AlF3對含硼化物復合粉的影響

西安建筑科技大學華清學院 陜西 西安 710000

在研究Al-B2O3體系燃燒合成含AlB2復合粉的合成機理時發(fā)現阻礙Al-B2O3體系燃燒合成含AlB2復合粉的因素之一是燃燒過程中反應物粘度較大，影響了Al與B單質的接觸，導致AlB2的生成量較低[1]。文獻顯示[2，3]，熔鹽作為稀釋劑，黏度較低，在反應過程中通過吸收熱量降低反應的絕熱溫度和燃燒波的傳播速度，使燃燒合成反應穩(wěn)定進行。而且熔鹽不與原料發(fā)生反應，只是在反應過程中降低體系粘度，增大反應物的擴散速度，促進產物的生成。殷漢青等人[4]研究了氯化鹽對Al-B2O3體系燃燒合成AlB2-Al2O3復合粉的影響，加入熔鹽的Al-B2O3體系燃燒合成反應引燃溫度有所提升，產物的物相組成為Al2O3、Al和AlB2，但AlB2相的衍射峰強基本沒有變化，說明氯化鹽對Al-B2O3體系燃燒合成AlB2-Al2O3復合粉的促進作用并不明顯。Gilbert E等人[5]發(fā)現氟離子可明顯降低體系的粘度，促進反應物的接觸。故本文選用AlF3這種氟化鹽，研究其對含硼化物復合粉的影響。

1 實驗

本實驗使用的原料為:球磨Al粉、B2O3粉以及AlF3。

將實驗原料按照表1進行配料、稱量、混料、壓制成型并進行燃燒合成實驗。

表1 實驗原料配方

2 結果與分析

2.1 物相分析 AlF3對燃燒合成含硼化物復合粉物相組成的影響如圖1所示。由不摻Al F3的S0試樣的XRD圖譜可知，燃燒產物物相組成為AlB2、Al2O3及Al；當AlF3摻量為3wt%時，燃燒產物物相組成仍為AlB2、Al2O3及Al，但與S0試樣的XRD圖譜相比，Al的衍射峰有所下降，AlB2相在2θ=34.884°處的衍射峰強有所降低，而在2θ=44.206°和62.190°的衍射峰強有所升高，Al2O3的衍射峰強有稍微提高，說明加入3wt%的AlF3，增強了Al與B2O3的還原反應，并且降低了燃燒過程中的物質粘度[6]，促進了Al與B的接觸，從而導致AlB2相的增多。且試樣中并未檢測到AlF3的峰，說明反應過程中，當溫度高于1272℃(Al F3吸熱直接升華)時，AlF3全部升華[7]。但隨著Al F3摻量的繼續(xù)增加，AlB2和Al2O3的衍射峰強基本不再變化。當AlF3摻量為6wt%時，產物中出現了AlF3相，說明AlF3摻量過多，多余的AlF3并未升華，被留在了試樣中。同時也證實了AlF3并未參與反應，也沒有發(fā)生分解，只是起到了降低燃燒體系的溫度，和減少燃燒過程中的物質粘度的作用。綜合上述分析，AlF3的最佳摻量為3wt%。

圖1 AlF3對燃燒合成試樣物相組成的影響

2.2 顯微結構分析 摻加3wt% AlF3的燃燒合成試樣的FESEM照片如圖2所示。從圖2(a)中可以看出，燃燒合成試樣中孔隙率較大，試樣表面有熔融的塊體基質和一些球形顆粒，在孔洞中生長著規(guī)則的四面體和六面體顆粒。將圖2(a)中紅色區(qū)域放大，如圖2(b)所示，結合EDS結果，熔體基質(A點)中的Al與O的原子數比為18.98:26.26，接近2:3，可以判定為Al2O3，球形顆粒(B點)為未反應完全的Al，四方顆粒(C點)的Al與O的原子數比為30.77:41.57，可以判定為Al2O3顆粒，六方顆粒(D點)中Al與B的原子數比為43.43:29.56，接近2:1，可以斷定為AlB2。在試樣的FESEM照片中并未發(fā)現AlF3顆粒，說明在燃燒合成反應過程中，AlF3并未參與反應，也不發(fā)生分解，當燃燒合成溫度高于1272℃時，AlF3直接升華，吸收熱量，降低體系的燃燒溫度，且F離子降低了燃燒過程中的Al2O3熔體的粘度。這與XRD的分析結果是一致的。

圖2 摻加3wt% AlF3的燃燒合成試樣的FESEM照片；(b)是(a)的局部放大圖

3 結論

AlF3可促進Al與B2O3的還原反應，降低燃燒過程中的物質粘度，促進Al與單質B的接觸，從而導致AlB2相的增多。但AlF3摻量超過3wt%，AlB2和Al2O3的衍射峰強基本不再變化，且產物中出現了AlF3相，說明AlF3的最佳摻量為3wt%。