氧化铝-方矽石粉末合成富铝红柱石过程之原料粒径对氧化矽非晶质化.PDF

氧化鋁 -方矽石粉末合成富鋁紅柱石過程之 原料粒徑對氧化矽非晶質化溫度影響 1 2 3 4 5 游佩青 蔡永偉 顏富士 郭明錦 *孔鴻仁 1 國立成功大學資源工程 學系研究生 2 國立成功大學資源工程學系 研究生 3 國立成功大學資源工程學系 教授 4 國立成功大學資源工程學系 教授 5 國立成功大學資源工程學系 研究生 摘要 本研究以氧化鋁-方矽石(Cristobalite, SiO )粉末合成富鋁紅柱石(Mullite)為 2 觀察系統，瞭解氧化鋁粒徑的改變對 方矽石非晶質化溫度之影響。實驗上以 D 粒徑分別約為 200 、300 及 400nm 之 α-Al O 與方矽石粉末，依照 50 2 3 3Al O ‧2SiO計量混合成不同系統再進行熱處理。經分析結果可知，富鋁 2 3 2 紅柱石的生成與方矽石的非晶質化溫度相關，在 方矽石非晶質化後才開始 生成富鋁紅柱石。隨著氧化鋁粒徑縮減，方矽石開始非晶質化之溫度提前， 使富鋁紅柱石開始生成的溫度降低；而當 方矽石粒徑縮減時，可以加快自身 非晶質化之速率，使富鋁紅柱石系統之完全反應溫度降低。再經過實驗觀察 原料粒徑與動力學之關係，結果發現 方矽石的粒徑縮減較 α-Al O的粒徑縮 2 3 減更能有效減少反應之活化能。 關鍵字：富鋁紅柱石、粒徑、非晶質化 一、前言 富鋁紅柱石 （Mullite ，3Al O ‧2SiO ）為在傳統或精密陶瓷領域皆有廣泛應 2 3 2 用的二成份氧化物材料 [1] 。以往以固態反應法合成Mullite 粉末的工作已有廣泛 研究，合成的反應機制隨使用的起始原料、製程的不同而有異。但仍常常要藉由 拉長持溫時間或提高合成溫度才能使系統反應完全而得到高相純度粉末[2-5] 。 以固態反應法合成多成分氧化物，常因原料大小和混合狀態，而須藉由高溫 或長時間持溫或得純相粉末為其最大缺點，因此細化原料粉末為一般採取之解決 手段。前人文獻指出，縮減原料粒徑可提高原料表面反應活性、縮短成分擴散距 離、提高成分混合均勻度、增加反應成核位置、導致反應與達純相溫度同時降低 [6-11] 。 本研究擬以固態反應法合成高相純度富鋁紅柱石（Mullite ）粉末。研究設計 以Al O - SiO 二成份可在 （3Al O ‧2SiO ）計量下完全相互接觸為前提條件， 2 3 2 2 3 2 採用不同奈米級粒徑（200 、300 、400 nm ）之α-Al O 與Cristobalite （SiO ）作 2 3 2 為起始原料，了解原料粒徑對於合成高相純度富鋁紅柱石粉末熱反應之影響，並 採用等溫實驗將快速升溫淬冷後樣品之Mullite 生成量代入Johnson-Mehl-