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1.性状:极微细的单结晶。组成式为xAl2O3·yB2O3。常有三种形态的化合物:9Al2O3·2B2O3,2Al2O3·B2O3,Al2O3·B2O3。Al2O3·B2O3存在于天然矿物中。工业晶须为9Al2O3·2B2O3。白色粉末。
1.硼酸铝晶须性能稳定、机械性能优越、可适用性大。可作为塑料、金属和陶瓷等的补强材料,用于航天、航空、建材、汽车等领域。用作增强材料时,对模具磨损小,对微小复杂形状的塑料制品的增强作用更明显,当达到30%(重量)含量时,机械强度可增强1倍以上,而拉伸弹性模量可增大两倍以上。用作轻金属的增强材料,拉伸强度可增强3倍以上。硼酸铝晶须还可用于耐火阻燃涂层、催化剂基体材料、电子材料及电磁波屏蔽材料。硼酸铝晶须对中子的吸收能力强, 防止因核变反应引起的中子辐射。
2.可用作塑料、金属和陶瓷等的补强材料。作为塑料补强剂使用时,与玻璃纤维相比,对微小、复杂形状的塑料成型品可以起到补强作用,赋予制品等方向性。亦可作聚碳酸酯树脂的补强材料。
1.硼酸铝晶须的制备方法主要有气相法、熔融法、助融法等。熔融法是将氧化铝和硼酸或氧化硼混合,在2100℃下熔融,然后冷却,成长为晶须。气相法是在1000~1400℃下,将水蒸气通入到气体状态的氟化铝和氧化硼中,得到硼酸铝晶须。 熔融法是将氧化铝与氧化硼在1200~1400℃下反应,氧化硼同时起助熔剂的作用,最终得到硼酸铝晶须。该法只能得到大尺寸的晶须。由于氧化硼同时起助熔剂作用,使生成的晶须熔解,吸收率降低。或者在氧化铝和氧化硼中加入助熔剂(如碱金属氯化物、硫酸盐或碳酸盐),在1000~1200℃下成长为晶须。反应后,用水处理,除去助熔剂,分离出晶须。水热法是先制备硼酸铝凝胶,再对凝胶进行水热处理,制得硼酸铝晶须。
2.熔融法 氧化铝和硼酸或氧化硼混合,在2100℃下熔融,然后冷却,成长为晶须。
3.气相法 在1000~1400℃下,将水蒸气通入到气体状态的氟化铝和氧化硼中,得到硼酸铝晶须。该法不易操作。
4.内部熔融法 将氧化铝或者在高温下生成氧化铝的化合物与氧化硼在1200~1400℃下反应,氧化硼同时起助熔剂的作用。最终得到硼酸铝晶须。该法只能得到大尺寸的晶须。并且,由于氧化硼同时起助熔剂作用,使生成的晶须熔解,收率降低。
5.外部熔融法 1000℃以上,在氧化铝和产生氧化硼的原料中加入与反应无关的助熔剂(如碱金属氯化物、硫酸盐或碳酸盐)。在1000~11200℃下,成长为晶须。反应后,用水处理,除去助熔剂,分离出晶须。反应温度为800~1000℃时,得到硼酸铝晶须。
6.以三碱硫酸铝[M3Al(SO4)3](M为碱金属)与硼的氧化物、含氧酸或碱金属硼酸盐为原料,以铝和硼的摩尔比为6∶4~9∶2进行混合,该混合物在700~1200℃范围内反应,得到硼酸铝晶须。
密度为2.93g/cm3,熔点为1440~1460℃,耐热温度1200℃,莫氏硬度为7,拉伸强度为7.84GPa,拉伸弹性模量为392GPa。具有高的弹性率,良好的机械强度、耐热性、耐化学药品性、耐酸性(在1mol/L盐酸中、70℃下稳定)、电绝缘性和中子吸收性能。硼酸铝晶须具备高于钛酸钾晶须的弹性率和强度。
硼酸铝晶须增强氰酸酯树脂/玻璃布复合材料的研究
为了改善氰酸酯树脂基复合材料的层间性能,加入硼酸铝(AlBw)晶须制得晶须/氰酸酯树脂/玻璃布复合材料。研究了晶须对氰酸酯树脂的反应活性、工艺性的影响以及对复合材料力学性能的改善效果,并分析了复合材料断裂的SEM照片。凝胶时间和差示扫描量热(DSC)分析表明,晶须的加入对树脂体系反应性影响较小。晶须的加入增大了氰酸酯树脂的粘度,但增加幅度不大,当晶须加入质量为20%时树脂粘度仍小于8Pa·s,具有良好的工艺性。随晶须加入量的增加,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度增大,晶须质量占10%时,4%硼酸酯处理的晶须使ILSS和弯曲强度分别提高45%和32%。晶须的加入使复合材料耐湿热性提高,水煮100h后,吸水率降为1·09%,力学强度保持率高于85%。
硼酸铝晶须和石墨粉复合增强型涂料的耐磨性能
为了提高涂料的耐磨性能,采用在环氧酚醛涂料里添加分散好的硼酸铝晶须和石墨粉的方法,制备出一种复合增强型涂料。采用环盘式摩擦磨损试验机测试涂料的耐磨性能。结果表明,晶须的钉扎作用和石墨的润滑作用提高了复合增强型涂料的耐磨性能,最佳配比为5%硼酸铝晶须和2%石墨粉(均为质量分数)。此时,涂料的磨损量达到最小,为0.1646g,是环氧酚醛涂料磨损量的30%。