Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)低共熔過程觀測分析.pdf

1、Na3AlF6-Al2O3體系是重要的材料系統(tǒng)，對Al2O3材料的生產、加工和研究有廣泛應用。特別是對于Al2O3高溫陶瓷部件的制造和加工有重要意義。近年來由于它在高溫時的強腐蝕性又被應用于化工領域以及航空領域等。目前關于 Na3AlF6-Al2O3體系的研究主要是以鋁電解產業(yè)而展開的，關于在Al2O3高溫陶瓷部件的制造和加工等方面報道還很少，特別是關于這一系統(tǒng)的低共熔過程觀察、熱力學、動力學分析等基礎研究還很缺乏。
　　本文采用

2、高溫熱臺及高溫顯微鏡對 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)升溫過程中低共熔反應過程進行了全面實時的觀測，以冰晶石（Na3AlF6）和氧化鋁（Al2O3）為原料，探討了樣品顆粒尺寸、晶型對低共熔過程的影響；并利用TG-DSC曲線分析了升溫速率對低共熔過程的影響，探討了系統(tǒng)中兩種組分配比對低共熔物冷卻結晶形貌的影響；同時利用熱分析動力學計算了 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)的動力學參數(shù)，補充了這一系統(tǒng)的動力學數(shù)據(jù)。具體在以下方面做了研究：

3、>　　第一，利用高溫熱臺和高溫顯微鏡對 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)的升溫過程進行了實時觀察和記錄，描述了低共熔反應過程。認為低共熔反應過程只能發(fā)生在異質晶體顆粒接觸點處。在加熱過程中 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)的兩種組分在沒有到達它們的低共熔點溫度時就會發(fā)生固溶反應，在560℃～570℃時生成有限型固溶體。當固溶體中溶質在溶劑中的溶解度達到極限，出現(xiàn)第三相，即液相，此時系統(tǒng)達到低共熔點溫度，兩個組分開始熔化反應。
　　第二

4、，探討了不同 Al2O3顆粒尺寸對低共熔過程的影響。對比了不同Al2O3顆粒尺寸與 Na3AlF6的反應進程，發(fā)現(xiàn)納米顆粒反應速率優(yōu)先于普通顆粒，追究其中原因，還得歸于Al2O3粉體的納米尺寸效應，比表面積的增大提供了Al2O3與Na3AlF6更多的同時反應點，因而大大提高了反應的效率。
　　第三，探討了不同 Al2O3晶型對低共熔過程的影響。對比了不同晶型Al2O3與Na3AlF6的反應進程，發(fā)現(xiàn)不同晶型的Al2O3的溶解速率不

5、同，γ型Al2O3的活性最好，隨著從γ型Al2O3到型αAl2O3，他們的活性逐漸降低， 同時在只含有α型Al2O3時，他的融化速率變得最小。
　　第四，對 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)進行了熱力學分析。研究了升溫速率、組分摩爾配比對 Na3AlF6-Al2O3低共熔反應及低共熔物結晶形貌的影響。對比了不同升溫速率對低共熔反應過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著升溫速率的提高，系統(tǒng)低共熔反應放熱峰有相應的延遲，這是因為快速升溫使得反應

6、來不及進行便達到更高的溫度，造成滯后反應；通過比較反應過程的熔化焓，得出兩個組分低共熔反應的熔化焓并不是兩種單獨組分熔化焓的簡單疊加，驗證了Na3AlF6-Al2O3在加熱過程中有相互作用，是低共熔反應；還分析了系統(tǒng)低共熔物晶體的形貌和結構，得出Na3AlF6與Al2O3的摩爾配比不同，冷卻后生成的低共熔物的結晶形貌也不同。
　　第五，對Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)進行了動力學分析。計算了Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)低共熔反應

7、過程的動力學參數(shù)。利用 Starink法，結合 Kissinger法和Ozawa法計算出Na3AlF6-Al2O3低共熔反應的表觀活化能Ea=239.197 kJ/mol，指前因子lnA=15.9278s-1，從而得出這一系統(tǒng)反應的過程的Arrhenius方程，方程是：lnk=15.9278-238.598×103/RT；結合Arrhenius方程及相關參數(shù)，用Kissinger法確定了Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)低共熔反應的反應級數(shù)