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鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，因其輕質(zhì)、可成型性好等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上有著很廣泛的應(yīng)用。但鋁及其合金卻又面臨著強(qiáng)度低、耐磨損性和高溫性能差等發(fā)展問題。碳化鋁(AlC)是一種具有菱形六面體結(jié)構(gòu)的離子型化合物，具有很高的硬度、剪切強(qiáng)度和熔點(diǎn)，使其成為了鋁基材料理想的第二相強(qiáng)化材料。碳化鋁金黃色六方小片狀晶體。相對(duì)密度2.36，在1400℃穩(wěn)定，2200℃以上分解。遇水分解生成甲烷，貯存于干燥陰涼處，不溶于丙酮，遇稀酸分解。由純鋁粉與純碳共熱而制得。目前，碳化鋁的制備方法主要有金屬直接碳化法，碳熱還原法，溶膠凝膠法，微波合成法和高能機(jī)械球磨合成法。其中金屬直接碳化法和碳熱還原法是最早采用的合成方法，并且部分技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)。但這兩種方法的缺點(diǎn)是所需要的的合成溫度高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，得到的粉末粒徑大。而已知的高能球磨合成法中，關(guān)注的重點(diǎn)主要是少量的AlC原位合成從而增強(qiáng)鋁基材料，并不是AlC的高純度合成。同時(shí)，高能球磨本身皆具有球磨時(shí)間過長(zhǎng)，能耗大，粉體顆粒不均勻等缺點(diǎn)。
碳化鋁經(jīng)常作為添加劑增強(qiáng)三組元鋁基材料(Al-Si-AlC，Al-AlTi-AlC)的強(qiáng)度。另外，AlC是金屬鋁工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中的一種重要的化合物，在冶金工業(yè)中用于還原金屬氧化物，在化學(xué)工業(yè)用于化學(xué)反應(yīng)催化劑，在陶瓷行業(yè)用于制作高溫、切割和模具等高級(jí)陶瓷材料。作為一種離子型化合物，在AlC的晶格結(jié)構(gòu)中，碳原子以單獨(dú)的C形式存在。C具有很強(qiáng)的堿性，水解時(shí)通過C+4H→CH產(chǎn)生甲烷，所以AlC也作為甲烷發(fā)生劑和干燥劑。同時(shí)，AlC的菱形六面體是一種AlC和AlC片層交替堆疊的結(jié)構(gòu)，正是這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得一維AlC納米線成為了一種極具潛力的冷電子發(fā)射體。
1）基于碳化鋁制備氮化鋁粉體，包括：(a)將適量微米鋁粉和微米碳粉均勻混合，置于惰性氣氛中加熱至預(yù)定溫度，保溫一段時(shí)間，使之反應(yīng)生成碳化鋁；(b)將碳化鋁在流動(dòng)的氨氣或氮?dú)庵屑訜嶂令A(yù)定溫度并保溫一段時(shí)間，在高溫環(huán)境下碳化鋁與氨氣或氮?dú)夥磻?yīng)，生成氮化鋁。通過本發(fā)明，可以在相對(duì)較低的溫度下制備出氮化鋁粉體，所制備出的粉體純度高、粒徑小且粒度分布均勻，導(dǎo)熱率高并且具有優(yōu)良的熱學(xué)性能和機(jī)械性能，可在集成電路的基片材料等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
2）制備一種碳化鋁納米帶。裝有鋁硅合金的坩堝置于爐內(nèi)，關(guān)閉爐門抽真空至50Pa~10-3Pa，然后充入保護(hù)氣氬氣，再升溫到700℃~1600℃之間保溫1-20小時(shí)，然后自然冷卻至常溫，在合金表面及石墨坩堝內(nèi)壁上生成許多黃色的碳化鋁納米帶。本發(fā)明制備的碳化鋁納米帶厚度薄、雜質(zhì)少；碳化鋁納米帶的長(zhǎng)度長(zhǎng)，能達(dá)到幾個(gè)毫米；生長(zhǎng)碳化鋁納米帶的成本很低；不存在環(huán)境污染、制備設(shè)備簡(jiǎn)單。
一種等離子球磨制備碳化鋁粉末的方法，包括以下步驟：
(1)將鋁粉與石墨粉進(jìn)行簡(jiǎn)單均勻混合，在氬氣保護(hù)下采用等離子球磨機(jī)對(duì)粉末進(jìn)行球磨(細(xì)化和活化處理)，獲得混合粉末；所述混合粉末中石墨粉的質(zhì)量占比為35％，余量為鋁粉；球磨的條件：轉(zhuǎn)速為960rpm，放電電流1.5A，球料比50：1，球磨時(shí)間為1h(不包括停頓的時(shí)間)；運(yùn)行模式為交替重啟，交替時(shí)間為30分鐘，停頓時(shí)間為30分鐘(是指球磨30min，然后停止球磨30min，再球磨30min，如此重復(fù))；
(2)將球磨后的混合粉末放入帶蓋氧化鋁坩堝內(nèi)，將坩堝放置于真空管式爐中，使用真空泵將爐管抽真空到10Pa，隨后通入氬氣，重復(fù)一次后保持氬氣在管式爐中流動(dòng)(流速為100ml/min)，以10℃/min升溫速率將爐溫升至1000℃且保溫4h，隨后管式爐空冷(在100min內(nèi)冷卻至室溫)，獲得碳化鋁粉末。碳化鋁粉末的SEM圖如下：
[1] 無(wú)機(jī)化合物辭典
[2] CN201810921916.9一種等離子球磨制備碳化鋁粉末的方法
[3] CN201610571632.2一種基于碳化鋁制備氮化鋁粉體的方法及其產(chǎn)品
[4] CN200710071085.2一種碳化鋁納米帶的合成方法