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1、 密 级公开学 号101560毕 业 设 计（论 文）基于特种陶瓷添加剂用异性纳米三氧化二铝的工艺优化及机理研究院（系、部）：材料科学与工程姓 名：梅开元年 级：材101专 业：材料科学与工程指导教师：郝保红教师职称：副教授2014年6月6日北京北京石油化工学院学位论文电子版授权使用协议基于特种陶瓷添加剂用异性纳米三氧化二铝的工艺优化及机理研究系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本
2、人自负。本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称：材料科学与工程学院 作者签名：梅开元 学 号：101560 2014年6月II北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部）材料科学与工程学院 专业 材料科学与工程 班级 材101学生姓名 梅开元 指导教师/职称 郝保红/副教授 1. 毕业设计（论文）题目：基于特种陶瓷添加剂用异性纳米三氧化二铝的工艺优化及机理研究2.任务起止日期：2013 年1月
3、3 日 至 2014年 6 月 16 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求 3.1 课题简介：能源，材料和信息是当代文明的三大支柱。新材料是新技术，新产业赖以形成和发展的基础，特种陶瓷（工程结构陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷）具有一系列特殊的物理和化学性能，已经发展成为其它材料无法取代的、用途广泛的新兴产业，各发达国家均投入大量人力，物力研究和开发，竞争十分激烈。美国提出的“先进材料与材料制备”计划，每年用于材料研究工程费高达2025亿美元，以提高其竞争力，越来越多的国家已意识到，就某种意义上说，谁掌握了高性能材料，谁就掌握了未来的先进技术；另一方面，特种陶瓷材料属技术密集，知识密集的学科，材料的
4、性能不仅与化学组成有关，而且很大程度上取决于材料内部结构,而结构的形成又与材料制备起始状况，工艺过程等密切相关。因此研究开发的特点是要求多，难度大，起点高。当前工程结构陶瓷的研究经历了一段全球“陶瓷热”的鼎盛时期后已逐渐冷静下来，转向深入细致的基础性工作。针对结构陶瓷的弱点之一的脆性，近年来，陶瓷材料科学家围绕提高陶瓷韧性方面进行了许多卓有成就的研究；电子信息正向着集成化，微型化和智能化方向发展，相应地要求电子元器件逐步向微型化、薄膜化、多功能、高效能、高可靠性和高稳定性方向发展；生物陶瓷作为医用材料和金属材料、高分子材料相比，具有生物相容性好的优点，正受到医疗界的重视，已成功用于人造骨，关节
5、，牙齿等。特种陶瓷材料的开发应用首先依赖于新材料的发现和人工合成。随着现代科学技术的深入发展，化学与材料科学的发展与有机结合，产生了材料化学，物理与材料科学紧密结合形成了材料物理。近百年来，新化合物、固溶体、多晶型等不断涌现。特种陶瓷领域中，合成化合物及材料特性方面取得了某些重大进展。伴随着电子陶瓷元器件向轻、薄、短、小、多功能、高性能、高可靠性、高密度表面组装的发展需要以及日益激烈的市场竞争,给科学提出了更高的要求，追求高合格率和低成本化已经成为科研的主攻方向，因此，必须加强这方面的基础研究和应用基础研究。当前国内虽然有一批知名企业、单位，正从事这方面相关的研究工作，并已取得了长足的进步。但
6、另一方面大都为跟踪研究，很少或缺乏独立自主的基础研究和应用基础研究。例如：界面物理化学及陶瓷材料设计等方面的工作，由于对仪器设备，计算技术要求高，费用大，国内至今少见有这方面的报道。众所周知，高纯度、粒径分布窄、无团聚、确定晶型的粉体是获得高性能陶瓷材料的物质基础。纳米科技的兴起和发展给陶瓷业注入了活力。纳米材料具有小尺寸效应,其中大量的界面为原子提供了短程扩散途径及较高的扩散速率，并使得材料的烧结驱动力也随之剧增，大大加速了整个烧结过程，使得烧结温度大幅度降低。此外,纳米颗粒在烧结过程中高的界面能释放出来形成额外的烧结驱动力，有利于界面中孔洞收缩和空位团的湮没，因此在较低温度下烧结就能达到致
7、密化的目的，其强度、韧性和超塑性也大为提高。用纳米Al2O3制成的陶瓷抗弯强度高，断裂韧性强，可制备高强高韧陶瓷。用纳米Al2O3粉体制成的精密陶瓷，具有类似金属的良好塑性和奇异的韧性，解决了陶瓷脆性的难题，使瓷器落地不碎成为现实。但是纯粹的纳米陶瓷存在成本太高的问题, 而且由纳米颗粒团聚带来的二次聚团现象非常严重，结果导致纳米陶瓷失去了原有的优良特性。因此，迫切需要开发高性能、低能耗、低成本的纳米复合特种陶瓷的研究。实现特种陶瓷的批量化、系列化、低成本化的纳米添加剂生产体系。为此，首先需要从纳米添加剂着手，研制适合于做特种陶瓷添加剂用的可实现多种功能的异性纳米粉体系列研究，实现特种陶瓷的批量
8、化、系列化、低成本化生产。开创特种陶瓷新局面，走出一条低能耗、高性能、低污染、高品质的绿色环保路线。一旦研制成功,真正的纳米复合特种陶瓷将可望完全克服陶瓷材料的脆性，显著强度,获得超塑性和可加工性。必将带来更为宽广的市场前景和良好的社会经济效益。 3.2 任务与要求课题主要研究内容包括：调研文献检索及实验分析检测两大部分。具体为：1）通过工艺优化制备出可供特种陶瓷添加剂使用的纳米三氧化二铝；2）通过分析测试实验样品的形貌及晶体结构特点，深刻揭示纳米晶体生长机理及在烧结过程的转型过程。 3.3 预期培养目标实验步骤相应地也分为两个步骤进行：第一步，设置不同的温度，活性剂，pH环境，用水热法制备不
9、同形貌的异性纳米三氧化二铝；第二步，运用多种检测手段，分析形貌特点，研究其机理：首先，分析实验条件对纳米氧化铝形貌的影响机制及在复杂环境体系下纳米晶体的生长机理；其次，探究pH、表面活性剂、水热温度等实验条件在纳米氧化铝的形成过程中所起到的作用。 3.4预期提交的成果：1) 中文翻译一份（包含英文原文）：要求外文文献不少于2 万字符，且与毕业设计(论文)题目紧密相关，译文字数不少于5000 字。2) 开题报告及文献综述一份：要求查阅文献15 篇以上。3) 撰写课题研究论文一份：字数不少于 1.8 万字。4) 文献调研：实验室实验工作检测分析工作5) 课题综合训练要求： 综合运用知识,搜集并运用
10、资料,调查研究,外语阅读及翻译,实验操作及数据采集,技术经济分析。4.主要参考文献1 张克丛.晶体生长M.北京:科学出版社，1981：222223.2 施尔畏，陈之战,元如林等. 水热结晶学 M. 北京：科学出版社，2004.3 近迟正敏，金泽孝文.粒子间相互作用J.粉体工学会志，1985，22（70）：468-474Chandradass J, Bae D S, Balasubramanian M. Synthesis and characterization of sol-gel alumina fiber by seeding alpHa-alumina through extended
11、 ball milling. Materials and Manufacturing Processes. 2008, 23(8): 786-7904 Bao-hong Hao1,2,3, Ke-ming Fang1, Lan Xiang3 Qiang Liu3. Study on synthesization and crystallization mechanism of Nano-scale -AlOOH with various morphologies.International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials J. 2010
12、，17（3）：376-3795 郝保红,方克明,向兰，郝权红.添加剂对水热过程中纳米AlOOH晶体生长形态的影响J.中国粉体技术，2009,15(3):（45-47）6 柳强. -AlOOH水热定向生长形态的分子模拟研究D.硕士学位论文. 清华大学. 2009.6：7 Taobo He, Lan Xiang, Shenlin Zhu, Hydrothermal preparation of boehmite nanorods by selective adsorption of sulfateJ. Langmuir, 2008, 24(15): 8284-8289.8 Taobo He, La
13、n Xiang, Wangcheng Zhu, Shenlin Zhu, H2SO4-assisted hydrothermal preparation of gamma-AlOOH nanorodsJ. Materials Letters, 2008, 62(17-18):2939-29429 郝保红. 水热法制备异型纳米三氧化二铝的工艺优化及机理研究D.博士学位论文. 北京科技大学. 2010.610 郝保红,向兰,方克明.水热制备异型纳米AlOOH的工艺优化J.太原理工大学学报，2011,42（5）：479-48211 郝保红,马良,朱广宇,方克明. 复杂添加剂体系下纳米AlOOH水热晶
14、体生长机理分析 J.太原理工大学学报，2011,42（6）： 634-63812 郝保红,方克明. 不同水热条件下的纳米-AlOOH聚集生长方式的分析研究J.材料科学与工程学报，2011V5.进度计划及指导安排第01周（2月17日-2月23日） 查找相关文献，掌握纳米氧化铝和陶瓷烧结相 关知识，熟悉外文翻译资料； 第02周（2月24日-3月 2日） 进一步掌握有关纳米制作方面的知识，撰写开 题报告初稿；第03周（3月 3日-3月 9日） 了解纳米材料形貌的影响因素，提交开题报告；第04周（3月10日-3月16日） 文献分析，熟悉外文资料；认真做好开题报告 答辩工作；第05周（3月17日-3月23日） 进行异型纳米三氧化二铝的制作实验，了解纳 米特性；第06-09周（3月24日-4月20日） 分析不同条件对纳米氧化铝形貌的影响作用；第10周（4月21日-4月27日） 中期报告；第11周（4月27日-5月 3日） 对烧结产物进
