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(chǎn)、加工和研究有廣泛應(yīng)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(qiáng)腐蝕性又被應(yīng)用于化工領(lǐng)域以及航空領(lǐng)域等。目前關(guān)于 Na3AlF6-Al2O3體系的研究主要是以鋁電解產(chǎn)業(yè)而展開的，關(guān)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(guān)于這一系統(tǒng)的低共熔過程觀察、熱力學(xué)、動力學(xué)分析等基礎(chǔ)研究還很缺乏。
　　本文采用

2、高溫?zé)崤_及高溫顯微鏡對 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)升溫過程中低共熔反應(yīng)過程進(jìn)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(jié)晶形貌的影響；同時利用熱分析動力學(xué)計算了 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)，補(bǔ)充了這一系統(tǒng)的動力學(xué)數(shù)據(jù)。具體在以下方面做了研究：

3、>　　第一，利用高溫?zé)崤_和高溫顯微鏡對 Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)的升溫過程進(jìn)行了實時觀察和記錄，描述了低共熔反應(yīng)過程。認(rèn)為低共熔反應(yīng)過程只能發(fā)生在異質(zhì)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(dá)它們的低共熔點溫度時就會發(fā)生固溶反應(yīng)，在560℃～570℃時生成有限型固溶體。當(dāng)固溶體中溶質(zhì)在溶劑中的溶解度達(dá)到極限，出現(xiàn)第三相，即液相，此時系統(tǒng)達(dá)到低共熔點溫度，兩個組分開始熔化反應(yīng)。
　　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(yīng)進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)納米顆粒反應(yīng)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(yīng)，比表面積的增大提供了Al2O3與Na3AlF6更多的同時反應(yīng)點，因而大大提高了反應(yīng)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(yīng)進(jìn)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(jìn)行了熱力學(xué)分析。研究了升溫速率、組分摩爾配比對 Na3AlF6-Al2O3低共熔反應(yīng)及低共熔物結(jié)晶形貌的影響。對比了不同升溫速率對低共熔反應(yīng)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(yīng)放熱峰有相應(yīng)的延遲，這是因為快速升溫使得反應(yīng)

6、來不及進(jìn)行便達(dá)到更高的溫度，造成滯后反應(yīng)；通過比較反應(yīng)過程的熔化焓，得出兩個組分低共熔反應(yīng)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(yīng)；還分析了系統(tǒng)低共熔物晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，得出Na3AlF6與Al2O3的摩爾配比不同，冷卻后生成的低共熔物的結(jié)晶形貌也不同。
　　第五，對Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)進(jìn)行了動力學(xué)分析。計算了Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)低共熔反應(yīng)

7、過程的動力學(xué)參數(shù)。利用 Starink法，結(jié)合 Kissinger法和Ozawa法計算出Na3AlF6-Al2O3低共熔反應(yīng)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(yīng)的過程的Arrhenius方程，方程是：lnk=15.9278-238.598×103/RT；結(jié)合Arrhenius方程及相關(guān)參數(shù)，用Kissinger法確定了Na3AlF6-Al2O3系統(tǒng)低共熔反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)