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针对课题组在“863”项目(2003AA33X070)-硼酸镁晶须扩大实验中出现的氯化氢气体逸出腐蚀设备、混料不均匀和晶须中杂质较多等问题,本论文主要进行了以下几个方面的工作:探讨了共沉淀-焙烧法制备硼酸镁晶须的可行性;优化了硼酸镁晶须的制备条件,并进行了扩大试验;对较优条件下制备的硼酸镁晶须进行了分析和表征,探讨了其形成过程和生长机理;采用挤压铸造法制备出不同长径比硼酸镁晶须增强的铝基复合材料,并对其性能做对比;最后,将共沉淀-焙烧法扩展应用于钙、锶、钡的硼酸盐晶须的制备。 得到如下主要结论: 1.共沉淀制备前驱体-焙烧法制备Mg2B2O5晶须的方案可行,小实验基础上的扩大试验结果表明该工艺能有效地解决课题组在“863”项目(2003AA33X070)-硼酸镁晶须扩大实验中出现的氯化氢气体逸出腐蚀设备、混料不均匀和晶须中杂质较多等问题。 2.在单因素实验的基础上,建立了正交实验,利用极差分析和方差分析法确定了制备硼酸镁晶须的最佳工艺条件和各因素的显著性。其最佳工艺条件为:n(B)/n(Mg)为1.5∶1,助熔剂质量分数为60%,反应温度为800℃,反应时间为7h。在所选择范围内,助熔剂的量和n(B)/n(Mg)对硼酸镁晶须形貌的影响具有高度显著性。 3.借助XRD、SEM、TEM和SAED等测试手段对所制备的晶须进行了分析和表征,结果表明:制备的晶须为单斜Mg2B2O5,直径在0.2μm~0.5μm,长度在20μm~200μm,晶须结晶很好,具有单晶结构。 4.通过对前躯体和不同阶段产物的分析,对硼酸镁晶须的形成过程和生长机理做了初步探讨。共沉淀反应生成了结晶度差的絮状前驱体Mg7B4O13·7H2O;焙烧过程中,随着温度升高,该前驱体受热分解,分解后的生成物与液态的B2O3反应生成Mg2B2O5颗粒;随着温度继续升高,Mg2B2O5颗粒长大成短棒状,并最终长成细长的晶须,其生长机理可以用各向异性生长机理来解释。 5.采用挤压铸造法制备出不同长径比硼酸镁晶须增强的铝基复合材料,并对复合材料性能进行测试。实验结果表明,复合材料的硬度和拉伸性能总体趋势都是晶须长径比越大复合材料性能越好,但晶须过长时性能出现反常。 6.采用共沉淀-焙烧法制备出新的硼酸盐晶须——Ca2B5O9Cl、Sr2B5O9Cl和Ba2B5O9Cl晶须,且制备的晶须形貌均匀,纯度高。