AlF3對(duì)含硼化物復(fù)合粉的影響

西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院 陜西 西安 710000

在研究Al-B2O3體系燃燒合成含AlB2復(fù)合粉的合成機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)阻礙Al-B2O3體系燃燒合成含AlB2復(fù)合粉的因素之一是燃燒過(guò)程中反應(yīng)物粘度較大，影響了Al與B單質(zhì)的接觸，導(dǎo)致AlB2的生成量較低[1]。文獻(xiàn)顯示[2，3]，熔鹽作為稀釋劑，黏度較低，在反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)吸收熱量降低反應(yīng)的絕熱溫度和燃燒波的傳播速度，使燃燒合成反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。而且熔鹽不與原料發(fā)生反應(yīng)，只是在反應(yīng)過(guò)程中降低體系粘度，增大反應(yīng)物的擴(kuò)散速度，促進(jìn)產(chǎn)物的生成。殷漢青等人[4]研究了氯化鹽對(duì)Al-B2O3體系燃燒合成AlB2-Al2O3復(fù)合粉的影響，加入熔鹽的Al-B2O3體系燃燒合成反應(yīng)引燃溫度有所提升，產(chǎn)物的物相組成為Al2O3、Al和AlB2，但AlB2相的衍射峰強(qiáng)基本沒(méi)有變化，說(shuō)明氯化鹽對(duì)Al-B2O3體系燃燒合成AlB2-Al2O3復(fù)合粉的促進(jìn)作用并不明顯。Gilbert E等人[5]發(fā)現(xiàn)氟離子可明顯降低體系的粘度，促進(jìn)反應(yīng)物的接觸。故本文選用AlF3這種氟化鹽，研究其對(duì)含硼化物復(fù)合粉的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)使用的原料為:球磨Al粉、B2O3粉以及AlF3。

將實(shí)驗(yàn)原料按照表1進(jìn)行配料、稱(chēng)量、混料、壓制成型并進(jìn)行燃燒合成實(shí)驗(yàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)原料配方

2 結(jié)果與分析

2.1 物相分析 AlF3對(duì)燃燒合成含硼化物復(fù)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(chǎn)物物相組成為AlB2、Al2O3及Al；當(dāng)AlF3摻量為3wt%時(shí)，燃燒產(chǎn)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(qiáng)有所降低，而在2θ=44.206°和62.190°的衍射峰強(qiáng)有所升高，Al2O3的衍射峰強(qiáng)有稍微提高，說(shuō)明加入3wt%的AlF3，增強(qiáng)了Al與B2O3的還原反應(yīng)，并且降低了燃燒過(guò)程中的物質(zhì)粘度[6]，促進(jìn)了Al與B的接觸，從而導(dǎo)致AlB2相的增多。且試樣中并未檢測(cè)到AlF3的峰，說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)溫度高于1272℃(Al F3吸熱直接升華)時(shí)，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(qiáng)基本不再變化。當(dāng)AlF3摻量為6wt%時(shí)，產(chǎn)物中出現(xiàn)了AlF3相，說(shuō)明AlF3摻量過(guò)多，多余的AlF3并未升華，被留在了試樣中。同時(shí)也證實(shí)了AlF3并未參與反應(yīng)，也沒(méi)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(guò)程中的物質(zhì)粘度的作用。綜合上述分析，AlF3的最佳摻量為3wt%。

圖1 AlF3對(duì)燃燒合成試樣物相組成的影響

2.2 顯微結(jié)構(gòu)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(zhì)和一些球形顆粒，在孔洞中生長(zhǎng)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(jié)合EDS結(jié)果，熔體基質(zhì)(A點(diǎn))中的Al與O的原子數(shù)比為18.98:26.26，接近2:3，可以判定為Al2O3，球形顆粒(B點(diǎn))為未反應(yīng)完全的Al，四方顆粒(C點(diǎn))的Al與O的原子數(shù)比為30.77:41.57，可以判定為Al2O3顆粒，六方顆粒(D點(diǎn))中Al與B的原子數(shù)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(xiàn)AlF3顆粒，說(shuō)明在燃燒合成反應(yīng)過(guò)程中，AlF3并未參與反應(yīng)，也不發(fā)生分解，當(dāng)燃燒合成溫度高于1272℃時(shí)，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(guò)程中的Al2O3熔體的粘度。這與XRD的分析結(jié)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(jié)論

AlF3可促進(jìn)Al與B2O3的還原反應(yīng)，降低燃燒過(guò)程中的物質(zhì)粘度，促進(jìn)Al與單質(zhì)B的接觸，從而導(dǎo)致AlB2相的增多。但AlF3摻量超過(guò)3wt%，AlB2和Al2O3的衍射峰強(qiáng)基本不再變化，且產(chǎn)物中出現(xiàn)了AlF3相，說(shuō)明AlF3的最佳摻量為3wt%。