纳米铝粉的表面氮化研究

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纳米铝粉表面包覆改性研究的最新进展

中图分类号：Ｔ３Ｂ４
文献标识码：Ａ
文章编号：１１— ９９（０）０ — ０１１８２１１２１１２０８—０
０引言
铝粉是现代固体火箭推进剂常用的添加剂之
一
强、喷管的两相流损失和形成羽烟排出等缺陷。纳米铝粉由于其优异的热释放和低温氧化能
低，因此被广泛采用 …ｌ＿＿而，普通铝粉和微３。然米级铝粉的点火延迟时间较长、燃烧效率较低，而且，在推进剂燃烧过程中易在推进剂燃烧表面发生团聚而形成大的凝滴，从而产生特征信号过
第８卷第２期
２１年４月０１
纳
米科技
Ｎｏ．２Ａｐｌ０１ｉｒ２１
Ｎａｏｃｅｃｎｓｉｎｅ＆Ｎｎｔｃｎｌｇａｏｅｈ０ｏｙ
纳米铝粉表面包覆改性研究的最新进展
姚二岗，赵凤起，安亭
（西安近代化学研究所，陕西西安７０６）１０５摘要：综述了固体推进剂用纳米铝粉的几种包覆改性方法，包括：碳包覆、金属包覆、氧化物包覆、聚合物包覆、有机酸包覆及推进剂组分包覆，评述了各种方法的优缺点，分析认为若在固体推进剂中应用，可重点发展碳包覆、金属包覆和推进剂组分包覆等方法。
ＡｂｔａｔＴｅｍａｎｍｅｈｄｆｕｆｃｏｔｇｍｏｉｃｔｎｆｒａｕｎｍａｏｏｅｓｄｉｏｉｒｐｌｎｎｌｄｎｓｒｃ：ｈｉｔｏｓｏｒａｅｃａｉｄｆａｉｏｌｍｉｕｎｎｐｗｄｒｕｅｎｓｌｐｏｅｌｔｉｃｕｉｇｓｎｉｏｄａｃｒｏｏｔｇａｂｎｃａｉ，ｍｅａｏｔｇｘｄｏｔｇｏｙｒｃａｉｇｒａｉｃｄｃａｉｇａｄｐｏｅｌｎｏｏｅｔｃａｉｇｎｔｌｃａｉ，ｏｉｅｃａｉ，ｐｌｍｅｏｔ，ｏｇｎｃａｉｏｔｎｒｐｌｔｃｍｐｎｎｏｔｎｎｎｎａｎｗｅｅｓｍｍａｚｄＴｅａｖｎａｅｎｈｒｏｎｓｏａｈｍｅｈｄｗｅｅｅｐｕｄｄＢａｅｎｔｅｅｐｉｔｄｏｔｈｔｔｅｒｕｉｒｅ．ｈｄａｔｇｓａｄｓｏｔｍｉｇｆｃｔｏｒｘｏｎｅ．ｓｄｏｈｓｏｎｅｕａｈｃｅｔｃｒｏｏｔｇａｂｎｃａｉ，ｍｅａｏｔｇａｄｐｏｅｌｎｏｏｅｔｃａｉｇｗｒｅｙｉｏａｔｍｅｈｄｅｈｙｗｅｅｕｅｎｎｔｌｃａｉｎｒｐｌｔｃｍｐｎｎｏｔｅｅｖｒｍｐｒｎｔｏｓｗｈｎｔｅｒｓｄｉｎａｎｔｓｌｒｐｌｎ．ｏｉｐｏｅｌｔｄａＫｅｗｏｄ：ａｏａｕｎｍ；ｏｔｇｍｏｉｃｔｎｓｌｒｐｌｎ；ｕｙｒｓｎｎ — ｌｍｉｕｃａｉｄｆａｉ；ｏｉｐｏｅｌｔｓｍｍａｚｔｎｎｉｏｄａｉｒａｉｏ

工业纯铁表面纳米化与渗氮及其力学行为研究

工业纯铁表面纳米化与渗氮及其力学行为研究表面纳米化是基于一些机械、物理或化学的方法在金属材料表面上制备出一定厚度的纳米晶层的方法。

采用表面机械研磨处理(SMAT)可在金属材料上制备出纳米结构的表层而不改变材料的整体结构和化学成分。

通过这种处理方式不仅可以使材料的表面具有纳米材料独特的机械性能,而且还能利用纳米材料中高密度的晶界来降低材料的渗氮温度并加速渗氮过程。

目前大量的实验和理论研究主要集中在材料表面纳米化后的低温渗氮行为与表面性能上,而关于表面纳米化渗氮处理后材料力学行为的研究仍十分有限。

本文首先对工业纯铁进行表面机械研磨处理(SMAT),然后把SMAT样品和原始粗晶样品放在500℃下流动的高纯氨气氛中氮化5h。

利用光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜及透射电镜等对SMATFe组织结构进行分析。

并针对以往研究的不足,对纯铁表面纳米化渗氮后的拉伸行为进行了仔细的观察与分析。

表面机械研磨处理后纯Fe样品表层形成一层约100μm厚的塑性变形层,最表层晶粒尺寸约为15nnm且呈随机取向分布。

晶粒尺寸沿厚度方向呈梯度变化,表层硬度显著提高,并随深度的增加而减小。

拉伸试验表明,表面纳米化纯铁的屈服强度较粗晶纯铁明显提高,塑性有所下降；断口形貌为韧性断裂与脆性断裂并存,纳米结构表层表现为脆性断裂,基体表现为韧性断裂。

表面纳米化纯铁在500℃渗氮5h后,表层氮化物厚度和硬度较粗晶渗氮样品都有所提高,最表层化合物组织为ε-Fe2-3N相,晶粒尺寸约为10-40nm；在化合物层以下的次表层中有大量亚微米级别的颗粒状ε-Fe2-3N相析出；针状γ’-Fe4N相的析出被强塑性变形所抑制。

拉伸试验表明,表面纳米化纯铁渗氮后,相较于粗晶渗氮样品具有更高的强度和塑性。

表面纳米化渗氮纯铁可能的强化机制为细晶强化、固溶强化、弥散强化以及加工硬化。

其良好的塑性源于表面纳米化预处理可以抑制较大针状的γ’-Fe4N 相的析出、细晶强化及细小颗粒状弥散分布的氮化物等。

铝合金表面纳米化处理的研究与应用

铝合金表面纳米化处理的研究与应用随着科技的不断发展，铝合金已经成为了一种广泛应用于工业制造、航空航天、汽车制造、建筑装饰等领域的材料。

而随着使用量的不断增加，表面的磨损和腐蚀问题也越来越显著。

为了保持铝合金的优良性能，提高其使用寿命，人们开始研究铝合金表面纳米化处理的方法，并在实际生产中得到了广泛应用。

一、铝合金表面纳米化处理的方法1、化学方法。

化学法是利用电化学反应、表面化学反应、化学还原等原理，在铝合金表面上形成氧化物、硫化物等有机基团自组装的纳米层，从而使铝合金表面发生结构和化学性质的改变，达到提高表面性能的目的。

2、物理方法。

物理方法是利用高能电子束、电磁场、离子束等物理力场对铝合金表面进行加工和改变其表面结构，从而达到提高表面性能的目的。

3、机械化学法。

机械化学法是在铝合金表面进行慢性机械磨损的同时，加入化学制剂，利用化学反应将纳米颗粒沉淀在铝合金表面造成可逆反应的新技术，使铝合金表面的微观形貌和化学性质发生了改变。

二、铝合金表面纳米化处理的应用铝合金表面纳米化处理不仅可以提高铝合金表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性，延长其使用寿命，而且可以改变铝合金表面的颜色、透明度等特性，从而在装饰方面得到广泛应用。

1、汽车业。

在汽车业中，铝合金是常用的车身材料。

通过表面纳米化处理技术，可以使汽车表面显示的色彩明亮、色泽鲜艳、光泽度强，更加美观大方。

同时还可以提高汽车表面的防曝光能力，延长汽车的使用寿命。

2、建筑装饰。

铝合金板材作为建筑装饰用材料广泛应用于各种建筑的幕墙、屋顶、门窗等场所。

通过表面纳米化处理技术，可以使建筑表面的防尘性、耐腐蚀性、耐磨性等性能得到大幅提升，同时让建筑表面更加美观。

3、航空航天。

铝合金材料是航空工业中最重要的材料之一。

通过表面纳米化处理技术，可以让铝合金材料的表面更加耐高温、耐腐蚀，在严酷的航天环境中更加的稳定和耐用。

4、电子业。

铝合金材料也是电子手机、电脑等设备中使用广泛的材料之一，通过表面纳米化处理技术，不仅可以让电子产品表面更加坚固、耐用，而且还可以达到抗污染、防尘、防刮的效果。

纳米铝粉在复合剂的运用研究论文

摘要考察了不同类型纳米铝粉的能量性能及热氧化特性。

结果表明，纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉，随活性铝含量的降低，纳米铝粉的燃烧热值降低;纳米铝粉呈现出与普通铝粉截然不同的热氧化特性。

同时，研究了纳米铝粉对复合推进剂的燃烧性能与能量性能的影响，结果表明，纳米铝粉可提高推进剂的燃速和降低压强指数，有利于改善推进剂的燃烧性能，但纳米铝粉的低活性铝含量导致推进剂的爆热值降低。

关键词纳米铝粉;复合推进剂;活性铝含量;燃速;爆热1引言由于纳米金属粉具有尺寸小、比表面积大、表面配位不全等特点，使其表面活性点增多，表面反应面积增大[1]。

将纳米金属粉作为含能组分添加到固体推进剂中，有可能使推进剂的燃烧性能获得较大改善。

关于纳米铝粉在固体推进剂中的应用研究已取得了一定进展，研究发现，将纳米铝粉商品名为添加到固体推进剂中，推进剂燃速大大提高[2]。

然而，纳米铝粉由于活性高，在空气中极易氧化失去活性，从而导致纳米铝粉的性质发生变化。

等[3]认为，纳米铝粉的氧化反应速率比普通铝粉提高了近两个数量级，因此需采用惰性材料对其进行包覆，以保持其高活性。

而关于不同包覆材料的纳米铝粉在推进剂中应用的研究报道较少，基于此，文中研究了不同类型纳米铝粉的自身特性及对推进剂燃烧性能和能量性能的影响。

2实验21实验样品纳米铝粉的化学性质活泼，若其表面未经任何处理，则纳米铝粉在空气中暴露会迅速发生氧化反应甚至自燃而失去活性，因此，需对纳米铝粉进行表面包覆。

在表面包覆物的选择上，采用了与复合固体推进剂组分相容的物质包覆纳米铝粉。

研究所用纳米铝粉包括包覆纳米铝2、包覆纳米铝2、高聚物包覆纳米铝高聚物2、23包覆纳米铝232。

其中，与含量为5，高聚物含量为50，23含量为1。

粉状纳米铝粉的性质见表1。

采用真空浇注工艺制备推进剂药柱，并将推进剂药柱切割为4×4×140的小药条，并用包覆液包覆药条4次，备用。

表1纳米铝粉的性质12平均粒径粒径范围比表面积2·-1松装密度·-3形状180～5040～60008～020球形22推进剂配方实验样品基础配方为701515。

金属材料表面纳米化研究与进展

表面技术第53卷第4期金属材料表面纳米化研究与进展杨庆，徐文文，周伟，刘璐华，赖朝彬*（江西理工大学材料冶金化学学部，江西赣州 341000）摘要：大多数金属材料的失效都是从其表面开始的，进而影响整个材料的整体性能。

研究表明，在金属材料表面制备纳米晶，实现表面纳米化，可以提升材料的表面性能，延长其使用寿命。

金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化，材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层，分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层，这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。

根据国内外表面纳米化的研究成果，首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述，阐述了各自优缺点，总结了表面自纳米化技术的优势，在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用，提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系，对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳；阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势，主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。

最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术，对未来的研究工作进行了展望，并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合，取代高成本的制造技术，制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层。

关键词：金属材料；表面纳米化；梯度纳米结构；纳米化机理；表面性能中图分类号：TG178 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)04-0020-14DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.04.002Research and Progress on Surface Nanocrystallizationof Metallic MaterialsYANG Qing, XU Wenwen, ZHOU Wei, LIU Luhua, LAI Chaobin*(Department of Materials Metallurgy and Chemistry, Jiangxi University ofTechnology, Jiangxi Ganzhou 341000, China)ABSTRACT: It is well known that the failure of most metallic materials starts from their surfaces, which in turn affects the overall performance of the whole material. Numerous studies have shown that the preparation of nanocrystals on the surface of metallic materials, i.e., surface nanosizing, can enhance the surface properties of materials and extend their service life. Surface nanosizing of metallic materials makes use of repeated violent plastic deformation to make the surface coarse grains gradually收稿日期：2023-02-23；修订日期：2023-06-29Received：2023-02-23；Revised：2023-06-29基金项目：国家自然科学基金项目（52174316，51974139）；国家重点研发计划项目（2022YFC2905200，2022YFC2905205）；江西省自然科学基金项目（20212ACB204008）Fund：National Natural Science Foundation of China(52174316, 51974139); National Key Research and Development Program of China (2022YFC2905200, 2022YFC2905205); Natural Science Foundation of Jiangxi Province (20212ACB204008)引文格式：杨庆, 徐文文, 周伟, 等. 金属材料表面纳米化研究与进展[J]. 表面技术, 2024, 53(4): 20-33.YANG Qing, XU Wenwen, ZHOU Wei, et al. Research and Progress on Surface Nanocrystallization of Metallic Materials[J]. Surface Technology, 2024, 53(4): 20-33.*通信作者（Corresponding author）第53卷第4期杨庆，等：金属材料表面纳米化研究与进展·21·refine to the nanometer level, forming nanostructured layers with gradient changes of grains along the thickness direction, including surface non-woven nanocrystalline layer, submicron fine crystal layer, coarse crystal deformation layer and matrix layer, and this unique gradient nanostructure is effective for the significant improvement of surface properties of metallic materials. The process technology and related applications of nanocrystalline layers on the surface of metallic materials in China and abroad are introduced, and the research progress of high-performance gradient nanostructured materials is discussed.Starting from the classification of the preparation process of gradient nanostructured materials and combining with the research results of surface nanosizing in China and abroad, a brief overview of three methods of metal surface nanosizing, namely, surface coating or deposition, surface self-nanosizing and hybrid nanosizing, was given, the advantages and disadvantages of each were discussed and the advantages of surface self-nanosizing technology were summarized. On the basis of this, the key role of dislocations and twins in the process of surface self-nanitrification of metallic materials was analyzed, and the mechanism of surface self-nanitrification of metallic materials was inextricably linked to the material structure and the size of layer dislocation energy, and the current research status of the mechanism of surface self-nanitrification of metallic materials was summarized. Finally, the key technologies required to be overcome in the existing surface strengthening process were summarized, and future research work was prospected. It was proposed to combine surface nanosizing technology with some existing surface treatment technologies such as electroplating, vapor deposition, tack coating, spraying, chemical heat treatment, etc., to replace the high-cost manufacturing technologies and prepare inexpensive complex-phase surface layers with more excellent performance.Techniques for the preparation of gradient nanostructured materials include surface coating or deposition, surface self-nanosizing, and hybrid surface nanosizing. Surface coating or deposition technology has the advantages of precise control of grain size and chemical composition, and relatively mature process optimization, etc. However, because the coating or deposition technology adds a cover layer on the material surface, the overall size of the material increases slightly, and there is a certain boundary between the coating and the material, and there will be defects in the specific input of production applications.In addition, the thickness of the gradient layer prepared by this technology is related to the deposition rate, which takes several hours to prepare a sample. The surface self-nanitrification technique, which generates intense plastic deformation on the surface of metal materials, has the advantages of simple operation, low cost and wide application, low investment in equipment and easy realization of unique advantages. The nanocrystalline layer prepared on the surface of metal materials with the surface self-nanitrification technique has a dense structure and no chemical composition difference from the substrate, and no surface defects such as pitting and pores, but the thickness of the gradient layers and nanolayers prepared by this technique as well as the surface quality of the material vary greatly depending on the process. Hybrid surface nanosizing is a combination of the first two techniques, in which a nanocrystalline layer is firstly prepared on the surface of a metallic material by surface nanosizing technology, and then a compound with a different composition from the base layer is formed on its surface by means of chemical treatment.To realize the modern industrial application of this new surface strengthening technology, it is still necessary to clarify the strengthening mechanism and formation kinetics of surface nanosizing technology as well as the effect of process parameters, microstructure, structure and properties on the nanosizing behavior of the material. For different nanosizing technologies, the precise numerical models for nanosizing technologies need to be established and improved, and the surface self-nanosizing equipment suitable for industrial scale production needs to be developed. In the future, surface nanosizing technology will be combined with some existing surface treatment technologies (e.g. electroplating, vapor deposition, adhesion coating, spraying, chemical heat treatment, etc.) to prepare a complex phase surface layer with more excellent performance, which is expected to achieve a greater comprehensive performance improvement of the surface layer of metal materials.KEY WORDS: metal material; surface nanocrystallization; gradient nanostructures; nanocrystallization mechanism; surface properties金属材料在基建工程、航空航天中扮演着重要角色，随着当今科学技术的高速发展，传统金属材料的局限性日趋明显，开发一种综合性能优异的金属材料迫在眉睫。

纳米铝粉氧化反应特性研究进展

纳米铝粉氧化反应特性研究进展李鑫;赵凤起;徐司雨;姚二岗;安亭;李猛;巨荣辉【摘要】纳米铝粉具有高的表面活性，在不同氧化剂中表现出不同的热反应性能，有必要对纳米铝粉在氧化剂中氧化反应特性作深入研究。

详细综述了纳米铝粉在空气中的氧化反应特性，主要内容包括纳米铝粉室温Caberra-Mott氧化失活机理，纳米铝粉动态氧化过程3个阶段，纳米铝粉由相变和内外压差引起壳层破裂的点火燃烧机理；分析并比较了纳米铝粉动态氧化与点火燃烧之间的区别；讨论了纳米铝粉在水中低温与高温下的氧化反应特性，纳米铝粉在其他氧化剂中的氧化反应特性；指出纳米铝粉在不同氧化剂中氧化反应特性的研究方向；分析认为该研究不仅为纳米铝粉活性保护提供依据，而且对纳米铝粉在推进剂及炸药中的应用研究具有理论指导意义。

%Nano-aluminum powders possess a high surface activity and exhibit different thermal reaction properties in different oxidants,so itis necessary to further study the thermal performance of nano-aluminum powders in different oxidation agents. The characteristics of oxidation reaction for nano-aluminum powders in the air were summarized in details,and the main contents are as follows:the mechanism of Caberra-Mott oxidation at room temperature,three stages of dynamic oxidation reaction,the mechanism of ignition and combustion caused by shell rupture due to phase transition or inner and outer pressure difference. The distinction be-tween dynamic oxidation reaction and the mechanism of ignition and combustion was analyzed and compared. The characteristicsof oxidation reaction for nano-aluminum powders in water at low and high temperature as well as in other oxidants were discussed.It is believed thatthe study for oxidation reaction not only provides a basis for the protection of nano-aluminum powders,but has theoreti-cal significance for the application of nano-aluminum powders in propellants and explosives.【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】9页(P360-368)【关键词】纳米铝粉;氧化反应;机理;研究进展【作者】李鑫;赵凤起;徐司雨;姚二岗;安亭;李猛;巨荣辉【作者单位】西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，西安 710065【正文语种】中文【中图分类】V5120 引言纳米铝粉是指颗粒尺寸在1～100 nm的位于原子簇和体相之间的超细粉体。

纳米Al粉的结构和性能表征

第14卷　第3期2006年6月　　含　能　材　料CH I N ESE JOURNAL OF ENERGETI C MATER I A LSVol .14,No .3June,2006文章编号:100629941(2006)0320227204纳米A l 粉的结构和性能表征楚　广1,2,唐永建2,楚士晋2,韦建军2,李朝阳2,刘　伟2(1.中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙410083;2.中国工程物理研究院,四川绵阳621900)摘要:采用自悬浮定向流法制备金属纳米A l 粉。

用透射电镜(TE M )、X 射线能量色散谱(E DAX )、X 射线衍射(XRD )、紫外2可见光吸收光谱(UV 2V is )和差示扫描量热2热重法(DS C 2TG )对纳米微晶形貌、粒度、结构和性能进行了研究。

结果表明:纳米A l 粉的平均粒径为50n m,颗粒基本为球形,放置半年后含氧量为8.2%,最大的吸收峰出现在波长为253n m 处。

在A r 气流中,在780℃时纳米铝粉增重约20%,熔化峰位置为654.8℃,熔化吸热为136J ・g -1。

关键词:分析化学;纳米铝粉;性能;热分析;自悬浮定向流法中图分类号:TG113;O65 文献标识码:A收稿日期:2005212201;修回日期:2006203209基金项目:国家自然科学基金(10475069/A0506),中物院面上基金(20050866)作者简介:楚广(1958-),男,博士,高级工程师,长期从事有色冶金及材料研究工作。

e 2mail:chuguang2006@1　引　言纳米A l 粉的制备方法主要有物理法、电爆法[1]和高能球磨(MA )法。

物理法中的常规加热方式有电阻加热、等离子体加热、高频感应加热、电子束加热、激光加热等,并且通过各种加热工艺产生了许多制备纳米铝粉的制作方法[2]。

自悬浮定向流技术[3,4]就是利用高频感应加热金属,采用独特的无接触加热方式,所得到的产物纯度与原料成分完全一致,而且通过调整制备过程中的工艺参数,可以控制金属纳米颗粒的平均粒径和生产效率,非常适合批量生产金属纳米材料和满足各种科学实验的要求。

III族纳米氮化物的研究背景简介

AlN 玫瑰花状结构侧h面的 SEM 照片
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谢谢大家
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目前 AlN 纳米结构的主要制备方法
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直流电弧等离子体方法是一种重要的制备纳米材料的方法，特别是制备一些高熔点的化合物，如氮化物、碳化物、氧化物、硅化物等。电弧放电可以产生极高的温度，可以达到几千度以上，并且在电弧区内存在很大的温度梯度。而等离子体则是由电弧放电在阴阳两极之间产生的电子、离子、原子等混合气体，它是一种高活性、高电离程度、高温的气体，极具反应活性。过去，直流电弧等离子体方法被较多的应用在制备纳米粒子上，近几年，也有一些利用该方法制备出一维纳米结构的报导。利用直流电弧等离子体的这些特性，将金属铝、镓、钪、钇等熔化、蒸发，氮气或者氮气与氨气的混合气体电离。这些金属蒸气与反应气体电离后的活性粒子相互发生反应，成核，最后在基底上温度合适的位置生长出晶体。
氮化铝纳米材料的研究背景简介
• 在 III 族氮化物半导体材料中，AIN 与其它两种材料相比，其具有禁带最宽的直接带隙，带间跃迁发射波长可进入深紫外波段，使其成为制备紫外/深紫外光电子器件的理想材料。特宽带隙的 AIN 还可以作为其它发光体的基体材料。AlN 具有高的热导率(319W·m-1·K-1) ；低的介电常数 (1 MHz 下约为 8.0) ; 低的热膨胀系数 (293～773 K, 4.8 ×10- 6K-1)；高电阻(体电阻率大于1014Ω·cm)、低密度(理论密度 3.26 g·cm-3)；低的介电系数和介电损耗；高硬度；高强度; 高绝缘性和无毒害等等优异的物理化学特性, 被广泛用于高级陶瓷、复合材料和电子材料等领域。特别是电子工业方面有着广泛的应用：如切割工具, 高聚物和玻璃材料添加剂, 电子基片, 保护层材料, 光电应用,

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纳米铝粉的表面氮化研究
纳米铝粉具有燃烧速率快、燃烧效率高,燃烧完全和燃烧过程无团聚、集块等优点,作为固体推进剂的金属添加剂时,可显著提高其比冲、降低压强指数和特征信号。

然而纳米铝粉由于具有大的比表面积和高的比表面能,极易发生氧化甚至出现自燃现象,从而极大限制了纳米铝粉在固体推荐剂中的应用。

本论文提出一种纳米铝粉的表面氮化方案,即在纳米铝粉表面包覆一层氮化铝,进而防止纳米铝粉被进一步氧化。

首先基于升温速率为5℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min的纳米铝粉同步热重-差示扫描量热法(TG-DSC)数据,分别采用5种积分法(Ordinary-Integral,Mac
Callum-Tanner,Satava-Setak,Agrawal,Flynn-Wall-Ozawa)和一种微分法(Kissinger)对纳米铝粉的氮化反应进行了动力学研究。

结果表明纳米铝粉氮化反应的表观活化能和指前因子分别为111.74 k
J?mol-1和103.46 s-1;纳米铝粉氮化反应的最可机理函数为n=3/2的Mampel Power法则,积分式为G(a)(28)a3/2,相应的微分式为,相应的动力学方程:基于自悬浮定向流法,采用离线氮化和在线氮化方法,在上述氮化动力学分析的基础上进行了纳米铝粉的表面氮化研究。

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段来分析氮化前/后的纳米铝粉的物相、形貌和结构。

结果表明氮化前的纳米铝粉成球形;氮化后的颗粒呈现出明显的核壳结构,壳层厚度约6~7nm,颗粒的大小、球形度与氮化前基本一致。

氮化温度、保温时间和添加剂是纳米铝粉的离线氮化的重要影响因素,在管式炉中进行离线氮化时,当温度达到550℃,保温时间为30分钟时,出现氮化铝的衍射峰;而在相同条件下,
加入质量分数为10wt%、20wt%、50wt%的NH4Cl时,XRD中没有出现氮化铝的衍射峰;在真空手套箱里进行离线氮化时,尽管氮化条件与在管式炉中相同,但是所获得的结果却不同;影响在线氮化的重要因素有氩气和高纯氮气的气体流量和走丝速率,在高纯氮气与高纯氩气的流量比为5:2,走丝速率为90Hz条件下,XRD中没有出现氮化铝的衍射峰,而通过对XPS测试结果的分析得到,在线氮化后的纳米铝粉表层氮化铝、氧化铝及单质铝的摩尔比为8.72:61.08:30.2。