氧化镁晶须的制备

氧化镁晶须的制备 () M a r. 1997 1997年 3月自然科学版河北师范大学学报 () Jo u rna l o f H ebe i N o rm a l U n ive r sity N a tu ra l Sc ience V o l. 21 N o. 1 第21卷 第1期 氧 化 镁 晶 须 的 制 备α 1)1)1)2) 周相廷张兴利陈汝芬施民梅 ( ) ) 河北师范大学化学系, 050016, 石家庄; 2沧州师范专科学校化学系, 061000, 沧州; 第一作者32岁, 男, 副教授 摘 要 对文献报道过的有关晶须的制备 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行了分类和综述, 指出了各种制 M gO 备方法的优缺点及所得晶须的特征。 关 键词 氧化镁; 晶须; 制备; 生长 分类号 784O () 晶须 是细小的纤维状单晶体, 也叫胡须晶体。晶须的特征是晶须越 W h isk e r C ry sta l 细, 结晶的缺陷越小, 螺旋转移就会发生扭曲, 弹性界限就会降低。检查晶须的结构, 可以 ( ) 检验出结晶的完整性。晶须 熔点2 850?具有非常大的强度, 很适合作为各种复合M gO 〔1〕 材料的强化材料。晶须的制备现已成为各国科学家所关注的热点之一。关于M gO M gO晶须的制备方法已有诸多报道, 本文作者通过系统地查阅文献, 对有关晶须的制备 M gO 方法进行了分类和综述, 指出了各种制备方法的优缺点及所得晶须的特性。 1 制备方法 1. 1 蒸着法 〔2〕 蒸着法是一种物理方法, 利用这种方法可以研究晶须的成长机理。具体过M gO 〔3〕( 程:用 块 状 作 原 料, 在 真 空 炉 中 用 石 墨 加 热 器 进 行 加 热 加 热 温 度 不 超 过 M gO ) 2 000?, 使块状升华为蒸汽, 然后逐渐冷却, 就能生成晶须。由于制出 M gO M gO M gO 的产品纯度低、质量差且产率低, 所以这种方法现在已很少应用。 1. 2 化学反应法 化学反应法是制备晶须最常用的方法, 所有的化学反应法有一个共同的特点:M gO 〔2〕 都必须经过生成镁蒸汽这一中间过程。现将最常用的化学反应法分述如下。1. 2. 1 还原法 M gO 还原法是利用还原剂在高温下将还原成镁蒸汽。然后用氧气或水将镁蒸 M gO M gO 汽氧化, 生成晶须。所用的还原剂有很多种, 常见的有、、、、等。使用不同 M gO W CCO A lH 2 的还原剂, 不同的反应条件和不同的反应装置, 所制得晶须的性质是不相同的。下面就不 同的还原剂做一详细介绍。 〔4〕()1+ : 以 作还原剂反应装置如图1所示, 将和 加入到 当中加热 M gO CC M gO C E 到1 450, 1 600?。加热时升温速度应控制在9, 12?ƒ对于大一些的反应装置, 升温; m in α 收稿日期: 1996- 06- 06, 修回日期: 1996- 10- 28 速度控制在15, 50?ƒ升温速度过快会抑制晶须的生长。所制晶须有4, 6 . m inM gO mm 长, 直径约为20, 30 , 晶须的横截面是正四方形的, 如图2所示。Λm ( )图1+ 反应的装置示意图 图2+ 反应制得的晶须 ×140 M gO C M gO C 〔5〕晶须还可以由和 在炉中反应制得。炉子中有一根质的反应管, M gO M gO C M gO 原料在这个管中被加热到1 400, 1 600?, 加热过程中要通入惰性气体进行保护, 待反应 进行一段时间后, 再通入含有氧气的惰性气体, 即可生成晶须。如果反应温度在M gO 1 400, 1 500?之间, 那么所得晶须的长度为15mm , 直径为20, 30 Λm ; 若温度在1 500, 1 600?之间, 所得晶须长30, 直径为300 。mm Λm 〔6〕( ) 2+ : 用作还原剂亦可制备晶须。此反应在水平管式炉中进行,M gO A lA l M gO ) ( 反应温度分别为1 300?、1 450?、1 550?, 所用原料?2? 3 质量比, = 粉末M gO A lM gO 的大小约为5, 10整个反应过程不需要用惰性气体进行保护。, Λm 另外, 如果先将和 粉干燥并压成块后再放入炉中加热到1 300?或略高一 M gO A l 些, 同时通入含适量氧气的惰性气体, 可以制得三种不同形态的晶须: 一种较大, 直径约为25 , 长1. 5英寸; 一种较小, 直径约为1 或更细, 看上去象药棉一样; 还有一种更细, 排 Λm Λm 〔7〕()在一起像毛皮, 图略。 〔8〕( )3+ : 这个反应的装置和 的装置类似, 只是多了一个材料的 M gO H 2Sea r sM gO 〔4〕管, 其直径为1英寸, 是作为晶须生长的基质并支撑钨加热线圈。加热时线圈温度为1 500 , 1 600?, 反应炉温度控制在900, 1 000?, 完全变成气态后, 通入水煤气即可制得M gO 晶须, 晶须图形略。M gO 〔4〕( )4+ : 反应装置如图3 所示。将钨坩埚加热到1 900, 2 100?, 这样可将 M gO W () 加热到1 500, 1 600?, 和在此温度下发生反应生成然后通入含氧 , M gO M gO W M g g - 1 () ()气的惰性气体即可, 晶须的生长速度为1, 10 r, ƒ长径比为100。晶须图略。Λmsld () 河北师范大学学报 自然科学版 78 第 21 卷 ( )5+ : 此反应在管式炉中进行, 炉子 M gO CO 中有一质的管, 将原料放入管中, 然后 M gO M gO 通入 气体, 反应温度在1 400, 1 500?或1 500,CO 1 600?之间。待与 完全反应后, 通入氧 M gO CO 气, 即可生成晶须。反应温度在1 400, 1 500?M gO 之间时, 晶须长为15, 直径为20, 30 反应温 ; mm Λm 度 在 1 500, 1 600?之 间 时, 晶 须 长 30, 直 径mm 〔5〕300 。此反应也可在真空炉中进行, 用石墨加热 Λm 〔3〕器进行加热, 反应温度控制在2 000?以下。 〔9〕 ( )的反6+ : 此反应与+ M gO C aC 2 M gO CO 应条件相似。在此条件下, 通入水蒸汽就可制得晶 须。晶须的形态主要取决于扩散到生长区中 H 2O 反应的装置示意图 + 图3M gO W 石英窗口 辐射防护屏 . . AB( ) () 的量。随着 的量的增加, 生成物由线状 g H 2O g 石英管 钨坩埚 块状. . . CDEM gO多晶变成晶须最后变成松散的晶体, 晶须的晶轴与 〈100〉方向平行。 〔10〕() 7 M gO + M gA l 合金: 把350 ( 目以下的 2相的合金 ?1ΧM gA l A lM g )? 1、、石墨和在78. 5A l2O 3M gO M P a 的单向外压下压成20 ×20 ×20的 mm 块, 放入图4中的 舟上, 然后放入铝 A l 管中, 以600?的加热速度加热到ƒm in 1 600?, 通 入 500?的 氩 气, 同 时 以 200ƒ的速度通入 并间歇通 , m lm in CO 图4+ 反应装置图 M gO M gA l ( 2 入 事先用 = 5的铝管以 CO CO 2 d mm ( ) 玻璃管= 5机器油 硅橡胶管 . . . Ad mm BC) 10, 60 泡的 速 度 通 过 油, 在 ƒm in () D. 铝管 d = 5mm E. 炉 F. 硅橡胶塞 () G. 铝管 d = 34mm H. 铝舟 I. 原料压块1 500?加热2, 然后以600?的速 ƒh h J. 气体燃烧器 K. 流量计度冷却反应物, 可得到晶须。晶M gO () 须的长度为200, 直径为40 是200面的晶体, 反应的具体过程: 首先生成了, , mm Λm M g g 它从反应物内部扩散出来, 在反应物的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面生成晶须。生长机理有两种: 一种是 机 V L S ) ( ( 理, 生成物顶端有一团状物, 图略; 另一种是 机理, 其生成物顶端没有团状物 图V L )略。 〔2, 11〕 1. 2. 2 镁盐水解法 镁盐水解法所用镁盐主要是, 它可以由在真空炉中加热 rrM gC l2 M gC l2N H 4C lH 2O 分解制得。反应在如图5所示的装置中进行。具体反应过程: 将加热成气态, 通入氩 M gC l2 气, 氩气将蒸汽运至反应区, 在此与用氩气运来的 进行反应, 生成晶须,M gC l2 H 2O M gO 反应时间为30, 60m in。所制得晶须非常短, 长度仅100 Λm。反应的副产物 H C l 可用来制 备原料。 M gC l2 与水的反应条件:M gC l2 反 应 温 度 为 1 200, 1 300, ( )1 400?; 氩气的通气速度: 1 3 ( ) 50, 250,ƒ, 2 80cm m in 3 400在 氩 气 ƒ; cm m inM gC l2 ( ) 1中的分压为2, 在 T o r rH 2O ( ) 氩 气 2 中 的 分 压 为 1, 图5 + 反应的装置示意图 M gC l2 H 2O 70 .T o r r 炉 、反应管 石墨管 基 原料. . . . . ABCDEF 1. 2. 3 镁盐与卤化物反应 利 石墨舟 压力计 水扩散器 . . . 纯铜HIJL . 胶体 浓 . . M S iO 2NH 2SO 4 OP 2O 5 用镁盐与卤化物反应 制备M gO 晶须的方法近几年使用较多。作为M g 盐的原料可以是: M gC l26H 2O , KM g2 rr6r7也可用硝酸盐和其他无机盐。这些镁盐可单独使用一种也可多 ,, C l3H 2O M gSO 4H 2O 种合用, 还可以使用无结晶水的镁盐。卤化物可以是 、、、等金属或碱土金属的卤C aN aL iK 化物, 其中 K 的卤化物特别有效。卤化物也是可单独使用一种或多种合用。 〔12〕( )16在马福炉中进行: 等摩尔混和6和 放 r+ : . rM gC l2H 2O KC laM gC l2H 2O KC l ( 入炉中, 加热到850?, 通入干燥的空气, 通气速度为120ƒ然后通入湿空气 含水量, L h 3 - ) 20 ƒ, 5 后, 冷却反应物, 用水洗净产品中的 , 再用丙酮洗后干燥, 可得到较纯净 gm h C l 的晶须。M gO 〔13〕 在蒸汽炉中进行: 将原料按1? 1的比例混和后放入炉中, 通入惰性气体, 加热到. b 800?, 并保持这个温度45, 然后加热到850 ?, 保持5 , 通入水蒸汽即可。m in h 〔4〕 在熔炉中进行: 将原料按r6? ? 3的比例混和后, 放入容积为0.. = 7cM gC l2H 2O KC l 6和1的瓷质或刚玉的容器中, 装填高度不能超过容器高度的12。将容器放入炉中加 ƒL L 热, 最 高 温 度 不 超 过 1 200?, 反 应 22 。加 热 过 程 中, 在 180, 1 200?之 间 的 升 温h 速 度要慢。反应结束后, 可看到有与熔融物表面垂直的毛刷状晶须生成, 其长度为 )( 0. 1, 3, 5不等, 直径为0. 1, 5 , 图略。晶须的抗拉伸强度为500, 1 500, mm mm Λm m P a产率约为40%, 50% 。日本的 在研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中提出了不同的实验方 O h in a ta Yo sh ih iro 〔15〕法: 等摩尔混和6和 在预处理炉中加热至500?进行脱水, 将脱水后 , rM gC l2H 2O KC l () 的混和物放入反应容器中加热至混和物呈熔融态, 然后通入含0. 001的 的 ƒm o lL H 2O g 空气, 晶须就会在反应容器的下部生成。所得晶须长100, 800 , 直径约为2, 10 。Λm Λm 〔16〕 另外, 日本的提出了另外一种实验方法: 等摩尔混和, rN ish iyam aA t su sh i M gC l26和 然后将混和物在低于550?的温度下进行脱水0. 2以上, 将脱水后混和物 , H 2O KC lh () 放入石英坩埚, 通入含0. 005的空气, 以4?的速度加热到400?并保持ƒƒm o lL H 2O gm in 1h , 接着以同样的加热速度加热到850?, 保持4 h , 所制得的晶须长度为90 Λm。 〔1〕( )267在如图6所示的装置中进行: 将原料按 r+ r+ . M gC l2H 2O M gSO 4H 2O KC l a 下列比例混和: r7r6原料中? ? 12. 6, 104. 4, 39. 1, = 1M gSO 4H 2O gM gC l2H 2O gKC lg M g K () 河北师范大学学报 自然科学版 80 第 21 卷 ( ) ()摩尔比, 相对的含量比例为1% 。将原料投入到料斗6中, 将管式炉 M gSO 4 M gC l2 m o l 加热到850?后, 打开阀门使原料投入到多孔质陶瓷板2上方的原料熔解腔3内, 脱水30 , A , 待原料熔融后, 通过多孔质陶瓷板渗透到反应生成腔4内, 从而在陶瓷板2下方形成m in - 3原料液膜。接着通过供气管7以1的速度通入干燥的空气, 同时供给2. 3×10 ƒƒL m in m o l ()浓度的 。在850?保持1, 然后将陶瓷板2沿板方向移动, 使板下生成物沿刮板9 L H 2O gh 滑下, 回收至容器10中。使用这种装置可连续不断地产生晶须。M gO 67r+ r+ 图6图7 熔融反应物的装置示意图M gC l2H 2O M gSO 4H 2O KC l 1. 混和物 2. 容器 3. 晶须生成器 反应的装置示意图 4. 管状空气炉 5. 晶须 1. 管状炉 1. 炉芯管 2. 多空质陶瓷板 A〔17〕在图7所示的装置中进行: 原料的配 . b2. 陶瓷板上面 2. 陶瓷板下面 3. 反应腔AB 比与上一例相同, 只是用量都为上一例中用量 6. 阀门 4. 生成腔 5. 原料 6. 料斗A的1ƒ10。原料的加入量对于开口容器, 原M g 7. 进气管 8. 排气管 9. 刮板 10. 回收容器 11. 加热器 12. 熔融的反应物 3 。将原料放入 27ƒ子的原子换算值为4.m o lm 容器2中, 然后将容器放入管状气炉中, 以1的速度通入干燥的空气, 以4?的 ƒƒL m in m in 升温速度加热至300?, 使原料脱水2 , 然后将它放入空气炉容器中, 以1ƒ的速度通h L m in - 3( 入干燥的空气, 以4?ƒ的升温速度加热至850?, 通入湿空气 水含量2. 3×10ƒ m in m o l) 保持在850?3 , 晶须就在容器2外的晶须生成器3中析出。晶须不含未成长的, , h L M gO 只附着一点镁盐卤化物、, 用水冲洗就可得较纯净的晶须。晶须长0. 1, 1 , 直径 M gSO 4 Λm 为0. 3, 0. 7 , 可用于陶瓷同晶须复合材料、矩阵形式的陶瓷粉末粒直径的勘测所需的 Λm 高强度复合材料。本方法所得晶须同其他方法相比具有晶须特别细、纯度特别高、强度特 别大的特点。 ()( ) 34r72+ 在850?灼 05ƒM gSO H O KC l将原料混和后通入湿空气 含0.m o lL H 2O 〔18〕烧4, 即可得到晶须。所得晶须的横截面不是圆形的, 往往沿长度方向有凹形槽。 h M gO 〔12〕 该反应也可在马福炉中进行, 反应条件与6相同。r+ M gC l2H 2O KC l 〔19〕分解法 1. 2. 4 M gCO 3 ( ) 分解法是利用r??5作原料, 加热分解即生成晶须, 1M gCO 3 M gCO 3x H 2O x M gO 其中以3效果最好。先把原料加工成针状粉末, 然后以5?的加热速度 rƒM gCO 3H 2O m in 加热到1 600?并保持1 就生成了晶须。晶须长度为50, 150 , 直径为2, 5 可, h M gO Λm Λm 用来制造耐火材料, 也可作为塑料添加剂。 1. 2. 5 尖晶石分解法 〔20〕反应装置如图8所示, 将原料放在铱坩埚中, 在常压下加热到1 900?, 加热过程中 通入含有少量氧气和水蒸汽的空气, 通气速度为1ƒ。所得晶须的长度为10 ,L m inΛm 〔21〕)( 10mm , 直径为5, 20 Λm , 晶须的横截面为四方形, 图略。另外, 前苏联的 B u dn iko v利用加热含有尖晶石的方镁石的方法来制备晶须, 反应在隧道式加热炉中进行, 反应 M gO 的温度为1 650?, 制得的晶须长度为5, 是〈100〉面的晶须。mm 〔11〕 镁水解法1. 2. 6 反应装置如图5 所示, 具体反应过程是: 将 加热成气态, 通入氩气, 氩气将蒸汽运 M g M g 至反应区, 在此与用氩气运来的 进行反应, H 2O 生成晶须。M gO 〔17〕1. 2. 7 含粗矿与酸反应法 M gO 将含有80% 以上的各种镁的粗矿原 M gO ( ) 料用酸 硫酸、盐酸、硝酸溶解, 向其中添加酒 精以除去不溶物, 然后放入高压釜通入, 密封O 2 2 后在10, 15的压力下反应, 使之脱水。将 ƒk gcm 脱水产物在1 100, 1 200?的温度下灼烧可得 晶须。这种方法可适用于工业化生产。 利 M gO 用化学反应法制备晶须, 生成M gO M g 图8 尖晶石分解的装置示意图() 是一个必然的中间阶段, 晶须都是从气相中g 〔2〕 生长出来的。在晶须生产过程中, 添加一些物质可以改变晶须的产量与性质, 碱金属和碱土金属的化合物常被用作添加剂, 如 、等可增加晶须的产量。但还有一些物 C uO M nO 2 质能降低晶须的产量, 降低顺序如下: < < < < < <