镁铝尖晶石粉体的制备与表征
考虑:(１)理论计算表明反应式(２)中镁 铝 尖 晶 石 的 相 对含量(７５．２６％)高于 反 应 式 (１)中 其 含 量 (７１．７２％);
晶 石 粉 体 的 性 能 对 其 宏 观 性 能 具 有 较 大 的 影 响 ,因 此 , 制 备 高 纯 、超 细 、均 匀 性 好 的 粉 体 是 首 先 需 要 解 决 的 问
关 键 词 : 自 蔓 延 高 温 合 成 法 ;镁 铝 尖 晶 石 ;粉 体
中 图 分 类 号 : TQ１７４．７５
文 献 标 识 码 :A
DOI:１０．３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１６．０４．０３６
０ 引 言
高 、产 量 高 、易 于 实 现 工 业 化 生 产 等 优 点 .
为 Mg源时,MgAl２O４的相对含量为８５．９６％,且颗粒较小,平均粒径为５．３６μm,粒径分布较集中,０．１~１０μm 的 颗 粒占８０．６８％;以(Mg＋MgO)为 Mg源时,MgAl２O４的相对含量为７１．５５％,且颗粒较大,平均粒径为１１．１８μm, 粒径分布较分散,０．１~１０μm 的颗粒占５４．９６％;综合考虑,以 Mg为镁源获得的 MgAl２O４粉体性能 好,经 红 外 光 谱分析,可得,MgAl２O４透过率高,透过波段范围宽,在 １１００~２９７８cm－１之 间 的 红 外 透 过 率 达 到 ５０％ 以 上,高 透 光 率 的 镁 铝 尖 晶 石 具 有 低 的 辐 射 率 ,可 应 用 于 红 外 隐 身 材 料 .
０４１７８
文 章 编 号 :１００１Ｇ９７３１(２０１６)０４Ｇ０４１７８Ｇ０４
镁铝尖晶石粉体的制备与表征∗
２０１６ 年 第 ４ 期 (４７)卷
武小娟,李俊寿,王明远,李 苏
(军械工程学院,石家庄 ０５０００３)
摘 要: 以 Mg、Al、TiO２和 B２O３粉体为原料,采 用 自 蔓 延 高 温 合 成 法 合 成 了 MgAl２O４和 TiB２复 合 粉 体,用 稀
粉(纯度≥９９．０％),Al粉 (纯 度 ≥９９．０％),TiO２粉 (纯 度≥９９．０％),B２O３粉(纯 度 ≥９８．０％). 将 上 述 ４ 种 粉 末置于恒温干燥 箱 中,在 １２０ ℃ 下 烘 干 (２h)后,分 别 按下列反应式的化学比例进行配料
５Mg＋１０Al＋４TiO２ ＋４B２O３ →５MgAl２O４ ＋４TiB２ Mg＋２MgO＋６Al＋２TiO２ ＋２B２O３ →３MgAl２O４ ＋２TiB２
４h获得试样,并分别记为试样 A、试样 B.
分别编号为 A(a)、B(a)和 A(b)、B(b).
取部分试样 A、试样 B 置于浓度 为 ２０％ 的 硝 酸 溶
∗ 基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１１７２２８１)
收 到 初 稿 日 期 :ห้องสมุดไป่ตู้０１５Ｇ０５Ｇ１９
收 到 修 改 稿 日 期 :２０１５Ｇ１２Ｇ１１
(２)MgO 比 Mg 价 格 低,用 MgO 部 分 取 代 Mg 可 降 低生产成 本. 所 以,本 文 设 计 了 反 应 式 (２)与 反 应 式
题.镁 铝 尖 晶 石 细 粉 的 制 备 方 法 主 要 有 溶 胶Ｇ凝 胶 法 、化 [８Ｇ１０] 学共沉淀 法[１１]、水 热 合 成 法 等 [１２] ,这 些 方 法
通 讯 作 者 :李 俊 寿 ,EＧmail:lijs２５８＠１６３．com
作 者 简 介 :武 小 娟 (１９９０－ ),女 ,山 西 吕 梁 人 ,在 读 硕 士 ,师 承 李 俊 寿 副 教 授 ,从 事 燃 烧 合 成 纳 米 材 料 研 究 .
硝酸除去产物中的 TiB２及残余反应物后,获得了较 高 纯 度 的 MgAl２O４.然 后 用 MgO 部 分 取 代 Mg研 究 了 不 同 Mg源对合成产物的影响,用 XRD 和 SEM 检测了两组反应获得的 MgAl２O４粉体,用激光粒度测试仪分析了产物 的粒径大小及分布,用红外光谱仪测试了粉体性能较佳的反应酸洗产物的红外透光率.结果表明,以单一 Mg粉
(１)对 比 ,来 研 究 合 成 镁 铝 尖 晶 石 的 最 佳 配 方 . 本文所用的 原 料 有 Mg 粉 (纯 度 ≥９９．０％),MgO
都 能 得 到 颗 粒 细 小 、均 匀 性 较 好 的 粉 体 ,但 也 存 在 纯 度 不 高 、分 散 性 差 、易 团 聚 或 工 艺 复 杂 、产 量 低 、不 易 于 工 业 化 生 产 等 缺 点 . 本 文 采 用 自 蔓 延 高 温 合 成 法 (SHS) 制备镁铝尖晶 石 微 纳 米 粉 ,该 [１３Ｇ１５] 方 法 具 有 产 品 纯 度
镁铝尖晶石是 一 种 性 能 优 异 的 陶 瓷 材 料,它 的 熔 １ 实 验
点高(２１３５ ℃),热稳定性好,可作为耐火材料的原料; １．１ MgAl２O４粉体的制备
强 度 高 、硬 度 大 ,热 膨 胀 系 数 小 ,抗 酸 碱 腐 蚀 能 力 强 ,被
本文设计了 两 种 制 备 镁 铝 尖 晶 石 的 配 方,配 方 １
(１) (２)
将配好的料 在 自 制 的 混 料 机 中 混 合 (２h)均 匀 后 液中,在２５ ℃下超声波酸 洗 １０ min,经 过 滤 后 得 到 沉
松装在石墨坩埚中,用钨丝点燃,在空气中发生燃烧合 淀物,再 将 其 置 于 恒 温 干 燥 箱 中,于 １２０ ℃ 下 烘 干,并
成反应.然 后 将 获 得 的 产 物 在 行 星 式 球 磨 机 中 研 磨 在研钵中研磨,得 到 酸 洗 后 试 样.将 酸 洗 前 后 的 试 样
广泛应用于航 空 航 天 及 光 电 子 等 高 技 术 领 域. 此 外, 以 Mg为镁源,配方２以 Mg＋MgO 为镁源,具体反应
镁铝尖晶石还是 一 种 优 异 的 光 学 材 料,其 透 过 波 段 范 式见式(１)、(２).反应式(２)的设计基于以下两方面的
围宽,透过率高,制 备 成 本 低,可 应 用 于 导 弹 红 外 整 流 罩、士兵防护面罩及透明装 甲 等 军 事 领 域 . [１Ｇ７] 镁 铝 尖
镁铝尖晶石微粉的合成方法
镁铝尖晶石微粉的合成方法纳米 MgAl2O4的制备方法传统的制备 MgAl2O4 颗粒粉体的方法是利用 A12O3 和 MgO 的固相反应: A12O3+MgO= MgAl2O4 (1.1) 这种固相反应需要 1450?的高温[4]在如此高的温度下，颗粒会发生长大，并产生严重的团聚。
而且，这种方法消耗能源巨大。
近年来，人们开发出许多制备 MgAl2O4 纳米颗粒粉体的技术[5]。
主要制备纳米MgAl2O4 粉体的方法如下。
1) 金属醇盐法金属醇盐法是将金属作为起始原料，分别和一定的醇反应生成金属醇盐，然后将金属醇盐经减压蒸馏、提纯、分馏即可得到纳米尺寸的粉末。
黄存新、彭载学等人用这种方法制备了纳米 MgAl2O4 粉末，再采用热压烧结的方法得到了MgAl2O4 透明陶瓷。
他们将金属镁、铝分别和乙醇(C2H5OH)、异丙醇 ((CH3)2CHOH)反应生成 Mg(OC2H5)2 和 Al(OC3H7)3，然后将两种金属醇盐振荡混合，在这个过程中二者反应生成 MgAl2(OC2H5)2(OC3H7)6，继续振荡并加入蒸馏水和乙醇(C2H5OH)直至成为溶胶状态，然后在室温下放置一段时间使溶胶形成了凝胶，再在 100?左右的温度下进行真空干燥，最后在 800?-1100?温度范围内煅烧即可得纳米 MgAl2O4 粉末[6]。
这种方法制备的 MgAl2O4 粉末，晶粒尺寸在 50-1500nm 之间，颗粒分布比较均匀。
但是该方法工艺比较复杂，且容易引入杂质离子，如Na+、Si、C。
而透明陶瓷材料对纳米 MgAl2O4 粉末的纯度要求很高，能够吸收可见光的杂质的引入将增加透明陶瓷的光吸收因素 Sim，会降低了材料的综合性能。
2)化学共沉淀法在含有多种金属阳离子的溶液中加入沉淀剂后，可使所有阳离子完全沉淀，再煅烧沉淀物可得到氧化物粉体，这种方法称为化学共沉淀法。
利用此种方法，研究者们制备了 MgAl2O4 纳米颗粒粉体。
镁铝尖晶石的合成及其工业应用
镁铝尖晶石的合成及其工业应用一、简介镁铝尖晶石是一种重要的陶瓷材料，具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景。
其合成方法主要包括高温固相法、水热法、溶胶凝胶法等。
二、高温固相法合成镁铝尖晶石1. 原理高温固相法是指将适量的氧化镁、氧化铝与过量的氧化钠混合均匀后，在高温下反应生成镁铝尖晶石。
该方法适用于大规模生产。
2. 合成步骤（1）将适量的氧化镁、氧化铝与过量的氧化钠混合均匀，放入高温电炉中加热至1200℃以上。
（2）在高温下反应数小时，直到反应完全结束。
（3）冷却后取出产物，进行粉碎和筛分即可得到所需产品。
3. 特点及应用该方法简单易行，适用于大规模生产。
合成出来的镁铝尖晶石具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景，可用于制备耐火材料、电子陶瓷、导热材料等。
三、水热法合成镁铝尖晶石1. 原理水热法是指将适量的氧化镁、氧化铝和过量的氢氧化钠混合均匀后，在高压高温下反应生成镁铝尖晶石。
该方法适用于小规模试验和制备高纯度产品。
2. 合成步骤（1）将适量的氧化镁、氧化铝和过量的氢氧化钠混合均匀。
（2）将混合物放入高压釜中，在高温高压下反应数小时。
（3）冷却后取出产物，进行粉碎和筛分即可得到所需产品。
3. 特点及应用该方法能够制备出高纯度的镁铝尖晶石，但生产效率较低，不适用于大规模生产。
合成出来的镁铝尖晶石可用于制备电子陶瓷、光学玻璃等。
四、溶胶凝胶法合成镁铝尖晶石1. 原理溶胶凝胶法是指将金属盐或有机金属配合物在溶液中形成胶体，然后在高温下热处理得到所需产物。
该方法适用于制备高纯度、均匀性好的产品。
2. 合成步骤（1）将金属盐或有机金属配合物在溶液中形成胶体。
（2）将胶体在高温下热处理数小时。
（3）冷却后取出产物，进行粉碎和筛分即可得到所需产品。
3. 特点及应用该方法能够制备出高纯度、均匀性好的镁铝尖晶石，但生产效率较低，不适用于大规模生产。
合成出来的镁铝尖晶石可用于制备电子陶瓷、光学玻璃等。
五、工业应用镁铝尖晶石具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景。
低温镁铝尖晶石纳米粉末的制备与表征
一、引言低温镁铝尖晶石是一种重要的无机功能材料，具有优异的热导性、电导性和化学稳定性，因此在电子器件、催化剂、陶瓷材料等领域有着广泛的应用。
而纳米粉末作为功能材料的一种重要形式，由于其独特的尺寸效应和表面效应，已经成为材料科学和工程领域的研究热点之一。
在研究低温镁铝尖晶石纳米粉末的制备与表征方面具有重要的理论和实际意义。
二、低温镁铝尖晶石纳米粉末制备方法在低温镁铝尖晶石纳米粉末的制备方法中，常用的包括溶胶-凝胶法、沉淀法、机械合金化法、水热法等。
每种方法均有其独特的优点和局限性，研究者需要根据具体的应用需求选择合适的制备方法。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米粉末制备方法，通过溶胶的形成和凝胶的固化过程，可以制备出颗粒均匀、纯度高的纳米粉末。
在制备低温镁铝尖晶石纳米粉末时，研究者通常将金属的溶胶与凝胶制备方法相结合，通过控制沉积条件和处理参数，可以得到具有良好结晶性和纯度的纳米粉末。
2. 沉淀法沉淀法是利用溶液中产生的沉淀物来制备纳米粉末的方法。
在制备低温镁铝尖晶石纳米粉末时，研究者通常将金属离子的溶液与沉淀剂混合，在适当的温度和pH条件下，可以得到所需的纳米粉末。
沉淀法制备的纳米粉末具有良好的控制性和均匀性，但需要对反应条件进行严格的控制。
3. 机械合金化法机械合金化法利用高能球磨机对金属粉末进行机械合金化处理，通过高速旋转的球磨罐中的碰撞、压碾和摩擦效应，将金属粉末分散、混合并形成纳米尺寸的粉末。
在制备低温镁铝尖晶石纳米粉末时，机械合金化法可以得到均匀分散的纳米粉末，但需要考虑机械合金化过程中可能引起的杂质和晶粒增长问题。
4. 水热法水热法是在高温高压的水热条件下，将金属溶解液或金属盐溶液转化为固体产物的方法。
在制备低温镁铝尖晶石纳米粉末时，研究者可以控制水热条件和金属盐溶液的浓度，以得到所需的纳米粉末。
水热法制备的纳米粉末具有较高的结晶度和纯度，但需要考虑水热条件对金属材料的影响。
镁铝尖晶石的制备方法研究
镁铝尖晶石的制备方法研究镁铝尖晶石因具有优异的化学、光学、热力学性质而倍受学术界及工业部门关注。
本文介绍了镁铝尖晶石的制备方法，比较了它们之间的优缺点及适用范围。
标签：镁铝尖晶石；固相反应法；湿化学法镁铝尖晶石为标准型AB2O4构造，Mg2+置于四面体中，Al3+置于八面体中，其具有高熔点（2135℃）、高硬度（莫氏硬度为8）、高强度（常温，135-216MPa；1300℃，120-205MPa）、高电阻率、宽的能量带隙、热膨胀系数小（30-1400℃，9×10-6℃-1）、密度较低（3.58g/cm3）、抗腐蚀及热震性能好等优异性能，所以镁铝尖晶石在窗口材料、绝缘材料、耐磨材料及耐火材料中得到广泛应用。
目前，制备镁铝尖晶石的方法主要是固相反应法和湿化学法。
一、固相反应法（一）烧结法批量制备镁铝尖晶石最常用的方法是含有Mg、Al前驱体的传统的固相烧结法，具体有它们的氧化物、氢氧化物以及碳酸盐类等。
以方镁石和刚玉为原料来制备镁铝尖晶石，其反应机理是在较高的温度（>1400℃）下，阳离子Mg2+和Al3+之间的相互扩散，但是固相烧结法生成的镁铝尖晶石会产生8%的体积膨胀，此膨胀相当于2.6%的线性膨胀，阻碍了镁铝尖晶石的烧结。
通常情况下，在工业生产中采用二步煅烧法来控制镁铝尖晶石的体积膨胀，以获得致密的镁铝尖晶石颗粒。
因为二步煅烧法包含两段烧制周期，所以固相烧结法制备镁铝尖晶石会增加成本。
于是，大量学者致力于研究镁铝尖晶石的体积膨胀机理以及降低镁铝尖晶石的生产成本。
（二）电熔法电熔镁铝尖晶石是以氧化铝粉和高纯轻烧氧化镁粉为主要原料，在电弧炉内经2000℃以上高温熔炼而成。
电熔法制备的镁铝尖晶石纯度很高，因为此方法生产过程中温度很高，使得原料中的杂质挥发。
然而，电熔法能源消耗量大，所以对于一些电力昂贵的国家的企业此方法是不可行的。
（三）熔盐合成法熔盐合成法是新型的镁铝尖晶石的合成方法，其采用低熔点的盐熔体作为反应介质，利用反应物在熔盐中的溶解，将某些通常情况下的固相反应变为液相之间的反应，从而有利于反应物的传质和扩散，最终达到降低反应温度和提高反应速率的效果。
镁铝尖晶石的制备
综合设计性实验———镁铝尖晶石的制备与性能检测实验学校：攀枝花学院院系：材料工程学院专业：材料科学与工程班级： 2014级1班指导教师：李亮学生：冯扬学号： 201411101021实验地点：工程实训中心同组人：杜燕、方公军、董志雄、夏良华实验时间：2017.5.8～2017.5.31攀枝花学院本科学生产品实训任务书注：任务书由指导教师填写。
目录1 绪论 (1)1.1 镁铝尖晶石 (1)1.1.1 镁铝尖晶石的分类 (1)1.2 镁铝尖晶石的用途 (1)1.3 产品标准 (1)1.4 产品的市场状况 (2)2 原料的选择及设备 (3)2.1 原料的选择 (3)2.2 设备 (4)3 产品实训过程 (5)3.1 实验流程图 (5)3.2 实验配方 (5)3.3 实验过程 (5)3.3.1 配料及混合搅拌 (5)3.3.2 浇注成型 (6)3.3.3 镁铝尖晶石的烧成 (7)3.3.4 出炉 (8)4 性能检测 (10)4.1 测定收缩率 (10)4.2 测定吸水率 (10)4.3 试样体积密度 (11)4.4 测试抗折强度 (11)5 数据分析 (13)5.1 对收缩率的数据分析 (13)5.2 对吸水率的数据分析 (13)5.3 对体积密度的数据分析 (13)5.4 对强度的数据分析 (13)5.5 对结果的评价 (13)5.6 与产品标准的对比 (14)6 总结 (15)7 心得体会 (16)8 参考文献 (16)1绪论1.1镁铝尖晶石镁铝尖晶石属于一种镁铝氧化物，其主要成分为氧化铝和氧化镁。
镁铝尖晶石有天然形成和人工合成两种，其化学式为MgAl2O4或者MgO·Al2O3。
尖晶石理论含量为：MgO=28.3%、Al2O3=71.7%，天然铝镁尖晶石极少发现，工业上应用的镁铝尖晶石全部都是人工合成的。
1.1.1镁铝尖晶石的分类我国镁铝尖晶石采用烧结法和电熔法两种生产工艺。
原料主要是菱镁矿和工业氧化铝粉或铝矾土。
一种复合镁铝尖晶石粉及其制备方法和应用
一种复合镁铝尖晶石粉及其制备方法和应用1. 一种复合镁铝尖晶石粉的制备方法包括原料混合、球磨、热处理等步骤。
2. 这种复合镁铝尖晶石粉可应用于陶瓷材料、耐火材料以及电子材料等领域。
3. 制备复合镁铝尖晶石粉的原料采用高纯度的氧化镁和氧化铝。
4. 通过球磨过程可以使复合镁铝尖晶石粉的颗粒尺寸更加均匀。
5. 热处理过程是制备复合镁铝尖晶石粉中的关键步骤，能够提高其结晶度和热稳定性。
6. 该复合镁铝尖晶石粉的制备方法具有工艺简单、成本低廉的优点。
7. 复合镁铝尖晶石粉在陶瓷材料中具有良好的高温稳定性和机械性能。
8. 在耐火材料中，复合镁铝尖晶石粉能够提高制品的耐火度和抗热震性。
9. 电子材料领域中，复合镁铝尖晶石粉被广泛应用于制备电子陶瓷材料。
10. 该复合镁铝尖晶石粉还可以用于制备特种陶瓷和陶瓷涂料等材料。
11. 通过控制原料比例，可以调节复合镁铝尖晶石粉的晶体结构和物理性能。
12. 采用高温固相法制备复合镁铝尖晶石粉，可获得颗粒尺寸均匀、形貌完整的产物。
13. 复合镁铝尖晶石粉的应用领域涵盖了陶瓷工业、建筑材料和电子器件等多个领域。
14. 该复合镁铝尖晶石粉具有高温抗氧化、耐腐蚀和低热膨胀系数的优良特性。
15. 利用复合镁铝尖晶石粉制备的陶瓷制品具有良好的化学稳定性和结构密实性。
16. 复合镁铝尖晶石粉在耐火材料中的应用能够提高材料的整体性能和使用寿命。
17. 在建筑材料中，复合镁铝尖晶石粉可应用于制备高温砂浆和防火涂料等产品。
18. 采用物理方法制备的复合镁铝尖晶石粉具有颗粒度窄、形貌规整的特点。
19. 复合镁铝尖晶石粉可应用于高性能陶瓷制品的生产，例如绝缘子、压电元件等。
20. 该复合镁铝尖晶石粉在电子器件中具有优异的介电性能和尺寸稳定性。
21. 复合镁铝尖晶石粉通过固相反应可制备成具有均匀颗粒尺寸的陶瓷产品。
22. 该复合镁铝尖晶石粉的高温稳定性使其在高温工业炉窑中得到广泛应用。
23. 适当控制复合镁铝尖晶石粉的晶体缺陷可调节其导热性能和电化学性质。
镁铝尖晶石生产工艺
镁铝尖晶石生产工艺镁铝尖晶石是一种重要的无机材料，具有优良的热稳定性和电绝缘性能，被广泛应用于电子、通信、航空航天等领域。
在工业生产中，制备高纯度的镁铝尖晶石是至关重要的一环。
下面将介绍一种常见的镁铝尖晶石生产工艺流程。
制备原料。
镁铝尖晶石的制备主要原料包括氧化镁和氧化铝。
通常采用氧化铝和氧化镁的混合粉末作为原料。
这些原料需要经过严格的筛分和称量，确保原料的纯度和配比符合生产要求。
混合原料。
将经过筛分和称量的氧化铝和氧化镁粉末进行混合均匀。
混合的过程需要控制好混合时间和混合速度，确保原料充分混合均匀，以提高后续烧结过程中的反应性和致密性。
然后，成型。
将混合均匀的原料粉末进行成型，常见的成型方法包括压制成型和注射成型。
通过成型工艺可以使原料粉末在一定的压力下形成所需的形状和尺寸，为后续的烧结过程提供良好的基础。
接着，烧结。
将成型后的镁铝尖晶石坯体放入烧结炉中进行烧结。
烧结过程是将原料粉末在一定的温度和气氛下进行固相反应，使其结晶成为稳定的镁铝尖晶石晶相。
烧结工艺需要严格控制烧结温度、时间和气氛，以确保产物的质量和性能。
成品处理。
经过烧结后的镁铝尖晶石坯体需要进行后续的成品处理工艺，包括切割、抛光、清洗等工序。
这些工序可以使镁铝尖晶石坯体具有更好的表面质量和尺寸精度，满足客户的需求。
总的来说，镁铝尖晶石的生产工艺是一个复杂而严谨的过程，需要经过多道工序的精心控制和操作。
只有在严格遵循工艺流程和质量标准的情况下，才能生产出高质量的镁铝尖晶石产品，满足市场需求。
希望通过本文的介绍，能够让读者对镁铝尖晶石的生产工艺有更深入的了解。
镁铝尖晶石条件制备
镁铝尖晶石是MGO-AL2O3系中唯一稳定的化合物，它具有熔点高，导热性能好，化学稳定性好的特点，并且具有优异的耐腐蚀耐磨性，对于紫外，可见光，红外光波段具有良好的透过性，这使得镁铝尖晶石具有广阔的应用前景，是一项值得研究的重要课题。
我搜集了三种制备方法，分别是燃烧法制备镁铝尖晶石，低温合成镁铝尖晶石，醇盐水解法制备镁铝尖晶石。
1燃烧法。
去硝酸镁和硝酸铝，按照一比二的配比配制45克混合料，加入100毫升水搅拌成均匀的浑浊液，分成份，在60摄氏度下搅拌到溶解，再加入40G尿素，继续搅拌至浆糊状，持续搅拌后，放入燃烧炉中加热十分钟，燃烧结束后冷却到室温取出，研磨得到镁铝尖晶石粉体。
2醇盐水解法
将摩尔比为一比二的金属镁片和铝片（镁8克，,铝18克）同时置于足量的正丁醇中，加热反应。
用碘单质进行催化，会得到无色透明的醇盐溶液。
将所得高纯度的醇盐加无水乙醇稀释，用乙酰丙酮做螯合剂，保持恒定的环境温度，将百分之九十五的乙醇缓慢加入醇盐中水解，得到镁铝复合氢氧化物湿凝胶，对湿凝胶干燥得到干燥的凝胶煅烧得到镁铝尖晶化合物。
3低温合成镁铝尖晶石
取少量铝厂污泥和碱式碳酸镁在球磨机中研磨四小时，料球水比例为1；2；1，转速220R/M
烘干四小时，粉碎过筛，用浓度为5%的聚乙烯醇溶液为结合剂，150mpa,
在9000摄氏度下煅烧三小时后自然冷却，得到试样，。
凝胶固相反应法制备镁铝尖晶石微粉的研究
凝胶固相反应法制备镁铝尖晶石微粉的研究仝建峰 周 洋 杜林虎 陈大明(北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室,北京100095)摘要:以M g(OH)2 4M g CO 3 6H 2O 和Al 2O 3为原料,采用凝胶固相反应法制得了M gAl 2O 4微粉。
用XRD,SEM 等手段分析的试验结果表明,该粉末纯度高,分散性好,颗粒细小均匀。
用该微粉制得了具有良好光学特性的尖晶石晶体。
同时研究了反应过程中的相变情况及保温工艺参数与相成分、晶型变化的相互关系。
关键词:凝胶固相反应;镁铝尖晶石;微粉中图分类号:T B321;T F 123.7+2 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2000)03 0144 04M gAl 2O 4尖晶石具有良好的耐蚀、耐磨性及化学稳定性,而且其绝缘性好,热膨胀系数小,硬度高,广泛用作电子元器件的绝缘骨架,合金、金属制品的陶瓷保护膜,远红外波段窗口材料[1],耐火材料及精细陶瓷器皿[2],还是优秀的短波长(蓝绿紫波段)激光基质晶体材料[3]。
在开发和利用新材料的探索中,镁铝尖晶石材料已经得到了人们的重视。
制备尖晶石微粉的方法很多,主要有共沉淀法,焙烧法,溶胶 凝胶法,气相氧化法,热分解法及有机醇盐法。
本工作采用凝胶固相反应法[4],以Mg (OH)2 4M gCO 3 6H 2O 和Al 2O 3为原料,制得了颗粒均匀细小,而且纯度极高的微粉。
与上述方法相比具有成本低,周期短,操作方便,温度易控,粉料性能优良,可以规模化生产等优点。
1 实验原料及方法1.1 原料按摩尔比Mg /Al=1 2(化学计量比)称取分析纯的M g(OH )2 4MgCO 3 6H 2O 和Al 2O 3进行实验。
凝胶用有机单体为丙烯酰胺(C 3H 5NO),交联剂为N,N 亚甲基双丙烯酰胺,引发剂为过硫酸铵(NH 2)2SO 6水溶液,催化剂用四甲基乙二胺(C 6H 16N 2),分散剂选用JA 281陶瓷料浆分散剂,用NH 3 H 2O 调节料浆的pH 值。
纳米镁铝尖晶石粉体的低温燃烧合成与表征
第38卷第6期2017年6月东北大学学报（自然科学版）Journal of Northeastern University(Natural Science)Vol.38 ,No.6Jun.20 17doi：10. 3969/j.issn. 1005 -3026. 2017.06.011纳米镁铝尖晶石粉体的低温燃烧合成与表征霍地1,皮春阳1,孙旭东1,康雁2(1.东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室，辽宁沈阳110819;2.东北大学中荷生物医学与信息工程学院，辽宁沈阳110169)摘要：以硝酸盐和蔗糖为原料，利用低温燃烧合成制备纳米镁铝尖晶石（MgAl2〇4)粉体，研究了不同 煅烧温度、气氛以及加热速率等因素对纳米MgAl2〇4粉体特性的影响.结果表明：随着前驱体煅烧温度的升 髙，纳米MgAl2〇4晶粒尺寸逐渐增大;在〇2环境中煅烧前驱体可以降低纯MgAl2〇4相的形成温度，促进反 应物质扩散、增大晶粒尺寸.在快速升温、蔗糖与硝酸盐物质的量比为2:1以及通人〇2的条件下，在400 t下 煅烧生成MgAl204相，700 t时得到单相MgAl204纳米粉体.低温燃烧合成制备纳米MgAl204粉体结晶度 髙、晶粒尺寸细小，呈松散的软团聚态，有利于降低MgAl。
〇4陶瓷致密化烧结温度.关键词：镁铝尖晶石;纳米粉体;低温合成；固相燃烧;蔗糖中图分类号：TQ 038. 2; TQ 050. 421 文献标志码：A 文章编号：1005 -3026(2017)06 -0814 -05Low Temperature Combustion Synthesis and Characterization of Nanocrystalline Magnesium Aluminum Spinel ( MgAl2 04) PowdersHUO Di',PI Chun-yang1,SUN Xu-dong',KANG Yan2(1. Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials(Ministry of Education)，Northeastern University，Shenyang110819，China；2.Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering School，Northeastern University，Shenyang 110169，China.Corresponding author:HU0Di，E-mail:huod@)Abstract：Nanocrystalline magnesium aluminate spinel (MgAl2O4)powders were prepared by a low temperature combustion synthesis method using nitrates and sucrose as starting materials,the characteristics of the as-synthesized powders were investigated in terms of heating temperature, environmental atmosphere and heating rate.The results show that particle sizes of MgAl2O4spinel powder increase with the heating temperature of polymer precursors.When the precursors are heated in〇2atmosphere，the reduced formation temperature of pure MgAl2O4phase and accelerated reactive species diffusion along with enlarged particle sizes can be achieved.Under the conditions of fast heating，2:1 molar ratio of sucrose to nitrates and〇2atmosphere，the formation temperature of MgAl2〇4phase is at 400 t and further pure single phase is obtained at700 t. The highly crystalline，soft agglomerated nano-sized MgAl2〇4powders are in favor of decreasing sintering temperature of high dense MgAl2〇4ceramics.Key words：magnesium aluminate spinel；nanocrystalline powder；low temperature synthesis；solid state combustion；sucrose镁铝尖晶石（MgAl2〇4)陶瓷具有强度、韧性 高，热稳定性好以及透光率高、透光波段宽等特 性，在超高温材料[1]、可调制固体激光器[2]、透明 陶瓷装甲[3]、红外窗口[4]等领域得到广泛应用.由于在可见至红外波长范围内具有高光透过率, MgAl2〇4陶瓷成为下一代双色透过窗口材料的 重要选择[4].MgAl2〇4透明陶瓷的研究逐渐向复杂结构收稿日期：2016-01 -20基金项目：国家自然科学基金资助项目（61372014).作者简介：霍地（1966 -)，男，吉林长春人，东北大学副教授；孙旭东（1961-)，男，吉林磐石人，东北大学教授，博士生导师;康雁（1964 -)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.第6期霍地等：纳米锾铝尖晶石粉体的低温燃烧合成与表征815ro-*■^1100 ' 空气-^1100 '空气 —^900$，空气-------800 T ：，空气-------700 T ：，空气^~600 T：A与多功能用途的综合方向发展，因此要求在保证 其光、热学性能的同时，材料需要具有足够高的力 学强度[5].目前，通过获得与调控MgAl 204陶瓷 微细组织结构，提高材料综合性能成为研究热点. 研究表明纳米结构的MgAl 2〇4透明陶瓷比传统MgAl 2〇4陶瓷具有更优异的光学和力学性能[6].但是，为获得高质量纳米结构MgAl 204透明陶 瓷，必须制备高纯度、均匀性好、团聚程度低的纳 米级粉体[7_8].现有纳米MgAl 2〇4粉体的合成制备技术主 要包括液相沉淀法m 、燃烧合成法[w ]、水热法[11]以及利用有机聚合物的Pechini 法[12]等.其中Pechini 法合成工艺简单、粉体纯度高、颗粒细小，特别适合制备含多种金属阳离子的混合氧化物粉 体.与典型溶胶_凝胶法中金属醇盐经过水解_ 聚合反应形成凝胶不同,Pechini 法往往采用金属 离子的硝酸盐，配合使用络合剂和聚合物溶剂例 如柠檬酸和乙二醇,在一定温度下聚酯化反应形 成凝胶，再进行加热分解合成出超细氧化物颗粒. 例如Robert 等[13]以金属硝酸盐和柠檬酸为原料 制备MgAl 204粉体的粒径最小达到4. 9 nm .Pechini 法制备的MgAl 204粉体颗粒均匀、细小，但是由于使用有机溶剂和有机聚合物以及络合 剂，聚合反应时间长,有机物前驱体煅烧温度较高 而且易于产生硬团聚.本文研究以金属硝酸盐为原 料,蔗糖为燃料剂，水为溶剂,经聚合反应后进一步 采用低温固相燃烧法制备高纯度纳米级MgAl 2〇4 粉体.同时研究了粉体煅烧温度、蔗糖与硝酸盐物 质的量比、〇2气氛及升温速率对MgAl 2〇4尖晶石 粉体生成温度及晶粒尺寸长大的影响.由于不使用 有机溶剂和助剂，减少了聚合反应时有害物质排 放,而且聚合反应时间短，前驱体煅烧温度低、速度 快，进一步简化合成MgAl 2〇4纳米粉体的工艺.1实验方法1.1制备过程按照标准MgAl 2〇4化学计量比称取分析纯 的六水硝酸镁（M g ( N 〇3) 2 _6H 2〇)和九水硝酸铝 (A l (N 〇3 )3 _9H 2〇)，加入去离子水配制成混合溶 液,然后加人蔗糖（蔗糖与金属离子物质的量比为1:1，2: 1)，搅拌混合溶液直至反应物完全溶 解，再以适量的稀硝酸调节混合溶液pH 值为2. 0. 将混合溶液放到200 °C 烘箱中,24 h 后得到多孔状 块聚合物前驱体.将前驱体在400〜1 100 °C 、不同 气氛、不同升温速率条件下煅烧处理后得到纳米MgAl 2〇4 粉体.1.2表征采用X 射线衍射仪(X Tert Pro )分析粉体样 品的物相组成.采用场发射扫描电子显微镜(JEM _ 7001F ，JEOL )观察粉体的形貌、大小及团 聚状态.采用透射电子显微镜（JEM _ 2100F ，JEOL )分析粉体形貌和大小与晶体结构.采用高温热机械分析仪(SETSYS Evolution 18, SETARAM ) 分析MgAl 2〇4粉体的烧结收缩行为.用Scherrer 公式计算纳米MgAl 204粉体晶 粒的尺寸：其中:：S (20)是衍射峰的半高宽;A =0. 154 06 nm ;沒是布拉格角4 =0. 89; d 是粉体晶粒尺寸.选取 (311)，( 400)，( 440)晶面对应衍射峰的半高宽分 别计算出粉末晶粒尺寸，并求得其平均值.同时，通过MDI Jade 6软件扣除背景及K a 2衍射，平滑 处理与全谱拟合,完成晶胞精修后获得MgAl 2 04 晶体的点阵常数.2结果与讨论2. 1镁铝尖晶石（MgAl 2〇4)粉体的物相演变2. 1. 1煅烧温度对尖晶石粉体物相的影响图1是蔗糖与金属离子物质的量比为1:1时 制备的前驱体在不同温度下煅烧6 h 的粉体XRD 图谱.在煅烧温度为600 C 时即使通入氧气仍然没 有MgAl 204晶相生成，而在72°附近产生一个未知 相的衍射峰.在空气中煅烧时700 C 开始生成了MgAl 204 相（JCPDS 卡片,No . 21 _ 1152)，同时未知相的72°衍射峰强度逐渐降低.在900 C 时未知 相的衍射峰完全消失，生成了单一的MgAl204相. 2020 30 40 50 60 70 809010020/(°)图1不同温度下煅烧粉体的X R D 图谱Fig. 1X-ray diffraction patterns of the calcined powdersat different temperatures816东北大学学报（自然科学版)第38卷根据图1中MgAl204晶相衍射峰，利用谢勒 公式计算不同煅烧温度下制备MgAl204粉体晶 粒尺寸，结果列入表1.表1不同温度煅烧MgAI204粉体的晶粒尺寸和晶格常数Table 1Grain size and lattice constants ofMgAL〇4powders prepared atdifferent temperaturest/°C700 800 900 1000 1 100^/nm 6.01 7.92 11.70 20.54 32. 11a/nm0.81001 0.80919 0.81014 0.80814 0.80771MgAl2〇4粉体晶粒尺寸随着前驱体煅烧温 度升高而逐渐增加.采用最小二乘法计算MgAl2〇4粉末晶粒尺寸的自然对数ln d与前驱 体的煅烧温度倒数（1/t)的关系，得出二者的关系为 ln d= 5 6t60 + 7.460 1.所以 MgAl204 晶粒的长大主要以扩散方式进行.温度对尖晶石粉体扩散 与生长速率有直接影响，温度升高，提高了Mg2+，Al3+，02—的扩散速率，MgAl2〇4的生长速 率越大.因此随着MgAl2〇4粉体煅烧温度的升 高，MgAl2〇4晶体晶粒尺寸长大.另外，随着前驱体加热温度的提高，X R D图谱中MgAl2〇4相的各个衍射峰向高角度偏移，相 应地计算出MgAl2〇4相的晶格常数.如表1所 示，700 °C，800 °C和 900 °C制备的 MgAl204 相的 晶格常数基本保持不变，且稍大于标准MgAl2〇4 (J C P D S卡片，No.21—1152 )的点阵常数0.808 31 nm.由于在900 C以下样品中仍含有一 种未知相，产生的MgAl204晶体相可能存在较多 的缺陷，晶格畸变较大.在1 〇〇〇C，1 100 C下获 得的MgAl204晶体相的点阵常数接近标准MgAl204的点阵常数.说明随着温度的升高，制 备的MgAl204晶体中缺陷减少，粉体的化学计量 比与结晶完整度提高.2. 1.2蔗糖的量对尖晶石物相的影响控制蔗糖与金属离子物质的量比可以形成孔 隙大小均匀而且孔隙率高的块状前驱体，有利于 高效利用低温燃烧过程放出的热量并获得高纯度 粉体.当蔗糖与金属离子物质的量比提高为2: 1时，氧气气氛下400 C煅烧前驱体即可生成单一 的MgA^04相，如图2所示.与图1中的样品对 比说明在原料中增加蔗糖的含量，可以降低燃烧 合成时MgAl204相的生成温度.由于前驱体含有 大量的有机物，燃烧时释放大量的热量.提高原料 中蔗糖含量会使后期形成的前驱体中有机物含量增加，前驱体燃烧时会释放更多的热量.所以，增 加原料中蔗糖的比例，有助于在较低温度下合成 单一的MgA^04相.3.02.52.0b1.00.520 30 40 50 60 70 80 9026/(°)图2蔗糖与金属离子物质的量比为2:1时前驱体在400 C下煅烧粉体的X R D图谱Fig. 2 X-ray diffraction pattern of powder with 2： 1 molar ratio of sucrose to nitrates calcined at400 V2. 1.3不同燃烧气氛的影响图3是将蔗糖与金属离子物质的量比为2:1 的前驱体分别在氧气和空气气氛下煅烧后MgA^04粉体X R D图谱.图3所示，在02气氛 下500 C时已产生MgAl204相，随着煅烧温度从 500 C升高到800 C，MgAl204相的衍射峰进一 步变窄，结晶度增强，晶粒尺寸从10.76 n m长大 到16.91 nm.相反，在空气中加热时，煅烧温度为 600 C时样品仍然呈非晶状态，直到700 C以上 开始生成MgAl204相，但是700和800 C制备的 粉体晶粒尺寸分别为7.03和8.52 nm，明显小于 氧气下制备的粉体尺寸.20 30 40 50 60 70 80 9026/(°)图3在不同温度、不同气氛下煅烧粉体的XRD 图谱Fig. 3 X-ray diffraction patterns of the calcinedpowders at different temperatures andatmosphere燃烧合成过程中通入氧气可使燃烧反应更加第6期霍地等：纳米镁铝尖晶石粉体的低温燃烧合成与表征817充分，放出高的热量，促进了晶粒中物质扩散而加 快了 MgAl 204的生长.另外，氧气含量的增加，使 合成尖晶石反应中氧气的分压增加，更多的氧参与 合成MgAl 2〇4反应，02 +在尖晶石晶粒中的扩散速 度增加，加速反应过程.总之在〇2气氛下低温燃烧 合成时可以促进MgAl 2〇4晶粒尺寸的长大.实验中同时发现煅烧前驱体时升温速率对MgAl 2〇4相的形成温度有明显的影响.在制备粉体过程中，如果将加热炉预先升高到煅烧温度，然 后快速放入前驱体，立刻发生有焰燃烧反应.在相 同的条件下，采用慢速随炉升温时则不会产生燃 烧火焰.有焰燃烧时发生链式化学反应，需要一定浓度或比例的C ，H 等可燃烧元素[14].存在氧化 剂例如〇2时有助于产生燃烧链式反应.慢速加 热时前驱体中有机物逐渐发生分解和挥发，造成 前驱体无焰燃烧，放出的热量低于有焰燃烧.因此 在相同条件下合成MgAl 204相的温度提高.从图 4可以看到，随炉慢速升温时，在400 ~ 500 °C 制 备的MgAl 204粉体仍只是微晶相.2.2纳米尖晶石粉体形貌图5a 和5b 是前驱体在600 C 煅烧的纳米MgAl 2〇4粉体的TEM 形貌与电子衍射图谱.合成粉体晶粒尺寸在10 ~20 nm ，而且从相应的电子衍 射图谱可见纳米MgAl 2〇4粉体的结晶程度足够 高.图5c 和5d 分别是1 100 C 煅烧MgAl 2〇4粉体的T E M 与S E M 形貌，粉体晶粒尺寸在30 ~ 35 nm .两种温度下制备的高纯度纳米MgAl 204粉 体中都存在一定程度的团聚.由于温度较高，1 100 C 煅烧样品的晶粒之间分界模糊，纳米颗粒 团聚成的块状尺寸较大.相比较而言，600 C 下晶粒 之间分界较清楚，团聚程度较低.另外，将这两种温 度下制备的纳米MgAl 204粉体分散在去离子水中 并经过超声分散处理后都会产生大量固体悬浮体， 但是低温煅烧粉体样品的固体沉降时间远远长于 高温煅烧样品，这在一定程度上也说明低温煅烧前 驱体得到较多松散团聚的纳米粉体.图4慢速升温时400和500 °C 煅烧粉体的X R D 图谱Fig. 4 X-ray diffraction patterns of powderscalcined at 400 and 500 C at low heating rate图5不同温度煅烧粉体的TE M 形貌、多晶衍射花样及SEM 形貌Fig. 5 TEM micrographs，SAED patterns and SEM micrograph of powders calcined at different temperatures(a )—600 °C ，TEM ; (b )—多晶衍射花样；（c )—1100°C ，TEM ; (d )—1100°C ，SEM.818东北大学学报（自然科学版)第38卷0 200 400 600 800 10001200140016001800t /X .图6不同温度煅烧MgAI 204粉体的烧结收缩速率曲线Fig. 6 Shrinkage rate curves of MgAL 〇4 powdersprepared at different temperatures3结 论以硝酸盐和蔗糖为原料形成泡沫多孔前驱 体，利用低温燃烧合成制备出纳米级MgAl 204尖 晶石粉体.结果表明随着前驱体的煅烧温度提高, 纳米MgAl 2〇4粉体晶粒尺寸逐渐增大.在〇2环 境中加热前驱体，有利于降低MgAl 2〇4相的形成 温度，同时促进反应物质的扩散、增大晶粒尺寸. 在快速升温、蔗糖与硝酸盐物质的量比为2:1并 且通入〇2的条件下，前驱体在400 °C 煅烧时即生 成MgAl 2〇4相，在700 °C 得到单相MgAl 2〇4粉 体.低温燃烧反应制备的纳米MgAl 2〇4粉体结晶 度高、晶粒尺寸均匀，粉体呈松散的软团聚态,有 利于降低MgAl 2〇4陶瓷致密化烧结温度.该方法 适合于批量制备，对下一步制备纳米结构透明MgAl 2〇4陶瓷是十分有益的.2. 3纳米尖晶石粉体的热收缩行为图6是利用高温热机械分析仪测定的纳米MgAl 2〇4粉体的烧结收缩行为，分别是前驱体在700,800,900 和 1 000 C 下煅烧的纳米 MgAl 204 粉体的烧结收缩速率曲线.可以看出所有粉体的烧结收缩主要集中在850〜1 250 C ，并且随着粉 体煅烧温度的升高,其坯体的开始收缩点和最大 收缩速率对应的温度向高温移动.已知粉体的晶 粒尺寸分别为7. 03,7.92，11.07和20. 54 nm ，所 以纳米MgAl 2〇4粉体晶粒尺寸越小，达到最大烧 结收缩速率所需要的温度越低，越有利于在低温 下获得高致密化MgAl 2〇4陶瓷.参考文献：[1 ]M aschioR D ，Fabbri B ，Fiori C. 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