B粉在航空航天、國防軍事、化學(xué)和冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用非常有前景,發(fā)揮著越來越重要的作用。B粉的性能主要其純度和粒度有關(guān),高純度與小粒徑,對(duì)進(jìn)一步提高其使用性能具有重要意義。而B粉純度和粒度與制備方法有關(guān),通過改變制備方法的參數(shù)也會(huì)影響其性能。本文主要利用鹽助燃燒合成法大規(guī)模制備無定形B粉的最佳工藝條件在（原料量1kg,Mg均過量10wt.%,物料成型壓力都是45MPa）的前提下,加入并改變稀釋劑KCl、MgCl2和NaCl加入量,采用鹽助燃燒合成法制備出純度更高,粒度更細(xì)的B粉。通過XRD、EDS、ICP、化學(xué)分析法、SEM、激光粒度分析儀、DSC和TEM等對(duì)制備的B粉進(jìn)行表征,研究反應(yīng)物料成型壓力不同和過量不同Mg含量制備B粉確定其最佳工藝;再研究不同稀釋劑KCl、MgCl2和NaCl加入量對(duì)制備B粉的物相、微觀形貌、純度和粒度的影響規(guī)律及作用機(jī)制。本文的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.在Mg-KCl-B2O3反應(yīng)體系里:浸洗后的產(chǎn)物中,有目標(biāo)產(chǎn)物B粉和少部分無法洗去的Mg3B2O6雜質(zhì)。B粉是無定形的。隨著KCl加入量從10%增加到50%,產(chǎn)物B粉的純度是先升高后降低,當(dāng)KCl含量為30%時(shí),... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

熔融鹽電解法的實(shí)驗(yàn)裝置圖[20,21]

不同鹽含量對(duì)燃燒合成硼粉純度和粒度的影響及其作用機(jī)制6現(xiàn)在的熔融鹽電解方法尚未得到更進(jìn)一步的發(fā)展利用，所以并不適用于工業(yè)化的生產(chǎn)。1.4.2硼烷裂解法硼烷裂解法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.2所示。具體的實(shí)驗(yàn)方案：首先將石蠟油加入氫化反應(yīng)器中，并加熱溫度緩慢提升至100℃。這時(shí)，將已經(jīng)切好的金屬Na放入反應(yīng)容器中，并攪拌，繼續(xù)加熱到200℃后，不再加熱，緩慢地通入H2，反應(yīng)溫度要保證低于300℃。完全反應(yīng)之后，在反應(yīng)器的構(gòu)成部分：攪拌器和冷凝器里加進(jìn)去所需要的NaH，然后往里邊加入BF3·(C2H5)2O，一定要慢，然后生成了氣態(tài)的B2H6產(chǎn)物。現(xiàn)有生產(chǎn)出的B2H6氣體干燥并進(jìn)行冷阱精制，然后將其送至石英玻璃的裂解爐中。B2H6如果在溫度很高的時(shí)候會(huì)發(fā)生裂解，產(chǎn)生B粉。其反應(yīng)原理的化學(xué)方程式如下所示：2Na+H2=2NaH(1.1)8BF3·(C2H5)2O+6NaH=6NaBF4+B2H6+8(C2H5)2O(1.2)B2H6=2B+3H2(1.3)圖1.2硼烷裂解法的實(shí)驗(yàn)裝置圖雖然現(xiàn)階段純度很高的無定形的B粉可以通過使用硼烷裂解法制備出來，純度在99.9wt.%以上，但是這個(gè)制備工藝所要求的生產(chǎn)環(huán)境特別的嚴(yán)格，中間產(chǎn)物為B2H6，是有劇毒，易燃易爆，無色的氣體。此外，這種方法屬于氣相分解法[23]的范疇，B粉的產(chǎn)率很低，很難進(jìn)行工業(yè)化的制備和生產(chǎn)。1.4.3氫熱還原法這種方法所使用的反應(yīng)原料是B和Br2(純度83wt.%~90wt.%，濃度大于99.5wt.%)。具體的步驟如下：第一步合成。將真空電爐持續(xù)加熱到950℃左右，然后將已經(jīng)烘干的工業(yè)粗B和液體Br2加到高溫加熱的容器中，Br2發(fā)生汽化，在900~950℃高溫下與B發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生BBr3，如式(1.4)所示。然后冷凝后發(fā)生回流到收集瓶里。但是BBr3里仍然會(huì)有殘留的

不同鹽含量對(duì)燃燒合成硼粉純度和粒度的影響及其作用機(jī)制8圖1.3高能球磨法的實(shí)驗(yàn)裝置圖此方法又被稱作機(jī)械合金化[24]，球磨機(jī)的進(jìn)行劇烈旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)來攪拌反應(yīng)物料，反應(yīng)物料和研磨球相互進(jìn)行碰撞，然后將它們粉碎成顆粒，以增加接觸面積。其反應(yīng)機(jī)理有兩種：第一種是界面原子發(fā)生逐步擴(kuò)散的反應(yīng)機(jī)理，這種機(jī)理中反應(yīng)產(chǎn)物不取決于總體組成而是取決于擴(kuò)散過程，并且產(chǎn)物通常處于不平衡狀態(tài)；第二種是高能球磨過程中反應(yīng)機(jī)理是自蔓延的，是因?yàn)槲锢砩系南嗷ヅ鲎瞾泶偈狗勰﹣磉M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的，釋放出大量的熱量，并立即產(chǎn)生大量的產(chǎn)物。反應(yīng)過程生產(chǎn)的產(chǎn)物是平衡化合物，因?yàn)榉磻?yīng)釋放的大量的熱為形成平衡的物相創(chuàng)造出強(qiáng)有力的條件。不過因?yàn)檎麄�(gè)過程中會(huì)出現(xiàn)很多缺陷需要彌補(bǔ)，應(yīng)力應(yīng)變使得產(chǎn)物結(jié)構(gòu)被推離了平衡狀態(tài)。所以通常只有具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)的材料才能通過這種方法制備出來。2003年，Darvishi等人[25]先用SPEX8000球磨機(jī)制備B粉。同年，Ricceri和Matteazzi等人[26]也通過球磨制備B粉。2010年，SeifolazadehA和MohammadiS[27]通過球磨制備B粉。他們使用的實(shí)驗(yàn)裝置就是這款SPEX8000球磨機(jī)。制備的B粉純度粒度，未在文中提及。2014年，Mohammadi等人[28]最初用高能行星式球磨機(jī)合成純度大于80wt.%，質(zhì)量6.3g的B粉。如果比較其它制備的B粉工藝，高能球磨法是生產(chǎn)B粉的相對(duì)安全方法。它可以在室溫下進(jìn)行。高能球磨法可以細(xì)化B粉，平均粒徑可以達(dá)到納米級(jí)，最小可以到50nm；但是，該方法極其容易把雜質(zhì)弄進(jìn)來，制備出的B粉純度太低，不足90wt.%，嚴(yán)重影響B(tài)粉的應(yīng)用價(jià)值，因此不能滿足實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)。1.4.6金屬熱還原法鎂熱還原法是金屬熱還原法中應(yīng)用于制備無定形B粉最具規(guī)模的一種方法[29]。早在1908年，蓋伊·盧薩克和詹納首先用鉀還原

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3230440