镁热还原法制备超微细无定形硼粉

以B2O3为原料,Mg粉为还原剂,通过自蔓延镁热还原反应获得还原产物,经过对还原产物的盐酸溶浸后,制备出超微细无定形硼粉。研究镁热还原工艺对产物的影响,利用激光粒度分析仪测定无定形硼粉的粒径,用静态表面吸附仪测定77.3 K下硼粉的氮吸附等温曲线,通过XRD和SEM分别对还原产物和无定形硼粉的物相及形貌进行分析。结果表明:在B2O3-Mg体系中,影响硼粉纯度的杂质主要是反应过程中生成的酸不溶物MgBx、BxO、Mg2SiO4、FeBx及较难溶物xMgO.B2O3等,在镁热还原过程中应尽量抑制该类化合物的生成。通过优化制备工艺,在w(B2O3)/w(Mg)为3.0的条件下,制备出硼含量为94.6%、比表面积8.2 m2/g、等效粒径0.36μm的形貌不规则的超微细硼粉。

镁热还原法制备有序介孔Si/C锂离子电池负极材料及其电化学性能

以SBA-15为前驱体,在660°C下通过镁热还原反应得到介孔硅材料,并对其进行碳包覆处理,成功地制备了有序介孔Si/C(OMP-Si/C)复合材料。该OMP-Si/C材料保留了SBA-15模板的有序蜂窝孔道,并且形成具有高堆积密度的莲藕链束结构。文中还提出了一个SBA-15镁热还原液态环境反应模型,探讨了660°C下硅的高度有序介孔与莲藕链束结构的形成机理。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸脱附法及拉曼光谱对样品物相和微观形貌进行了表征。这种高度有序介孔Si/C复合材料具有优异的电化学性能,展现出其在第二代锂电池负极材料领域中的潜在应用价值。

熔盐介质和合成温度对镁热还原法合成h-BN粉体的影响

为了在较低温度和较短时间内合成h-BN粉体,以硼砂和镁粉为原料,以n(NaCl)n(MgCl_2)分别为1:3、1:1和3:1的3种NaCl-MgCl_2和n(KCl)n(MgCl_2)为1:1的KCl-MgCl_2为熔盐介质,在氮气气氛中分别于800、1 000和1 200℃保温3 h,采用镁热还原法合成h-BN,经5%(w)的盐酸溶液浸泡、抽滤、洗涤、干燥、研磨后得到产物粉体,并进行XRD和SEM分析,研究了不同种类和配比的熔盐介质及合成温度对合成产物的物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)在本试验的不同熔盐介质和不同温度下合成的产物粉体均由纯相h-BN组成,但h-BN的结晶度随合成温度的升高而逐渐提高:在NaCl-MgCl_2熔盐介质中于1 000℃制备的产物中有片状h-BN,在1 200℃出现层叠层片状h-BN,而在KCl-MgCl_2熔盐介质中于1 200℃才有片状h-BN。2)在NaCl-MgCl_2熔盐中通过镁热还原法合成h-BN粉体,不仅克服了其他方法合成温度高的缺陷,同时还有效地控制了h-BN晶粒的尺寸和形貌。

铝镁热还原法制备Al-Mg-Sc中间合金试验研究

采用铝镁热还原法进行了制取Al-Mg-Sc中间合金的小型实验和扩大实验研究,得到了实验的最佳工艺条件。为减小钪的偏析,对试验条件进行优化,进行了10 kg级中间试验,得到的合金锭平均含钪2.18%,含镁5.64%,钪的回收率为90.80%,各项主要杂质元素含量均较低。

配碳量对自蔓延镁热还原反应制备TiCN粉末的影响

在自蔓延高温镁热还原反应制备Ti（C，N）粉体的研究巾，考察了配碳量对TiC1-xNx粉末的相组成、组成成分和微观组织的影响。试验结果表明：随着配碳量的增加，产物的碳含量增加，氮含量相应减小，但过高的配碳量会导致游离碳的产生，过低的配碳量则导致过高的氧含量，当配碳量在0．3～0．7mol之间时得到的TiC1-xNx粉末的性能最好；随着原料中碳粉含量的增加，产物组织颗粒逐渐变得细小，均匀。

基于粉煤灰空心微珠的硅基材料制备及其电化学性能研究

与传统石墨负极材料相比,硅具有高理论比容量、低嵌锂电位、储量丰富、环境友好等优点,已成为新一代锂离子电池负极材料的研究热点。以粉煤灰空心微珠为前驱体,利用镁热还原法制备了高结晶度硅基材料,并研究了其结构形貌和电化学性能,结果表明:粉煤灰空心微珠通过镁热还原法成功制备出了具有优异电化学性能的硅基材料,首次放电比容量可达2932.8 mAh/g,充电比容量达2336.6 mAh/g,首圈库仑效率为79.7%。该研究成果可为粉煤灰的高值利用和锂离子电池硅基负极材料的制备提供新思路。

氯化钠吸热条件下的纳米硅制备及其电化学性能

硅因其理论容量高、资源丰富以及对环境友好等优点,成为最有应用前景的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,由于生产工艺复杂、成本高昂,使得纳米级硅材料的制备受到限制。采用镁粉和气相二氧化硅作为还原剂和硅源,并在制备过程中巧妙地引入氯化钠作为吸热剂用以吸收镁热还原过程放出的热量,成功制备出平均粒径约25 nm的纳米硅,纳米硅的收率达82%。所制备的纳米硅晶粒细小,有优良的电化学性能,首次脱锂比容量超过1875 m Ah·g^(–1),首次库伦效率高达85%。以0.6 A·g^(–1)电流密度循环50次后,脱锂比容量仍可保持1007 m Ah·g^(–1)。

镁法海绵钛生产工艺进展

９０年代初，世界海绵钛产能曾约达１５０ｋｔ／ａ，其后数年间，产量锐减，再次大幅度波动。但海绵钛生产工艺已日趋完善，主要设备已实现大型化，能耗大幅度下降，产品质量明显提高，而且钛及钛合金的应用领域仍在不断扩大．本文重点介绍镁法海绵钛生产各主要工序：钛渣熔炼、ＴｉＣｌ４生产、镁还原─真空蒸馏工艺的进展及对今后的展望。

自蔓延高温合成六方氮化硼粉体实验研究

本文提出了一种自蔓延高温合成六方氮化硼粉末的方法,并对该反应进行了绝热温度计算,验证了其自蔓延合成的可行性。利用原位反应长大方法,获得了高密度六方氮化硼粉末。

自蔓延合成Al_4SiC_4和B_4C及其在含碳耐火材料中的应用

以金属铝粉、硅粉、炭黑或石墨为原料,采用自蔓延化学炉法制备了Al4SiC4粉体,并将其添加到以板状刚玉、电熔刚玉、氧化铝微粉和石墨为主要原料的铝碳材料中,经混合、150 MPa冷等静压成型后于1 100℃保温5 h氮气保护烧成,研究其对铝碳材料的物理性能、抗氧化性能和抗水化性能的影响;以B2O3、金属Mg、炭黑和超细石墨为主要原料,采用自蔓延镁热还原法制备了B4C粉体,并将自蔓延产物添加到以电熔镁砂和超细石墨为主要原料的低碳镁碳砖中,经混合、200 MPa干压成型后于1 600℃5 h埋炭烧成,研究其对镁碳材料的物理性能、抗氧化性能的影响。结果表明:1)以Al、Si、炭黑或石墨为原料可以合成纯度高、不含Al4C3相的Al4 SiC4粉体;添加7%Al4 SiC4粉体的铝碳材料具有良好的常温和高温性能,具有良好的抗氧化性和抗水化性能。2)以B2O3、Mg和炭黑为原料可以合成晶粒细小、活性较高的B4C粉体;添加B4C复合粉体的低碳镁碳砖具有良好的常温性能和热态强度,其抗氧化性能优于添加市售B4C和金属Al粉的试样。

Mg含量对燃烧合成制备LaB_6粉体的纯度和粒度的影响

利用燃烧合成法制备LaB6粉末,研究Mg含量对LaB6粉体纯度和粒度的影响。对最终产物进行XRD,SEM及EDS分析,结果表明:La2O3-B2O3-Mg体系自蔓延高温合成过程为固相扩散-溶解-析出机制。Mg过量5%制备的LaB6粉体无杂相,纯度最高为99.0%,平均粒径最小为1.0μm。Mg含量为正常化学计量比时最终产物含有少量的杂质相La2O3,纯度为97.3%,平均粒径为1.3μm。而Mg过量10%时,最终产物含有少量杂质相MgO,纯度为96.1%,平均粒径为2.64μm。适量增加Mg含量可弥补反应过程中Mg的挥发损失并且降低燃烧温度,提高产物纯度,减小粉末颗粒尺寸。

多孔硅/碳复合负极材料的制备及电化学性能

以介孔二氧化硅SBA-15为硅源,采用镁热还原法和化学气相沉积(CVD)法合成了具有莲藕状结构的多孔硅/碳复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸脱附法研究了原料配比,混压方式以及反应温度对多孔硅物相组成和结构形貌的影响。多孔硅的最佳合成条件为:镁粉过量20wt%,原料经球磨混合均匀后直接在750℃下高温反应4 h。对多孔硅及多孔硅/碳材料进行了电化学性能测试,在0.5 A/g电流密度下循环70次后仍保持1633.1 mAh/g的可逆容量,并且在8 A/g下容量达到580.1 mAh/g,表现出优异的循环稳定性以及倍率性能。

纳米多孔硅的制备及其性能研究

采用sol-gel法制备了SiO2气凝胶,再利用镁热还原反应制备出纳米多孔硅,并与高氯酸钠复合制备出纳米多孔硅/高氯酸钠复合材料。通过X射线衍射仪、扫描/透射电镜、X-ray能谱仪、比表面积测试仪对纳米多孔硅的成分和结构进行了表征。用热重分析仪和高速摄影机测试了纳米多孔硅/高氯酸钠复合材料的热性能及爆炸性能。结果表明,在低温(≤650℃)下,通过调节温度,可以制备出不同晶态的纳米多孔硅,其具有三维无规则网络的海绵状介孔结构,孔径均一,孔径大小约10nm,比表面积高达820.7m2/g。在没有壳体限制的条件下,纳米多孔硅/高氯酸钠复合材料在惰性气体中约510℃发生热分解,在热板烘烤下发生强烈爆炸,并伴有蘑菇云状的火焰。

无序介孔硅复合纳米结构的制备与慢活化行为

通过对SiO_2纳米粒子进行镁热还原及后处理,制备了多级无序Si介孔复合纳米结构MP-Si@SiO_x@C,此结构展现出容量非衰减缓升的电化学慢活化行为,可抵消循环容量常规衰减趋势,赋予负极优良的循环稳定性.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附测试和孔径分布模拟分析发现,Si介孔组织包含微-窄介孔(1~5 nm)、中介孔(5~20 nm)以及大介孔-宏孔(20~100 nm)三级孔道,分别源于原初级粒子内部孔道、粒子团聚堆垛与粒内酸蚀、团聚体再堆垛;此合成装配方法有效提升了Si材料的堆积密度,电池电极能获得较高的体积比容量和储能密度.

新型保温材料在海绵钛还蒸炉中的应用实践

镁热还原法生产海绵钛过程中,还原及蒸馏反应炉均需消耗通过加热来控制其反应过程。目前国内炉衬均由耐火砖和保温材料组成,每吨钛耗电在6 800 kWh/t,与国外相比,热损大、电耗高。本文就如何改进还原炉和蒸馏炉的结构及其温度控制,提高热效率进行研究,实现了降低热损失,延长炉寿命的目的。

海绵钛生产过程中降低杂志铁含量途径的探讨

简介了海绵钛生产过程中铁的来源及转入机理。采取添加 H3BO3粗炼粗镁和降低还原反应温度等措施降低海绵钛中杂质铁的含量，并根据海绵钛坨中铁的分布规律，采取分部包装的方法降低主体产品的铁合量，从而使海绵钛的品级率显著提高。

自蔓延高温合成法合成MgO-B_4C及其在MgO-C砖中的应用

采用介孔碳CMK-1、氧化硼,通过镁热还原法合成纳米复合材料MgO-B4C。介孔碳CMK-1通过模板法及硅酸盐模板MCM-48合成。原料质量比为B2O3∶C∶Mg=11∶2∶12,合成温度范围为700～750℃。并将合成的纳米复合粉加入到鳞片石墨含量为10%的MgO-C砖中,在还原气氛下烧成。采用BET、XRD、DSC-TGA及TEM分别对先驱体粉体和纳米复合粉进行分析与微观形貌考察。通过测量MgO-C砖的脱碳层厚度来表征其抗氧化性。研究结果表明,添加适量的纳米复合材料MgO-B4C可以改善MgO-C试样的抗氧化性,且好于添加等量Si粉的抗氧化效果。