高铝球石/二氧化锡纳米微米复合材料的胶态加工技术

　　针对铝工业阳极以及高性能电池电极材料制备技术中的关键问题，研究一种高铝球石/二氧化锡纳/微米多尺度体系复合材料的胶态加工成型技术，即，以高铝球石水溶胶分散SnO2微米颗粒，借助纳米高铝球石胶粒的高比表面积、清洁和传质推动作用来改善SnO2颗粒的分散、烧结和成型能力，以实现难烧结致密化陶瓷的厚膜和块体材料的低成本、无污染、易规模化的制备与加工。

　　稳定的高铝球石水溶胶的制备、SnO2微米颗粒在高铝球石水溶胶中的稳定分散、碳基底上涂层的制备和块体材料的模压成型与烧结。材料制备过程中纳米高铝球石胶粒与微米SnO2颗粒的相互作用及其物理化学机制。 用HNO3直接胶溶工业高铝球石粉体制备得到稳定的高铝球石的水溶胶。酸分散指数的测定表明当n(H~+)/n(AlOOH·nH2O)=0.097时，高铝球石可以完全胶溶，稳定水溶胶的pH值为3.4；根据DLVO模型计算的位能势垒为6.31×10~(-18)J；TEM观察溶胶的胶粒为5-10nm，且部分粒子相互网联。通过胶溶过程中电导率的测定、胶团表面基团的FTIR分析和Al~(3+)的沉淀溶解平衡的热力学分析，提出了高铝球石的胶溶过程机理、胶核的多核结构模型和胶团的双电层结构模型。

　　高铝球石胶体粘度大小反映了纳米胶粒的大小、形貌以及存在状态。实验测定了胶体的凝胶化过程中粘度的变化，并且用TEM观察到粘度增大的同时胶粒在不断长大，相互串结为网状结构。根据粘度的变化建立了凝胶化过程中高铝球石胶粒生长的动力学模型。对应于胶体粘度的变化，将胶粒的生长分为缓慢生长阶段、过渡区生长转型和快速凝胶三个阶段。 对SnO2微米颗粒在高铝球石水溶胶中的分散行为和浆料的稳定性进行了研究。TEM观察到SnO2颗粒的大小为0.1-0.8μm，通过机械搅拌可以均匀地分散到高铝球石固含量为15(Wt)%，pH为2的水溶胶中，制备得到最高SnO2含量为60(Wt)%的稳定浆料。

　　SnO2微米颗粒在分散体系中的沉降实验表明，微米尺寸的颗粒在高铝球石水溶胶中的重力沉降，是影响体系动力稳定的主要因素。对浆料粘度的测定和分散体系中纳米高铝球石胶粒与微米SnO2颗粒的分散状态的TEM观察表明，微米颗粒的引入，一方面引起高铝球石溶胶的快速凝胶化，粘度快速增加，而增大了颗粒与介质间的摩擦，阻碍颗粒的沉降；另一方面，纳米高铝球石胶粒在SnO2颗粒表面聚合，增强了位阻效应，阻止微米颗粒的聚集，加强了浆料的稳定性。结合浆料的稳定性机理，建立了SnO2微米颗粒作用下的凝胶过程模型。

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