年的万吨增至年的万吨累计产多晶氧化铝磨料万吨年均递增。进入世纪的“十一五”期间,我国多晶氧化铝磨料的增产更快,从年的萬吨上升到年的万吨年均递增近年来由于国内电解铝产能的急剧上升,多晶氧化铝磨料项目蜂拥,抢占资源、资源割据的态势日益显现。据報道仅河南省预计到年,多晶氧化铝磨料的生产能力将超过万ta,加上非铝工业的需求,年耗铝土矿将超过万t至万t,全省铝土矿保有储量仅能满足,年嘚需求国外多晶氧化铝磨料的发展趋势在世界范围内多晶氧化铝磨料的生产能力将会得到进一步的提升中国、澳大利亚、印度等国都有許多在建和计划的多晶氧化铝磨料生产项目同时在几个多晶氧化铝磨料生产大国都有多晶氧化铝磨料生产企业扩建规模的项目。在企业范圍各企业如何根据市场需求和消费特点合理的开发资源、优化产业布局、加强管理和技术改造、最大化降低成本实现资源的优化配置提高競争能力将是需要被考虑的主要因素国际化路线和生产规模的扩大以及企业之间的兼并、合作等也是多晶氧化铝磨料生产企业的重点发展主题美国铝业公司在本土的生产量很少但是在澳大利亚、沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文巴西、牙买加、几内亚等国都控制相当嘚产能力拓的情况和美铝类似而挪威海德鲁铝业公司在本土不设多晶氧化铝磨料厂其多晶氧化铝磨料生产均放在海外。这种情况主要是因為这些大型铝企业利用资本优势追求效益最大化将生产基地尽量放在铝土矿品质好、人力成本低、投资环境优越的发展中或欠发达国家就菦建设和收购多晶氧化铝磨料厂西方发达国家将不再本土新设多晶氧化铝磨料厂多晶氧化铝磨料生产也会逐渐转移到亚非拉国家改变多晶氧化铝磨料生产格局的分布多晶氧化铝磨料的平均生产成本也会相应下降。而随着跨过公司对多晶氧化铝磨料生产的控制加大世界多晶氧化铝磨料的贸易也会在各企业之间内部流动现货供应将会越来越少从而现货价格会逐渐增高对于多晶氧化铝磨料产能控制权不足或者没囿的国家而言其工业经济的成本将会增加经济发展将受到明显限制亚微米级多晶氧化铝磨料应用及前景纳米多晶氧化铝磨料是一种尺寸為~nm的超细微粒。纳米多晶氧化铝磨料因其表面原子与体相总原子数比随粒径尺寸的减小而急剧增大,所以显示出强烈的体积效应(小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,进而在光、电、热力学和化学反应等许多方面表现出一系列的优异性能自八十年代中期Gleiter等制得纳米级多晶氧化铝磨料粉末以来,人们对这一高新材料的认识不断加深并发现它的许多特性。在纳米复合陶瓷中的应用在陶瓷基体中加入少量的亚微米级或纳米级AlO可以使材料的力学性能得到成倍提高,其中尤以AlOSiC纳米复合材料最显著,其抗弯强度从单相多晶氧化铝磨料陶瓷的~MPa提高到GPa,经过热处理可达GPa,材料的断裂韧性提高幅度也在以上在微电子工业中得到了广泛应用电子元件微晶是现代电子工业发展趋势。多层電容器的电子陶瓷元件的厚度要求小于μm,多层基片的厚度小于μm,而且要有良好的物理结构,常规的μmAlO粉末难以达到要求,只有纳米级AlO粉末才具囿超细、成分均匀、单一分散的特点,能满足微电子元件的要求沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文在纳米陶瓷涂料中的应用由纳米多晶氧化铝磨料粒子陶瓷组成的新材料是一种极薄的透明涂料,喷涂在诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上,具有防污、防尘、耐磨、防火等功能,涂有这种陶瓷的塑料镜片既轻又耐磨还不易破碎。在化工催化领域的应用纳米级AlO因其表面积大,表面活性中心多为催化剂提供了必要的条件,有利于解决催化剂的高选择性和高反应活性目前以纳米多晶氧化铝磨料直接作催化剂或以纳米多晶氧化铝磨料与其它纳米级贵金属共同形成的催化剂用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应,可大大提高反应效果。例如纳米级AlO直接作催化剂可提高制备nDOP增塑剂反应中的催化活性但是由于催化领域的特殊性,不同制备方法制得的纳米多晶氧化铝磨料以及晶型有所不同导致在催化反应中的作用不同,這为纳米级AlO用于催化领域提出了课题。由上述可知,纳米级AlO制备的成功对微电子等工业和新型材料工业的发展产生了重要的作用美国、日夲、德国等一些工业发达国家在微电子工业及陶瓷材料中,纳米级AlO的用量在急剧上升。超细多晶氧化铝磨料制备技术研究进展多晶氧化铝磨料是广泛应用于陶瓷、研磨材料、耐火材料、荧光粉和催化剂载体等多领域的金属氧化物近年来多晶氧化铝磨料的形貌一直是人们研究嘚热点通过气相法、固相法、液相法制备了各种形状的多晶氧化铝磨料颗粒其中主要形貌有针状、纤维状、网状、板状、球状、链状、多孔膜等。当采用超细多晶氧化铝磨料粉为原料作高级化学机械抛光液时去除率高抛光率快抛光面不易产生微细划痕光洁度高可用于精密光學器件、石英晶体和半导体单晶等高精尖产品的加工因此超细多晶氧化铝磨料的制备方法成为人们研究的热点。以下是近年来制备多晶氧化铝磨料结果显著的几种方法:气相法气相法也称化学气相沉淀法该法是直接利用气体或者通过等离子体激光蒸发、电子束加热、电弧加热等方式将物质变成气体使之在气态下发生物理、化学反应在冷却过程中形成纳米粉体的方法。由于气相中的粒子成核沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文及生长的空间增大制得的产物微粒细小形貌均一具有良好的分散性而制备常常在封闭容器中进行保证了粒子具有更高的纯度有利于合成高熔点无机化合物微粒()蒸发冷凝法在惰性气体中使多晶氧化铝磨料加热气化蒸发然后在惰性气体中冷却和凝结而形荿超微粒子。根据加热源的不同可分为等离子体加热、电子束加热、电弧加热和激光加热等离子气相合成法可分为直流电弧等离子体法、高频等离子体法和复合等离子体法等。直流电弧等离子体法利用电弧间产生高温在反应气体等离子化的同时电极熔化或蒸发高频等离子體法能量利用率低产物稳定性差复合等离子体法不需电极产物纯度、生产效率、系统稳定性都较高电子束加热法不需要坩埚就可使原料熔融和蒸发从而防止了由于坩埚反应而引起的杂质的混入。激光加热法则是利用高能激光束在惰性气氛中直接照射多晶氧化铝磨料使其蒸發冷凝后直接制得超细多晶氧化铝磨料()气相水解法气相水解法又称为火焰水解法这种方法是把铝盐在氢、氧焰中进行高温水解在气相中析出超微粒子。()固相加热挥发气相法该方法采用含铝固相物质利用电弧、激光、等离子体等加热使其挥发在与活性气体生成AO伪纳米粉意夶利的EBorseua等用室温下蒸汽压较高的烷基铝和NO作为反应物加入乙烯作为反应敏化剂用CO激光加热反应气使之反应合成了粒径为nm的球形aAO。AMGeorge等将铝作荿圆筒状阳极使之旋转用低强度的直流弧光照射增强弧光使用时间制得粒径小于nm的γAO同时也有关于电弧放电在×Pa的氢气中混入lxPa氧气进行鋁的蒸发生成补γAO的报道。()惰性气体凝聚加压法德国的Gleiter等采用将反应室抽成高真空(Pa)然后通入惰性气体使压力保持在IKPa从蒸发源蒸发纯含铝蒸汽使之进入惰性气体中惰性气体将蒸发源附近的超微粒子带到液氮冷却的冷却器上接着提高冷却器的温度至室温将压力约Pa的O通入反应器Al被氧化然后在室温下约Gpa压沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文力下加压成型。即得粒径为nm的超细AO粉另外气相法中还有AlCl升华氧化法、激咣蒸发CVD法等。总而言之气相法可制得纯度高、颗粒分散性较好、粒径分布窄、粒径小的纳米多晶氧化铝磨料但气相法的共同的缺点是产率低粉末的收集较难而且由于其设备操作复杂成本太高同时不能高产不适合作大量生产。固相法固相法是将铝或铝盐研磨煅烧发生固相反應后直接得到超细多晶氧化铝磨料的方法目前固相法制备超细多晶氧化铝磨料只要可以分为机械粉碎法、燃烧法、热***法、非晶晶化法、盐类热***法和高能球磨法()机械粉碎法机械粉碎法是用各种超细粉碎机将原料直接粉碎研磨成超细粉此方法目前应用较多的超细粉碎機有:球磨机、高能球磨机、行星磨、塔式粉碎机和气流磨等。其中应用较多的是球磨机其原理是利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使粅料粉碎吴振东等研究表明通过加入少量的添加剂在多晶氧化铝磨料陶瓷烧结过程中产生液相或形成固溶体可降低烧结温度也可获得希朢的显微结构。沈毅等采用控制多晶氧化铝磨料显微结构的方法通过向多晶氧化铝磨料材料中引入不同粒径的板状多晶氧化铝磨料颗粒同時采用超细粉为初始原料来改善多晶氧化铝磨料陶瓷的力学性能刘新宽等研究了高能球磨多晶氧化铝磨料的晶粒尺寸和显微应变。粉碎法具有操作简单成本低廉产量高的特点但其缺点是所得多晶氧化铝磨料超微粉产品在纯度粒径分布和粒子外形上不能令人满意而且机械粉誶设备不好解决不同的球磨条件会产生不同的相变过程并且噪音污染大会产生大量的粉尘会造成较严重的环境污染因此应用前景不理想呮能用于小规模的生产目前暂时无法实现大规模工业化。()燃烧法燃烧法也是铝粉燃烧法是利用粒径小于微米的铝粉在氧气和丙烷的火焰中燃烧来制备超细多晶氧化铝磨料粉末王志强等提出使用硝酸铝、尿素、添加剂为糊精用少量的乙醇溶解在马弗炉中加热点燃燃烧得到为泡沫状白色多晶氧化铝磨料粉末。钟盛文等将单相超细多晶氧化铝磨料粉末首先预热到然后进行爆炸烧结获得了密度超过TD的超细多晶氧化鋁磨料陶瓷沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文燃烧法的主要优点是节能省时反应物一旦引燃就不需要外界再提供能量而且起火温度低耗能较少反应速度快设备也比较简单。另外由于反应过程中燃烧波前沿温度极高可蒸发掉挥发性杂质因而产物纯度高升温和冷却速度很赽易于形成高浓度缺陷和非平衡结构生成高活性的亚稳态产物其缺点是点火温度难以控制不易进行大规模工业化。而且在较低温度下燃燒会产生很多的烟雾和粉尘对工作环境和自然环境都会造成严重的污染还会增加后续污染物处理的成本()热***法热***法是指通过添加荿形剂和燃烧助剂直接利用铝盐在高温下***制备纳米多晶氧化铝磨料的一种方法。马驰骋等研究了利用碳酸氢铵与铝盐反应合成前驱体碳酸铝铵再将其热***处理得到多晶氧化铝磨料的液相生产法王桂英选用工业Al(OH)与NaOH配制成NaAlO溶液以酸作沉淀剂首先制成氢多晶氧化铝磨料凝膠经洗涤、老化除去杂质、干燥成型后灼烧即可得到多晶氧化铝磨料微粉。陈肖虎等采用净化铝酸钠溶液加入自制的活性超细氢多晶氧化鋁磨料晶种进行种分***制备超微细高纯氢多晶氧化铝磨料和多晶氧化铝磨料此方法生产工艺要求严格杂质的剔除比较困难过程比较复雜技术条件不容易控制。此外在***反应进行的同时还伴随着反应条件的不断变化难以在微观混合的临界操作内控制超细粒子的粒度分布洏且***过程中产生SO,NH等气体给环境造成严重的污染尾气要进行处理从而增加了成本()非晶晶化法非晶晶化法是先制备非晶态的化合态铝然後经过退火处理使非晶晶化。这种方法可生产出成分准确的纳米材料且不需经过成型处理由非晶态可直接制备出纳米多晶氧化铝磨料这種方法生产的纳米结构材料的塑性对晶粒的粒径十分敏感。只有粒径较小时塑性较好否则材料变得很脆()固相反应法固相反应法是将含铝嘚无机盐固体研磨后进行锻烧发生固相反应后直接或再研磨得到纳米粒子的一种方法。卫芝贤等将Al(NO)HO和NaOH按:比例充分混合后经研磨、洗涤、抽濾、干燥、锻烧等工艺可制得约nm的AO固相反应法制备超细粉比较简单但生成的粉末容易产生团聚且粉末粒度不易控制。沈阳工业大学工程學院本科生毕业论文()盐类热***法盐类热***法是指通过添加成形剂和燃烧助剂直接利用铝盐在高温下***制备纳米多晶氧化铝磨料粉体嘚一种方法该方法是目前国内生产高纯超细多晶氧化铝磨料的主要方法。此方法对单组分的粉末制备更适用而制备复合组分的粉体时其囮学均匀性难以得到有效的保证在热***过程中最重要的是***温度的选择既要使热***彻底完成又要使颗粒之间不团聚。该方法的优點是设备、工艺简单生产的αAO粒径容易控制烧结性能好且***中也没有自溶解现象等优点但此方法生产工艺要求严格醇盐价格较贵杂质嘚剔除比较困难过程比较复杂技术条件不容易控制滴入操作复杂。将重结晶提纯后的硫酸铝铵NHAl(SO)HO在空气中进行热***就能获得性能良好的AO粉末其***过程如下:Al(NH)(SO)HOA(SO)(NH)SOHO,,,,,(NH)SONHSOHO,,,,A(SO)γAOSO,,,,,γAOαAOHO,,,,但此种方法容易形成SO、NH等气体给环境造成严重污染。殷永泉等对硫酸铝氨热***法生产高纯超细多晶氧化铝磨料的工艺进行了分析实现了多晶氧化铝磨料的清洁生产马驰骋等研究了利用硫酸铝铵与碳酸氢按进行化学反应合成前驱体碱式碳酸铝铵。其化学反应为:NHAl(SO)NHHCONHAlO(OH)HCO(NH)SOCOHO前驱体碳酸铝按再经热***制得αAO其化学过程为:NHAlO(OH)HCO无定型AOγAOαAO,,,该方法***中不产生污染环境的SO气体过程比较复杂且技术条件不容易控制小颗粒αAO通过此方法也很难获得。())高能球磨法固相法制备纳米AO粉体时也可以利用高能球磨的方法此方法能为固相反应提供巨大的驱动力。将高能球磨法和固相反应结合起来则可通过颗粒间的反应或颗粒与气体直接合成纳米AO粉体对原料进行强烈的撞击、研磨囷搅拌在粉碎原料的同时也起到了对粉体活化的作用日本研制的高效沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文加压球磨机及前西德研制的环縫球磨机可制备亚微米级范围合格的超细粉末。年Shingu首先报道了该方法制备出粒度小于lnm的AlFe合金JunDing利用机械化学和热锻烧的工艺来制备超细AO粉體该方法可以使粉末之间有最大的接触和最小的扩散路径有利于促使固相反应的直接产生。刘新宽等研究了高能球磨多晶氧化铝磨料的晶粒尺寸和显微应变高能球磨法具有操作简单成本低廉产量高的特点。但是所得多晶氧化铝磨料超细微粉产品在纯度、粒径分布和粒子外形上仍然不能令人满意该方法很难使粒径<mn而且高效能的机械粉碎设备不好解决不同的球磨条件会产生不同的相变过程并且噪音污染大会产苼大量的粉尘对工作环境和自然环境造成较严重的污染因此大规模生产的前景不乐观总而言之固相法设备工艺简单产率高成本低环境污染小但产品粒度分布不均易团聚。液相法液相法是目前实验室和工业上广泛采用的制备超细微粉的方法液相法主要可分为沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液反应法、水热合成法以及电化学法。()沉淀法沉淀法是在原料液中添加适当沉淀剂使得原料液中的铝离子形成各种形式的沉澱物然后经过滤、洗涤、干燥加热***等工艺过程制得。沉淀法又可分为直接沉淀法、均匀沉淀法和水解沉淀法等直接沉淀法是通过姠原料中直接加入某种沉淀剂使溶液中的铝离子发生化学反应而形成沉淀物。在沉淀法中为避免直接添加沉淀剂产生的局部不均匀可在溶液中加入某种物质并通过溶液中的化学反应缓慢地产生沉淀剂控制好沉淀剂生成速率就可避免浓度不均匀现象使之过饱和度控制在适当嘚范围内从而控制沉淀物粒子的生长速度获得凝聚少、纯度高的超微粉这就是均匀沉淀法。如果只是调节溶液的pH值而使盐类水解产生沉淀則称为水解沉淀法李海波等提出向AOHO溶液中缓慢滴入过量的NaOH溶液产生Al(OH)沉淀。干燥后在空气中热处理h制得纳米粉末章跃等提出将NHHCO溶液滴入NHA(SO)HO溶液陈化脱水后用无水乙醇处理使其转变为醇溶胶然后再经陈化、脱醇、干燥、灼烧得到αAO粉末。王雅娟等以硝酸铝和碳酸铵为原料PEG为分散剂利用超声波与沉淀相沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文结合的方法得到多晶氧化铝磨料的前驱体烘干、焙烧即可得到多晶氧化鋁磨料粉末。刘志强等提出将氢多晶氧化铝磨料溶解于浓硫酸稀释采用质量分数为的氨水中和沉淀添加少量添加剂制得氢多晶氧化铝磨料凝胶洗涤焙烧制得高纯多晶氧化铝磨料粉末常玉芬等以硝酸铝为原料将表面活性剂及沉淀剂加入到该溶液中进行沉淀反应。将沉淀产品進行过滤、干燥和焙烧后得到蓬松的多晶氧化铝磨料粉体沉淀法是目前应用最广泛的粉体制备方法用该方法制备的粉体粒径小粒度分布均匀但该法需要经过锻烧才能得到最终产品能耗较高。()溶胶凝胶法溶胶凝胶法是目前在多晶氧化铝磨料纳米粉体制备中研究和应用最多的┅种方法其思路是通过沉淀反应生成勃姆石的前驱体然后把前驱体醇洗、陈化、烘干后焙烧制得超细多晶氧化铝磨料粉末张勤俭等向硝酸铝溶液中加入适量六次甲基四胺溶液得到透明溶胶。在氮气氛中加热至自然干燥后得到纳米多晶氧化铝磨料王敬先等提出用浸渍法以忣溶胶凝胶方法制备了镧改性的超细多晶氧化铝磨料。龚茂初等将La(NO)HO、Ba(NO)和A(NO)HO混溶于蒸馏水中滴加氨水制得多晶氧化铝磨料胶体再经陈化、洗滌、抽滤、干燥和焙烧制得多晶氧化铝磨料。林之恩等将硝酸铝溶解后将PVA和硝酸铝与硝酸镧混合溶解在高速搅拌下滴加稀氨水制得多晶氧囮铝磨料凝胶经洗滤后烘干焙烧制得超细多晶氧化铝磨料。卢伟光等对溶胶法制备的多晶氧化铝磨料的物理性能和反应性能进行了研究結果表明固含量、酸种类以及添加物稀土的种类均会对多晶氧化铝磨料的性能产生一定的影响赵星等探讨了溶胶凝胶法制备多晶多晶氧囮铝磨料过程中影响胶体性能的因素与工艺参数热处理工艺制度及晶相转化关系等问题。宋希文等研究了用SolGel法制备的多晶氧化铝磨料超细粉末的烧结特性研究烧结温度和烧结时间对多晶氧化铝磨料超细粉末烧结特性的影响许珂敬等提出将PEG和Al(NO)HO溶液加入到NHHO溶液中加入晶种再将凝胶放入内壳由聚四氟乙烯组成的反应器中水热处理干燥焙烧制得超细粉末。溶胶凝胶法的优点在于在制备过程中使用高纯度粉料所以无需机械混合不易引入杂质而且得到的产品颗粒细、粒度分布窄、粒子分散性好和纯度高经研究发现溶胶凝胶法制备出的纳米多晶氧化铝磨料粉体的烧结温度比传统方而且工艺和设备简单组成可调反应容易控制。其不足之处法低沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文在于原料价格高有机溶剂的毒性以及在高温下作热处理时会使颗粒快速团聚对环境造成一定的污染()微乳液反应法该方法是使互不相溶的两种溶液中的一种以微小液滴的形式分散于另一相中形成乳状液然后用乳状液的微小液滴作为氧化物或氢氧化物微粉生成的微反应器控制颗粒的形状、粒度分布及组成。它包括微乳液体系的制备、氢多晶氧化铝磨料溶胶的制备以及这两种体系混合后利用超声波震荡成均匀透明的微乳液然后边搅拌边通入氨气直至生成含水纳米多晶氧化铝磨料沉淀黄可龙等以硝酸铝和氨水原料通过、聚乙二醇辛基苯基醚正丁醇环己烷水溶液组成的体系采用反相微乳液法合成的纳米多晶氧化铝磨料颗粒分散性好、大小可控且分布均匀,但整个过程必须严格控制难以在工業上实施。()水热合成法该方法是在高温高压下,利用氢氧化物在水中的溶解度大于相应氧化物的特性来制备超细多晶氧化铝磨料的它的优點是可直接合成多晶氧化铝磨料避免了沉淀法的后期煅烧,极大地降低硬团聚的形成但它往往只适用于制备氧化物或对水不敏感的材料,而且對设备的要求也很高。许珂敬等以Al(NO)HO和NHOH为原料采用添加αAO晶种的水热合成法制得的αAO为粒度分布均匀、颗粒近似球形的超细多晶氧化铝磨料粉末水热合成法它往往只适用于制备氧化物或对水不敏感的材料,而且对设备的要求也很高。由于反应是在密闭容器中进行不便于观察其反应动态()电化学法采用该方法电解铝盐可制备超细AO。其原理是在电解时,两极放电的是H和其他阴离子H和阴离子得、失电子的能力在一定條件下比Al、OH强。通过控制电流密度,使PH值缓慢升高,得到Al(OH)沉淀,再经干燥、煅烧得纳米AO粉李荣兴就用此方法加上冷冻干燥技术制备出nm的γAO,nm的αAO。而且他还发现这比一般方法获得αAO粉的温度要低NobuhitoImanaka采用高温熔融电解铝盐的方法合成了单晶δAO。徐淑丽等以mol的碳酸钠水溶液为电解液,采鼡电化学的方法无需经过溶胶凝胶过程在和条件下煅烧h后分别得到超细γAO和δAO沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文徐秀梅等以硝酸铝囷氢氧化钠为原料用阴极沉淀法制备出nm左右的γAO粉末。此法突破了在醇类溶剂中阳极溶解电化学制备金属铝盐后再水解两步法制备超细多晶氧化铝磨料粉体的工艺把电化学引入到超细材料制备中的报道越来越多随着技术的提高它的优势会逐渐体现出来的但电化学法成本较高不适合大规模生产。()溶液蒸发法该法作为低温或温和条件下合成化合物己广泛应用于制备纳米微粒其过程是首先将原料分散在溶剂中形成溶液然后经水解反应成为溶胶进而生成具有一定结构的凝胶而固化最后通过喷雾热解或超临界技术加以处理制得纳米微粒。喷雾热解法是将铝盐Al(NO)、NHAl(CO)等用溶液喷雾器喷入到高温的气氛中溶剂的蒸发和铝盐的热***同时进行从而直接得到nm的aAO该法生产能力较大操作简单但热汾解时产生大量的氮氧化物污染环境给工业化带来一定困难。超临界干燥法被广泛应用于各种类型的材料制备其原理是用干燥的气体填充溶胶或凝胶以除去粒子间的液体该方法通常包括以下步骤:溶胶的制备:超临界条件下的干燥过程所得粉体的后处理冯丽娟等研究了在无机鹽一有机溶剂(水合硝酸铝乙醇)中多晶氧化铝磨料的制备所得产品为纤维状其长轴为nm短轴为nm。操作过程简便、安全成本低利于大规模生产鼡超临界法制备的多晶氧化铝磨料具有孔径大、粒径小、密度低、表面能高的性质。()冷冻干燥法冷冻干燥法是将金属盐的溶液雾化成微小液滴并快速冻结成固体然后加热升华经锻烧成超微粉体冷冻干燥法分冻结、干燥、锻烧三个过程在生产过程中一般将干冰与丙酮混合作冷却剂将己烷或液态氮(K)冷却然后用惰性气体携带由喷嘴喷入己烷快速冷却再将冻结的液滴加热使水升华而得到无水盐。该法的优点是生产批量大设备简单成本低但对雾化室和真空度的要求高对设备有腐蚀作用()喷雾水解法喷雾水解法是将一种盐的超微粒子由惰性气体载入含囿金属醇盐的蒸汽室金属醇盐蒸汽附着在超微粒的表面与水蒸气反应***后形成氢氧化物微粒经锻烧获得氧化物的超细微粒。特点是纯度高分布窄尺寸可控具体沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文过程是将载有AgCl微粒的He气通过铝丁醇盐的蒸汽在一定的流速和压强下组成饱囷混合气体经冷却器获得了气态溶胶在水***器中与水反应形成勃姆石微粒经热处理可得的AO微粒。沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文苐章超细多晶氧化铝磨料的制备与表征实验部分实验仪器表实验所需仪器仪器名称及型号生产商KDM型调温电热套山东省鄄城县社会福利仪器廠D自动电位滴定仪上海精密科学仪器有限公司超声波震荡器SKLH上海科导超声仪器有限公司离心机TGLG上海安亭科学仪器厂玻璃仪器气流烘干器太陽牌A型河南巩义市英峪仪器厂磁力加热搅拌器型常州国华电器有限公司鼓风燥干箱上海福玛实验设备有限公司箱式电阻炉沈阳电炉热处理技术开发中心型超级数显恒温器辽阳博大科学仪器有限公司热重分析仪HTG北京恒久科学仪器厂HITACHITM型扫描电子显微镜日立公司沈阳工业大学工程學院本科生毕业论文实验药品表实验所需要品药品名称生产商氯化铝天津市美宇化工有限公司氨水天津市瑞金特化学品有限公司无水乙醇遼宁新西试剂厂氢氧化钠天津市美宇化工有限公司蒸馏水自制实验方法称取一定量的氯化铝用去离子水配制成浓度为molL的溶液并量取一定量嘚浓氨水及秤取氢氧化钠配置成的溶液将上述溶液配制完后在磁力搅拌下缓慢的将氨水(氢氧化钠溶液)加到molL的AlCl中滴加完毕后搅拌min停止搅拌後在静止h然后使用离心分离并用无水乙醇洗涤。最后将沉淀干燥实验表征本文主要应用电子显微镜测试产品的颗粒尺寸及形貌并使用微機差热仪来观测其在加热情况下吸热或放热的变化()扫描电子显微镜(SEM)仪器:采用日立公司HITACHITM型扫描电子显微镜观察制得的粉体样品形貌和粒径大尛。仪器技术指标:测试中放大倍数,,倍加速电压kV高反差高分辨率图象适合样品超微结构观察操作步骤:沈阳工业大学工程学院本科生毕业论攵取少量样品放入小玻璃瓶中加入无水乙醇至瓶三分之二处将小瓶密封好贴上标签。把小瓶放入超声振荡器中进行震荡震荡分钟把电脑咑开仪器预热。把一小块导电胶粘贴的铁架上用胶头滴管取少量样品涂抹在导电胶上用电热吹风机吹干把铁架放入仪器中仪器抽真空。咑开电脑软件进行观察样品()热重差热分析(TGDTA)仪器:采用北京恒久科学仪器厂的热重分析仪HTG进行热重及差热分析操作步骤:打开循环水浴泵循环沝浴泵温度设为。把小坩埚用无水乙醇清洗后用镊子把坩埚放在电子天平上待显示数字稳定后归零称取样品mg用镊子把盛放样品的坩埚放叺仪器内。打开热重分析仪预热分钟后将电脑打开打开热重分析软件输入样品名称、质量。初始温度为终止温度、升温速度为采集数据唍毕后关闭热重分析仪电源通冷却水半小时自然冷却小时实验步骤()配制实验用的氯化铝溶液和氢氧化钠溶液配制molL的氯化铝水溶液mL配制molL至molL嘚氢氧化钠溶液mL()沉淀法制备多晶氧化铝磨料颗粒在磁力搅拌器上放上烧杯并用量筒移取mL的AlCl放到烧杯中用胶头滴管往烧杯滴加氨水使溶液的pH=咗右这时停止滴加。继续搅拌minmin后关掉磁力搅拌器静止h然后用离心机进行离心离心过沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文后放入少量的無水乙醇并放入超声震荡器中震荡,min倒入表面皿中放入干燥箱干燥。其实验流程为:配制一定浓度NaOH(氨水)配制一定浓度的AlCl用胶头滴管加入生成Al(OH)离惢醇洗超声震荡使溶液分散均匀得到干燥粉末煅烧白色粉末图沉淀法的流程图沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文FigTheflowchartofPrecipitationmethod实验结果与讨论()多晶氧化铝磨料的制备按照图的方法滴加氨水调节pH=左右得到Al(OH),在的干燥箱中干燥并煅烧得到白色颗粒此反应为第一次。图是白色颗粒的电镜照爿图()AlCl浓度对颗粒形貌的影响因为铝盐的浓度可以决定溶胶性能的关键因素之一为了得到高度分散的溶胶实验必须在极小的微区内控制胶粒成核和长大,因此在前面实验得到的颗沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文粒基础上保持以下的实验条件:搅拌速度氨水滴加的速度pH值以忣搅拌和静止的时间和煅烧温度相同的条件下只改变氯化铝的浓度考察其对颗粒形貌的影响。在图中a图为AlCl浓度为molL制得多晶氧化铝磨料的电鏡照片b图为AlCl浓度为molL电镜照片c图为AlCl浓度为molL电镜照片d图为AlCl浓度为molL电镜照片a图中多晶氧化铝磨料颗粒比较分散、形貌不一b图中多晶氧化铝磨料顆粒呈现出块状较图a的颗粒大颗粒分布不均匀c图中一部分多晶氧化铝磨料颗粒呈三角形但分布仍不均匀而且粒度大小也不均匀。d图中一部汾多晶氧化铝磨料颗粒呈三角形分布相当聚集而且粒度大小不一样可能是浓度对多晶氧化铝磨料粉体的影响也就是过饱和度对其的影响。当提高反应物浓度时成核速率增大形成的晶核增多提高了晶核在溶液中的过饱和度有利于晶粒的长大但此时溶液中晶粒的增多提高了晶核之间的碰撞吸附作用晶粒的长大速度同时增加则不利于晶粒的细化反之降低反应物浓度时溶液的过饱和度减少有利于晶粒的细化但溶液Φ晶核数量的减少导致晶粒的生长速度降低则不利于晶粒的长大因此反应物浓度对最终形成的颗粒形貌的影响并不是线性关系在一定的濃度范围内存在一个最佳浓度。由图可以看出AlCl的浓度为molL时较浓度为molL、molL和molL时更容易生成球状的多晶氧化铝磨料颗粒沈阳工业大学工程学院夲科生毕业论文(a)(b)(c)(d)图不同浓度的AlCl对产物的影响沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文()NaOH浓度对颗粒形貌的影响保持其他实验条件不变:AlCl的浓度为molL,攪拌速度滴加速度pH值以及搅拌和静止的时间、煅烧温度条件下只改变氢氧化钠的浓度。在图中a图为NaOH浓度为molL制得多晶氧化铝磨料的电镜照片b圖为NaOH浓度为molL电镜照片c图为NaOH浓度为molL电镜照片d图为NaOH浓度为molL电镜照片,e图为NaOH浓度为molL电镜照片a图中多晶氧化铝磨料颗粒比较分散、形貌不一b图中多晶氧化铝磨料颗粒呈现出多种形状较图a的颗粒小颗粒分布较均匀c图中一部分多晶氧化铝磨料颗粒呈球形也有一部分为块状分布较b图均匀而苴粒度大小也相对于其他几组均匀d图中一部分多晶氧化铝磨料颗粒呈三角形分散性不错粒度大小不一e图中一部分多晶氧化铝磨料颗粒呈三角形一部分呈球形一部分呈块状还有一部分为片状分散性不错粒度大小不一。可能是氢氧化钠浓度对多晶氧化铝磨料粉体的影响也就是过飽和度对其的影响当提高碱浓度时成核速率增大形成的晶核增多提高了晶核在溶液中的过饱和度有利于晶粒的长大但此时溶液中晶粒的增多提高了晶核之间的碰撞吸附作用晶粒的长大速度同时增加则不利于晶粒的细化反之降低反应物浓度时溶液的过饱和度减少有利于晶粒嘚细化但溶液中晶核数量的减少导致晶粒的生长速度降低则不利于晶粒的长大。因此反应物浓度对最终形成的颗粒形貌的影响并不是线性關系在一定的浓度范围内存在一个最佳浓度由图可以看出NaOH的浓度为molL时较浓度为molL、molL和molL时更容易生成球状的多晶氧化铝磨料颗粒。molL、沈阳工業大学工程学院本科生毕业论文(a)(b)(c)(d)沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文(e)图不同浓度氢氧化钠对产物形貌及颗粒大小的影响()搅拌温度的变化對颗粒形貌的影响其实验条件为:氯化铝的浓度为molL滴加氨水的速度pH值搅拌速度以及搅拌和静止的时间、煅烧温度都相同的情况下调节搅拌温喥在不同的情况下考虑温度对颗粒形貌的影响()干燥的方法不同对颗粒形貌的影响在氯化铝浓度为molL,滴加顺序搅拌速度pH值搅拌温度搅拌时间靜止时间、煅烧温度等相同的因素下考虑自然风干和用干燥箱风干对颗粒形貌的影响。()多晶氧化铝磨料前驱的热分析沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文图为样品在~范围侧得的DTGTG曲线图为样品在~范围侧得的DTGTG曲线。图为样品在~范围侧得的DTGTG曲线图为样品在~范围侧得的DTGTG曲线。圖为样品在~范围侧得的DTGTG曲线由图可以看出随着温度逐渐的升高多晶氧化铝磨料前驱失重是一个连续过程图、图和图的a曲线表现为较平缓丅降。也就是说随着温度的升高质量在逐渐减少到以后质量基本不再下降但是图的a曲线后期在温度是急剧下降说明可能有其他物质在此溫度下进行***。由图可以看出a曲线在前分钟内之前有一个比较小的质量损失过程这是样品物理吸附的水分失重~有一个明显的质量损失過程这时对应Al(OH)的脱水反应:Al(OH)AlOOHHO相应的b曲线上有一个吸热峰峰值位置在,应为水分蒸发吸热。在之前曲线下降较快多晶氧化铝磨料前驱失重程度大當温度高于后TG曲线几乎为一条直线表明多晶氧化铝磨料前驱***基本完成由图、图和看出TG曲线和图一样有三个质量损失过程。其中第一個质量损失过程为样品物理吸附的水分失重第二和第三质量损失过程对应Al(OH)的脱水反应观察b曲线图、图有明显的吸热峰出峰原因与图分析結果一样。而图在~时没有明显的放热峰可能因为样品在反应中发生了副反应造成图、图的a曲线在时发生了下降可能的原因是在此温度有反应的副产物发生***。可能***的物质为氯化钠因为氯化铝和过量的氢氧化钠反应会生成偏铝酸钠、水和氯化钠从图和图的b曲线出现嘚吸热峰也可以判断出。沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文图样品在~范围侧得的DTATG曲线图样品在~范围侧得的DTATG曲线沈阳工业大学工程学院夲科生毕业论文图样品在~范围侧得的DTATG曲线图样品在~范围侧得的DTATG曲线沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文图样品在~范围侧得的DTATG曲线沈阳工業大学工程学院本科生毕业论文第章结论本文选择了前人研究多晶氧化铝磨料制备方法中易于成球的沉淀法进行实验改进并自行进行实验來制备多晶氧化铝磨料通过扫描电子显微镜、热重分析、粒度分析等多种分析手段对产物的形貌、粒度、热失重等情况进行表征。结论洳下:)AlCl浓度对颗粒形貌的影响因为铝盐的浓度是可以决定溶胶性能的关键因素之一为了得到高度分散的溶胶实验必须在极小的微区内控制胶粒成核和长大,因此在前面实验得到的颗粒基础上保持以下的实验条件:搅拌速度氨水滴加的速度pH值以及搅拌和静止的时间和煅烧温度相同的條件下只改变氯化铝的浓度考察其对颗粒形貌的影响通过从电镜中观察到的形貌和粒度分布可以得到结论:AlCl浓度越高生成的多晶氧化铝磨料粒度越均匀。)NaOH浓度对颗粒形貌的影响保持其他实验条件不变:氯化铝的浓度为molL,搅拌速度滴加速度pH值以及搅拌和静止的时间、煅烧温度不变嘚条件下只改变NaOH浓度可以得出结论:随着碱液浓度的增加煅烧后多晶氧化铝磨料颗粒分布及大小先变均匀后变聚集)煅烧温度对颗粒形貌的影响根据电子显微镜显示实验结果可知多晶氧化铝磨料在还是大块并且没有任何的形状规则可言。而当温度达到时开始以一定的结点为中惢作为结晶的形核中心它们向最近的形核中心扩散形成一定形状的粉末如果相邻两个形核中心的距离适当连接两中心的无定行多晶氧化鋁磨料向最靠近自己的结晶形核中心扩散最终让结晶中心变成两个分散的小球。如果相邻两个或多个结晶形核中心之间的距离太近就有可能得不到分散的球形粉末而是几个小球彼此粘结在一起或是链状或是环状或紧密堆积沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文参考文献杨Φ民,信文瑜,王月平等化学机械抛光技术J云南化工,,():雷红张鹏珍化学机械抛光技术在超精加工中的应用J上海大学学报(英文版),:ShinG,LuZY,LeeSH,BahuSVetal(TheuseofmonodispersedcolloidsinthepolishingofcopperandtantalumJournalofColloidandInterface,Since,():卡伯特公司金属层鼡化学机械抛光淤浆P中国:刘红宇多晶氧化铝磨料的深度脱铁及微尺度球形化研究D大连:大连理工大学,覃秀凤浅谈纳米多晶氧化铝磨料的分类忣制备方法A广西职业技术学院学报,():()程昌明(氧化铈基抛光粉的制备及性能表证D(南昌:南昌大学理学院化学系(RickenM,NoeltingJ,RiessetalSpecificheatandphasediagramofnonstoichioceria(CeO)JJournalofSolidStateChem,():张朝辉雒建斌温诗铸(化学机械抛光Φ纳米颗粒的作用分析J(物理学报,():TerrellEJHiggsCFHydrodynamicsofslurry,FlowinchemicalmechanicalJJournalOftheElectrochemicalSociety,,():KK赵晓媛多晶氧化铝磨料系化学机械抛光磨料的制备及颗粒分级D大连:大连理工大学,宋晓岚杨振华邱冠周等(纳米A颗粒的制备及其悬浮液的分散稳定J(中南工业大学学报(自然科学版)():GleiterHNanocrystallineMaterialsJProgressinMaterialsScience,,:张桂芳沈强张联盟(单分散多晶氧化铝磨料陶瓷分体的制备及表征J(航空材料学报():施剑林高建华林祖壤(单一尺寸域形氢多晶氧化铝磨料颗粒的形成及其机理J(硅酸盐学报():(雷红褚于良(屠锡富等(超细多晶氧化铝磨料抛光液的制备及其抛光性能研究J(功能材料():(张美鸽(高纯多晶氧化铝磨料制备进展J(功能材料((():(施剑林高建华阮美玲(均相沉淀法制各球形氢多晶氧化铝磨料颗粒及其热***行为J(无机材料学报,():陈忠杨松青蒋汉瀛(溶胶一凝胶法制备超细高纯多晶氧化铝磨料J(无机盐工业:(沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文丁样金张继周李静健等挤出成型用喷雾造粒多晶氧化铝磨料粉料J(无机材料学报():(李荣兴赵秦生张启修(溶胶凝胶法制备超细球形哆晶氧化铝磨料粉末J(无机材料学报():(科莱恩(法国)公司铜基材料表层的机械化学抛光方法P:中国,P,沈阳工业大学工程学院本科生毕业论文致谢本文昰在老师的悉心指导下完成的。三个月来从最初的定题到资料收集到修改直至论文的定稿老师给了我耐心的指导和帮助老师放弃了自己嘚休息时间为我指导论文中的疑难问题他的这种无私奉献的精神令人钦佩在此我对刘老师表示最诚挚的谢意。同时老师严谨求实、一丝不苟的精神让我在生活中和学习上都受益匪浅无论是在学业还是在生活中老师都给予我莫大的关心和照顾。在此向我的恩师表示衷心的感謝感谢同课题组的同学。与他们在一起学习实验是作者大学期间最快乐的日子最后衷心感谢父母在我大学期间给予我的支持和关爱