AlF3对含硼化物复合粉的影响

西安建筑科技大学华清学院 陕西 西安 710000

在研究Al-B2O3体系燃烧合成含AlB2复合粉的合成机理时发现阻碍Al-B2O3体系燃烧合成含AlB2复合粉的因素之一是燃烧过程中反应物粘度较大，影响了Al与B单质的接触，导致AlB2的生成量较低[1]。文献显示[2，3]，熔盐作为稀释剂，黏度较低，在反应过程中通过吸收热量降低反应的绝热温度和燃烧波的传播速度，使燃烧合成反应稳定进行。而且熔盐不与原料发生反应，只是在反应过程中降低体系粘度，增大反应物的扩散速度，促进产物的生成。殷汉青等人[4]研究了氯化盐对Al-B2O3体系燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉的影响，加入熔盐的Al-B2O3体系燃烧合成反应引燃温度有所提升，产物的物相组成为Al2O3、Al和AlB2，但AlB2相的衍射峰强基本没有变化，说明氯化盐对Al-B2O3体系燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉的促进作用并不明显。Gilbert E等人[5]发现氟离子可明显降低体系的粘度，促进反应物的接触。故本文选用AlF3这种氟化盐，研究其对含硼化物复合粉的影响。

1 实验

本实验使用的原料为:球磨Al粉、B2O3粉以及AlF3。

将实验原料按照表1进行配料、称量、混料、压制成型并进行燃烧合成实验。

表1 实验原料配方

2 结果与分析

2.1 物相分析 AlF3对燃烧合成含硼化物复合粉物相组成的影响如图1所示。由不掺Al F3的S0试样的XRD图谱可知，燃烧产物物相组成为AlB2、Al2O3及Al；当AlF3掺量为3wt%时，燃烧产物物相组成仍为AlB2、Al2O3及Al，但与S0试样的XRD图谱相比，Al的衍射峰有所下降，AlB2相在2θ=34.884°处的衍射峰强有所降低，而在2θ=44.206°和62.190°的衍射峰强有所升高，Al2O3的衍射峰强有稍微提高，说明加入3wt%的AlF3，增强了Al与B2O3的还原反应，并且降低了燃烧过程中的物质粘度[6]，促进了Al与B的接触，从而导致AlB2相的增多。且试样中并未检测到AlF3的峰，说明反应过程中，当温度高于1272℃(Al F3吸热直接升华)时，AlF3全部升华[7]。但随着Al F3掺量的继续增加，AlB2和Al2O3的衍射峰强基本不再变化。当AlF3掺量为6wt%时，产物中出现了AlF3相，说明AlF3掺量过多，多余的AlF3并未升华，被留在了试样中。同时也证实了AlF3并未参与反应，也没有发生分解，只是起到了降低燃烧体系的温度，和减少燃烧过程中的物质粘度的作用。综合上述分析，AlF3的最佳掺量为3wt%。

图1 AlF3对燃烧合成试样物相组成的影响

2.2 显微结构分析 掺加3wt% AlF3的燃烧合成试样的FESEM照片如图2所示。从图2(a)中可以看出，燃烧合成试样中孔隙率较大，试样表面有熔融的块体基质和一些球形颗粒，在孔洞中生长着规则的四面体和六面体颗粒。将图2(a)中红色区域放大，如图2(b)所示，结合EDS结果，熔体基质(A点)中的Al与O的原子数比为18.98:26.26，接近2:3，可以判定为Al2O3，球形颗粒(B点)为未反应完全的Al，四方颗粒(C点)的Al与O的原子数比为30.77:41.57，可以判定为Al2O3颗粒，六方颗粒(D点)中Al与B的原子数比为43.43:29.56，接近2:1，可以断定为AlB2。在试样的FESEM照片中并未发现AlF3颗粒，说明在燃烧合成反应过程中，AlF3并未参与反应，也不发生分解，当燃烧合成温度高于1272℃时，AlF3直接升华，吸收热量，降低体系的燃烧温度，且F离子降低了燃烧过程中的Al2O3熔体的粘度。这与XRD的分析结果是一致的。

图2 掺加3wt% AlF3的燃烧合成试样的FESEM照片；(b)是(a)的局部放大图

3 结论

AlF3可促进Al与B2O3的还原反应，降低燃烧过程中的物质粘度，促进Al与单质B的接触，从而导致AlB2相的增多。但AlF3掺量超过3wt%，AlB2和Al2O3的衍射峰强基本不再变化，且产物中出现了AlF3相，说明AlF3的最佳掺量为3wt%。