数控机床的分类及应用

数控机床的分类及应用（精选3篇）

数控机床的分类及应用 篇1

进入二十一世纪以来, 随着我国经济水平的快速改善和相关技术的不断提高, 国内每年可生产数控机床约八千台, 但作为拥有世界工厂之称的大国, 这些数控机床的数量远远达不到对现有机床的替代作用, 企业现有的数控机床大多已经服役十到二十年, 而且数控化程度低, 无法加工精密部件。这些机床的产品标准度低而且加工效率不高, 无法满足大批量生产的要求。这会直接影响企业的发展, 从长远角度来看, 甚至会对我国经济造成一定影响。

如何解决这一问题是摆在我国加工行业面前的一道难题, 如果将这些数控机床全部淘汰从新订购新型数控机床, 虽然可以解决后续加工的技术问题, 但需要大量资金购置, 这会影响企业的现金流供应。在这种情况下我们可以对现有的数控机床进行改造, 使之性能得到有效提升, 满足企业需求, 而且花费很低———只是购置新型数控机床费用的20%左右, 这对企业来说是一个十分有利的条件。

2 数控机床改造的意义及需求

高级数控机床是加工制造业不可缺少的工具, 但是我国现有数控机床大多是老式机床, 加工精度低、生产效率低、不合格产品多是其无法逾越的鸿沟, 这直接导致国内部分加工制造企业无法对精密部件进行加工, 极大地影响相关企业在国际市场上的生存与发展。而新型高级数控机床在计算机的准确控制下可以准确地按照加工工件设计要求进行切削加工, 能够完美地控制各个方向上的进给量, 不仅可以提高产品加工精度, 更可以通过计算机的精准控制加工出各种曲线、曲面等复杂工件。而且一次成型率高, 避免二次加工或造成废件的情况发生, 还可以实现自动化加工, 在这样的条件下数控机床的生产效率可以提高2-3倍, 大大提高了企业的经济效益也增强了企业的核心竞争力。如果在加工工件需要多工序加工情况下, 新型数控机床的优势体现的更加明显, 在控制中心的计算机程序控制下, 需要多工序进行加工的工件只需要一次被固定在机床上进行定位, 其余工序可以在预定程序的控制下实现自动化加工, 无需重复进行固定、定位, 这会大幅提高企业生产加工效率。

另外, 数控机床的改造在国内加工制造业内有着巨大的需求, 我国上世纪达从国外大量进口的高档数控机床基本到达了淘汰的边缘, 但这批产品数量巨大、价值较高, 如果直接淘汰会对企业和国家造成不小的经济损失, 而且直接引进新型高级数控机床的成本非常高, 不少企业无法承受这样的资金量需求。更为重要的是, 这些即将淘汰的数控机床很大一部分只是由于数控系统无法更新或无法配置新系统而停止使用的, 大部分数控机床机械部件精度和金属强度还能满足设计需求, 这为数控机床的改造创造了可能性。而且进行改造后的数控机床可以满足现阶段生产加工行业的精度、质量等方面的需求, 且改造费用相比于高昂的新型数控机床购置费用来说低廉很多, 只是购置费用的20%左右, 这样就会为生产加工企业节省一笔不小的开支, 而且还能避免资源的浪费。

最后, 我们对数控机床改造的市场及可行性进行分析。随着我国改革开放之后经济建设加速发展“, 中国制造”已经成为世界的一个符号, 中国已经成为“世界工厂”, 大量加工制造企业如雨后春笋般出现在祖国大地上, 我国每年都要从发达国家引进大量电气设备来满足生产加工的需求, 数控机床也是其中很大的一项, 国内的数控机床生产厂家也在不断的学习并飞速发展, 但国内的生产并不能完全满足市场的需求。现在很多加工制造企业还在使用老式数控机床, 而且数量庞大, 这就为数控机床改造提供了广泛的市场, 满足了客户需求。而且经过近年来我国相关技术人员的不断努力学习和进步, 数控机床的核心技术数控系统已经日趋成熟, 性能非常稳定, 可以适用于老式数控机床的改造项目上。随着技术的不断提高, 数控机床的模块化技术也已经能够应用于老式数控机床的改造中去。只需要对这些老式数控机床进行部分部件进行技术更新, 就可以盘活这一批很大的固定资产, 只要改造好了就是一笔巨大的财富。通过发现主要的技术难点, 解决数控机床改造过程中的关键技术问题, 就可以使用最小的投资取得最大的经济效益和社会效益。数控机床改造项目拥有一个极大的市场。

3 数控机床改造技术和措施

要想对现有数控机床进行改造, 就要了解与新型数控机床的差距和实际生产加工过程中对数控机床的要求。一台性能优良稳定的数控机床应该满足:数控机床部件具有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小, 传动无间隙;功率大;便于操作和维修等条件。所以在进行机床数控改造时也应尽量达到上述要求。不是简单地将现代数控装置与老式数控机床连接在一起进行模块化更新就能够达到了数控机床改造的要求, 还应对老式数控机床的主要部件进行相应的改造, 才能达到花小钱办大事目的。具体措施有下列几项。

3.1 修复导轨精度

数控机床的导轨是在加工过程中起到导向与承载作用的部件。性能良好的导轨不论在空载条件下还是在加工过程中, 都应对加工工件提供足够的导向精度。这是保证数控机床加工工件精度的基础, 所以, 在进行数控机床改造时必须修复导轨精度。对不同形式导轨需要采用不同的修复方式。如现有数控机床导轨为塑料导轨则需进行重新粘塑, 首先将塑料导轨表面加工粗糙, 有需要的情况下可以在其表现上加工凹槽, 然后将聚四氟乙烯导轨软带用胶黏剂固定到加工好的塑料导轨上, 室温环境下固化24 小时即可;如果使用的是铸铁导轨可以采用刮削或者增加涂层的方法来修复导轨精度, 如果导轨表面平整无明显损伤可以使用环氧型耐磨导轨涂层对铸铁导轨进行修复, 可以节省改造时间, 如果表面有损伤情况下就需要对现有铸铁导轨进行刮削, 刮研显点为18-25 点/平方厘米, 同时, 必须保证润滑的可靠性。这样才能尽可能地减小摩擦, 以及对位置控制精度的影响。

3.2 恢复主轴精度

主轴是数控机床重要部分。在数控机床工作时由主轴带动工件或刀具进行切削加工, 主轴的精度直接影响着产品最终的质量, 所以数控机床改造时大多需要更换主轴轴承、或者重新调整轴承的间隙调整和预紧。

3.3 修复滚珠丝杠

数控机床部件中都含有滚珠丝杠, 滚珠丝杠是数控机床在进行加工过程中控制进给的主要传动机构, 在改造时要恢复其传动精度才能保证改造后的定位精度, 在改造过程中一定要更换或重新调整滚珠丝杠的滚动轴承, 适当预紧, 保证其精度。

3.4 更新数控系统

数控系统是数控机床的灵魂, 现在老式数控机床改造的技术日趋成熟, 相应系统也越来越稳定, 在改造过程中可以选用SIEMENS系统、FANUC系统等, 这些数控系统相比于老式系统功能更加齐全、性能更加稳定。

4 结束语

数控机床改造项目具有非常广泛的市场, 充分满足了客户需求, 并且在制造业飞速发展的阶段, 相关企业对这项工作更迫切的期待, 对现有数控机床进行改造升级, 不仅仅加强了企业的生产里、为企业注入了新的活力, 而且避免了大量资产浪费现象的发生, 希望数控机床改造技术可以更好地为相关企业服务, 为其带来更大的经济和社会效益。

摘要：我国在改革开放初期因相关技术落后、加工工艺水平较低, 无法通过国内企业生产条件满足快速发展的加工行业的需求, 曾大量引进国外高档数控机床。但时至今日, 这些高档机床已经严重老化了, 故障频发无法满足我国生产加工行业日益提高的要求, 但这些高档机床如果进行改造, 花费较少的费用就能继续为企业服务取得明显的经济效益, 文章对我国数控机床的改造情况做了简要分析, 并对如何将数控机床进行改造进行了详细阐述, 这会对我国现阶段数控机床改造具有一定的指导意义。

关键词：数控机床,改造,措施,应用

参考文献

[1]王润孝.机床数控原理与系统[M].西北工业大学出版社, 1997:4-5.

[2]数控机床、数控系统维修技术与实例委员会.数控机床、数控系统维修技术与实例[M].机械工业出版社, 2001:155-157.

数控设备故障分类及处理方法浅谈 篇2

关键词：数控设备；故障分类；故障处理

1.概述

随着科学技术的进步，数控电子技术的发展，设备变得越来越复杂，即由普通机械设备转变为集机械、电子、液压、自动化、现代数字技术、计算机技术于一体的先进制造设备，其故障规律也呈现出随机性、突发性和危害性大的特点。近年来，为满足企业的快速发展，把企业打造成世界一流的航天器制造中心，航天企业已经陆续引进了三轴三联动、五轴五联动、六轴五联动等多台多种形式的国内外先进设备。这些先进的数控设备故障的产生、发展有其遵循的普遍规律，但又有其特殊性，不可能找到一种维修模式适合于任何系统、任何设备。通过总结经验给故障分类，制定有通性诊断原则，不断完善维修方法，就可以帮助维修人员理清思路，提高维修效率。

2.常见故障分类

2.1硬件故障和软件故障

硬件故障是只有更换已损坏或改造已磨损的器件才能排除的故障。软件故障是程序编制或参数错误造成的故障，只要相应改变程序内容或修改参数才能排除。

2.2系统性故障和随机性故障

系统性故障是只要满足一定的条件，数控设备必然出现的故障。而随机性故障是在同样的条件下，只是偶然出现1～2次的故障。因此，随机性故障的分析和排除较为困难，这类故障往往与机械结构的局部松动错位、数控系统中部分元器件工作特性漂移及机床电气元件可靠性下降等有关

2.3破坏性故障和非破坏性故障

对破坏性故障，如伺服系统失控或操作者操作不当造成飞车等，维修人员在维修时不许重演故障现象，只能根据现场人员介绍，经过检查、分析来排除，所以技术难度较高，且有一定风险。

2.4有诊断和无诊断显示故障

现今的数控设备都有较丰富的自诊断功能，如配置较多的FANUC和SIEMENS数控系统都具有几百条报警号。有诊断显示的故障，可根据报警内容进一步排查，相对容易找到故障原因。无诊断显示的故障维修时只能根据出现故障前后现象来分析判断，排查故障相对较难，只能通过现象分析。

2.5运动品质特性下降的故障

该类故障存在时，数控设备仍可照常运行，但加工不出合格产品。现今的数控设备基本没有对该类故障进行检测监控，无任何报警显示。运动中发生振动的故障比较明显时，可通过爬行或噪音异响等现象及时发现。

3.故障的处理步骤

3.1掌握故障信息

数控机床一旦发生故障，不要急于动手，盲目处理。首先要收集所有的故障信息，这是排除故障的前提条件，是分析故障原因最为基础的一步。对于自诊断报警信息的故障，根据报随机资料、故障时的现象，确定维修范围。对于无诊断报警信息的故障，维修人员要弄清楚系统处于何种工作状态、系统工作方式诊断结果是什么等问题。需询问操作者搞清楚故障发生时执行了什么指令、进行了何种操作，以前是否发生类似的故障，故障是否重复发生等问题，根据故障时的现象来尽量确定维修范围，把符合科学规律和亲眼所见的现象作为故障分析的依据。

3.2 故障复现

故障复现可以为分析故障原因提供最直观、最有说服力的铁的证据，是分析故障原因最为关键的一步。对于可以复现的故障，在确认通电无危险的情况下，亲自观察故障发生的全过程。这一步即可以补充完善故障信息，又可以排除根据第一步的故障时现象和操作者描述所作的错误猜测，从而进一步缩小维修范围。对于无法复现的故障，维修人员只能根据收集到的所有的故障信息进行下一步的故障原因分析。

3.3 分析故障原因

要在充分调查，掌握现象第一手材料的基础上，把故障问题在理论和现实依据基础上正确列出来；要开阔思路、无论是机、液、气，还是数控系统及强电部分，维修人员根据专业理论和故障现象首先要进行认真的讨论，把可能引起故障的原因和每一种可能解决的办法全部列出来，进行综合判断和筛选。

4.常见故障检测原则

4.1先简单后复杂

数控设备出现故障现象时，往往是多个故障原因均可以导致设备出现这一相同的故障现象。这些故障原因，有些属于机械故障原因，有些属于机械故障原因。应该按实际实施难度的高低、工作量的大小依次先简单后复杂排除所有的故障原因。常常在排除简单故障原因过程中，难度大的故障原因往往变得容易，或在排除简单故障原因时受到启发，对复杂故障原因的认识更清晰，从而有了解决办法。对于故障信息、现象和以前发生过的故障相似的故障，也要遵循先简单后复杂的原则，不管是不是以前出现过的故障，都要当成新的故障，按部就班的一步一步进行，直到验证确定为重复故障才能查看以前的故障维修记录，按以前的维修方法处理故障。

4.2先外部后内部

当数控机床发生故障后，维修人员通过望、闻、听、问等方法，由外部向内部逐个进行检查。首先应检查外部的开关、接插件连接等，因其接触不良造成信号传递失灵，是产生数控机床故障的重要因素。通过检查这些部分可迅速排除较多的故障。

4.3先静后动

在机床断电的静止状态，通过观察、测试、分析，判断是否为恶性或破坏性故障后。确认故障为非恶性或破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、测试和检验。对于恶性的破坏性故障，必须先行处理排除危险后，可进行通电在运行工况下进行动态诊断。

5.结论

无论科学技术如何发展，维修人员通过摸索、总结最终都会找到适合当时当代先进制造设备的一套完整、成熟的故障处理方法。虽然数控设备结构复杂，但是毕竟还是由那几个系统、那几大块部分组成，所以在故障处理时不要畏惧，只要维修人员能够掌握正确的故障处理方法，牢牢握住这个有力武器，再困难的故障也能不慌不忙、迎刃而解。

6.参考文献

[1] 郑国伟.数控机床故障检测与维修问答. 北京：机械工业出版社，2002.

[2] 孙汉卿.数控机床维修技术. 北京：机械工业出版社，2000.

7.作者简介

氧化铝的分类及应用 篇3

石油中最重的馏分是渣油, 是其经蒸馏加工后剩余的残渣。氧化铝常被用作加氢处理催化剂的载体,由于渣油分子量较大,直链较多,很难进出普通氧化铝的孔道内,从而导致渣油的加氢处理效率不理想。目前工业上主要通过沉淀、干燥和焙烧氢氧化铝前驱体来制备氧化铝载体,其孔道通透性低,孔径偏小且分布较宽,难以满足日趋变重的重质油的加氢处理过程,因而制备出具有高比表面积、高度有序结构、大孔径、表面酸性中心等突出特点的氧化铝材料,显得尤为重要。以下针对其分类定义、形貌合成、实际应用做一些综述。

1 氧化铝介绍

氧化铝有12 种以上[1],目前主要使用的有α-A12O3、β-A12O3和γ-A12O3这3 种晶型。 其中γ-A12O3只在低温下稳定存在,高温下会变得不稳定,不会溶解于水,但会溶于酸、碱。因其有较大的比表面积,常用于吸附剂、催化剂及其载体。α-A12O3是在较高温度下可以稳定存在的相态,其熔点为2050℃,不溶于水,亦不溶于酸和碱,耐腐蚀,化学性质稳定,常见以刚玉为代表。其他相态暂认为是过渡态或不稳定态,研究较少。氧化铝发展至今,已出现许多可行性工艺,根据其应用不同而有针对性地加工处理,可得到特定需求的满意产品。对其形貌的研究亦多元化,几乎所有的合成中,都在寻找一种令合成产品优越、操作简单且能耗最低的方法。按照氧化铝生长平面空间方向的不同可分为一维棒状、片层状及球曲面状。

2 棒/ 线状氧化铝的制备

氧化铝作为一种非常重要的无机材料,其纳米材料较广泛应用于催化剂及其载体,不仅在陶瓷和复合材料增强物领域有应用,同时,还因一维纳米材料具有低导磁性、高热传导性和高电介质常数等特性,故在半导体和光学材料等领域有重大潜力及开发意义。因此,一维纳米氧化铝材料的制备成为材料科学界的研究热点。制备具有一维纳米结构材料最常见的方法包括模板法、固相- 液相- 气相法和液相法。

2.1 模板法

模板法是制备一维棒状氧化铝广泛且普遍的方法,常以碳纳米管、聚合物、氧化铝模板、生命分子等作为模板。Hitoshi等[2]以碳纳米管为模板制备氧化铝纳米管,优势是纳米管的尺寸可由碳纳米管这些模板剂来控制。随着碳纳米管的直径增加,氧化铝的纳米管也会随之变粗。然而,在高温条件下模板法易导致骨架坍塌,能耗大,无法回收重复使用模板剂,分解也会造成环境污染。

2.2 固相- 液相- 气相法

固相-液相-气相法是Wagner[3]等人提出来的,该理论被广泛用于单质或化合物的制备。Zhou等人[4]采用固相- 液相- 气相法,在高温催化剂辅助下,以铁为催化剂合成了结晶氧化铝纳米线,纳米树也由此被发现。典型的纳米线直径约50nm,长度约2μm。纳米树直径约100nm,长度约10μm。该结果解释了基于固- 液- 气生长机理的过程。此方法虽然流程简单,直接且易高产,但是对设备要求等十分苛刻,反应通常要在1700℃高温、氩保护性气氛、钨催化剂条件下进行,因此限制了其在一维纳米结构制备中的应用。

2.3 水热合成法

相对于以上两种方法,液相法尤其是水热合成法是制备一维纳米材料应用最广泛且具有可操控性的方法。Chen等[5,6]通过对溶液p H值、水热合成时间与温度的考察,确立了沉淀凝胶时的状态对水热后氧化铝形貌的影响,在p H为5、水热温度200℃的条件下,利用硝酸铝和水合肼反应可得到棒状形貌的前驱体γ-Al OOH,经焙烧后可得到棒状氧化铝。另外,胡文彬等[7]以氯化铝和氢氧化钠为原料,将氢氧化钠加入氯化铝中,控制溶液的p H值,经水热焙烧后可制得形状规则的棒状氧化铝单晶,其直径为10~20nm,长度为100~300nm,长径比为5~15。在此基础上,陆光伟等[8]在氯化铝和氢氧化钠反应中添加表面活性剂SDBS,所制备的纳米纤维长径比可达25∶1。控制氯化铝浓度在0.2mol·L-1以上可得到棒状 γ-Al OOH,保持反应温度在200℃左右有利于形貌规则的棒状氧化铝生成。水热法反应优点是条件简单,产物尺寸均匀,结构成分易操控,可以大量制备,但该法制得的氧化铝孔容、孔径偏低,虽然在加入表面活性剂后能得到有效控制,但成本较高而且焙烧时候也会出现孔坍塌现象。

3 片状氧化铝的制备

片状氧化铝的代表有α-Al2O3,是一种厚度在1~100nm之间的二维纳米结构,具有易分散、无色透明等特殊物理化学性能和特点,常用于复合材料、珠光颜料及半导体和电子器件等的生产。近年来研究制备出的片状氧化铝陶瓷也一度成为热点。制备片状氧化铝的常见方法有溶胶- 凝胶法、水热法、熔盐法。

3.1 溶胶- 凝胶法

溶胶- 凝胶法是一种条件温和的制备纳米氧化铝材料的方法。Ma等[9,10]以硝酸铝和尿素为原料,在超临界乙醇干燥条件下,采用溶胶- 凝胶法,成功获得了明确的六边片状氧化铝。保持溶液中[ 尿素]/[Al3+]=3,通过回流得到前驱体沉淀物,该方法可得到平均粒径为5~10nm且分散均一的六边纳米片状氧化铝产物。由于凝胶骨架内部的溶剂存在表面张力,在普通干燥条件下往往会造成骨架的坍缩,从而破坏前驱体的孔隙特性,在超临界乙醇干燥条件下(260℃和8.0MPa),可以避免物料在干燥过程中的收缩和碎裂,从而有效保持物料原有的结构与状态,防止初级纳米粒子的团聚和凝聚,较好地生长出六边片状氧化铝。但是此反应条件过于苛刻,不易于常规操作,在干燥过程中会伴随气体逸出,并产生收缩。

3.2 水热法

水热法是一种较为常规制备纳米氧化铝的办法。Adair等[11]以硝酸铝为铝源,加入氢氧化钾调节p H在10.5 左右,得到沉淀物前驱体,将前驱体用去离子水、甲醇洗后离心和分散,再使用1,4-丁二醇溶液二次分散,水热温度300℃,最后使用异丙醇离心分散。该方法通过控制反应时间、搅拌速率、适量的甲醇添加剂和固载量( 反应粉体的质量),得到了规则的六角及其他多面体型的氧化铝粉体。另外,汪颖等[12]以硫酸铝和氨水为原料,采用水热法,控制p H为9,可制得粒径为50~150nm、厚度为10~20nm的γ-Al OOH,经焙烧后获得六角形且相对均一的片状γ-Al2O3。水热法的优点是粒子纯度高,分散性好且晶形好。其缺点是反应周期内反应过程需在封闭的系统中进行,不易操控。另外,水热法有高温高压步骤,常伴随设备腐蚀现象发生,因此对生产设备的依赖性比较强。

3.3 熔盐法

熔盐法制备片状氧化铝是近年来的热点。张倩影等人[13]先将硫酸铝、硫酸钠、硫酸钾、硫酸氧钛溶于水中,再将磷酸三钠和碳酸钠溶于水中,将上述两种混合后的凝胶蒸发干燥,经1200℃焙烧4h,最后水洗干燥即合成片状氧化铝。添加剂磷酸钠中的磷酸根离子在晶体表面吸附,可抑制氧化铝晶体在厚度方向上的生长,并减少粉体之间的团聚和交错生长,获得无团聚且分散性良好的氧化铝晶片。加入硫酸氧钛后,钛离子的进入会提高铝空位浓度,从而改变晶体各晶面的生长速度,促使其形成较为规则的形貌,从而制备出形貌规则、大小均匀、无团聚的片状 α-Al2O3。用熔盐法制备片状氧化铝粉体,对设备要求简单,可以在较短的时间、较低温度下进行,形貌容易得到控制,制备出的粉体纯度较高,是一种理想的制备方法。

4 球状氧化铝的制备

不规则球状在无定型氧化铝的微观形貌中较为常见,目前球状氧化铝研究较多的是氧化铝纳米空心球。空心球纳米材料是一类重要的纳米结构材料,具有轻质、高强度、高比表面积和耐热耐腐蚀等优异性能,其制备技术已日趋成熟并逐步实用化,在药物释放、气敏等领域具有重要的应用。空心球纳米材料形状较为规整且合成过程中易发生壳层的破裂,形成介孔孔道,而氧化铝具有高强度、高硬度、热膨胀系数小、耐腐蚀和耐磨等优良的物理化学性能,因此氧化铝空心球在催化领域也有着良好的应用前景。目前,空心球制备的主要方法有喷雾干燥法、模板法。

4.1 喷雾干燥法

喷雾干燥法适合生产大批量空心球,同时球直径比其他方法生产的要大。Bertrand等人[14]研究了装料性能对氧化铝悬浮液喷雾干燥的影响。在产生等离子喷涂涂层与控制属性的所有参数中,粉状原料来源是关键点。粉末的形状、密度、形态、成分和尺寸分布都影响着涂层性能和生产方式。他们在一个可方便喷射陶瓷粉末的喷雾干燥设备上进行了系统的研究,以确定如何调配出氧化铝浆料( 例如分散剂水平、p H值、粘结剂添加) 以使颗粒性能最佳。氧化铝颗粒、聚丙烯酸酯和丙烯酸酯共聚物共同组成浆料,考察了浆料在p H=4 和p H=9 时,所制备的氧化铝空心球的沉降实验和流变学分析。该法可以将各种无机粉体材料制备成空心球,很有工业生产应用化前景,而且空心球的大小和壁厚主要取决于喷雾的工艺参数如蒸发速率、液滴大小和装料等。

4.2 模板法

模板剂在氧化铝空心球制备中较为常用。庞丽萍等[15]以胶体碳球为模板,硝酸铝为铝源,乙醇为溶剂,静置后烘干,先在氮气氛围下焙烧,然后在氧气氛围下焙烧,所得产品即为氧化铝空心球。该合成方法工艺简单,成本低廉,操作安全。陈爱兵等[16]将模板剂F127 溶解于乙醇和乙醇水溶液后,加入硝酸铝和模板剂掺氮碳球,经超声、静置、抽滤、干燥,升温350℃保持2h,再升温600℃保持4h,自然降温后得到氧化铝空心球。他们提出,将硝酸铝加入到F127 的乙醇溶液中,Al3+与嵌段共聚物的PEO段络合后很容易被碳球表面吸附,经焙烧后除去模板而形成介孔氧化铝空心球。该制备介孔氧化铝的方法简单,空心球大小均一,粒径在500nm左右,完全复制了掺氮碳球的外观形貌;同时,壳层具有蠕虫状的介孔,孔径主要集中在17nm。

朱红等[17]以异丙醇铝为铝源,聚乙二醇辛基苯基醚(OP) 作为表面活性剂,使用溶胶- 凝胶法制备出氢氧化铝的溶胶和凝胶。该实验采用不同的干燥方式,干燥后得到氢氧化铝颗粒,煅烧后得到氧化铝介孔材料。其中采用室温干燥的,因是静止式干燥,溶剂可以慢慢蒸发,表面活性剂可以使氢氧化铝各粒子交联起来,从而形成了片状的结晶或堆积体。而采用Pulvis微型旋风分离喷雾干燥器的,无论是否焙烧均可以得到中空球型的氧化铝颗粒,这是因为在干燥过程中,随着表面溶剂的蒸发,液滴表面活性剂能够完全收缩,故形成类似滴状的中空球形。可见,不同的干燥方式决定了氢氧化铝微粒间不同的接触方式及作用力,从而由量变转换成质变,得到最终的不同形貌,对氧化铝的生长形貌有巨大的影响。

5 氧化铝的应用

5.1 棒状氧化铝的应用

工业上氧化铝的使用已经非常广泛,加之近年来原油重质化、劣质化加剧,市场对轻质油品的需求增加,继而衍生出负载型氧化铝作为加氢精制催化剂,如HDM、HDS、HDN等。目前HDM催化剂多为活性γ-Al2O3,也有少量的Si O2-Al2O3、活性炭和分子筛等作为载体。大量研究表明,氧化铝具备大比表面积、合适的孔结构、高的机械强度、好的选择性、制备简单及价格低廉等特点,更重要的是它具有再生能力[18],因此氧化铝作为加氢精制催化剂载体得到广泛的应用。

Li等[19]研究出一种新的Mo Ni-Al2O3制备方法,即一步控制组分分析方法。在氯化铝、碱式碳酸镍、钼酸铵水溶液中,以尿素、碳酸铵作为添加剂,经过一步控制组分分析法制备Mo Ni-Al2O3催化剂。尿素添加量在4.1~17.2 之间,通过一系列表征手段,探讨尿素的添加量对催化剂晶相、表面性质、还原性和HDM活性的影响。该方法缩短了制备时间,降低了过程成本且易于控制,具有良好的应用前景。

5.2 片状氧化铝的应用

片状氧化铝是氧化铝中一种重要的粉体材料,具备了普通氧化铝的优良特点,还可以提高材料的韧性,从而在陶瓷复合材料上应用较广泛。除此之外,片状氧化铝具有较好的附着力,与基团结合而不产生团聚现象。另外,由于其特殊的结构及优良的光感能力,因此广泛用于颜料、化妆品等精细化工产品上。就目前应用而言,主要应用在聚合物的填充剂和首饰珠光颜料上。

叶红齐等[20]提出,具有二维片状的氧化铝,可以代替云母制备第二代效应原料,让珠光材料具有更好的珠光效应和良好应用性能。他认为,水热法制备的具有薄的六边形片状结构的氧化铝,醇热法在较低的温度下制备出的六角板状的片状氧化铝,都不适合用作珠光颜料的基体材料。因为厚径比小,容易团聚且在水中分散性较差。反之,Nitta等人[21]利用熔盐法制备得到的含有二氧化钛的片状氧化铝粉体,厚径比较大,无色,表面平滑且水中分散性好。以此为基体材料,在其表面包覆高折射率的二氧化钛或氧化铁,可制备出性能优异的新一代珠光材料。

5.3 球状氧化铝的应用

与传统的空心球氧化铝相比,陶瓷空心球氧化铝表现出一种优越的高强度、耐高温性质,其性能超越了致密耐火材料、普通隔热材料,且因丰富的原材料及超低的价格,被认为是最有前途的隔热材料,备受关注。由此衍生出的微米级别的陶瓷空心球,可广泛应用于军事、航天、化工、绝缘材料中,应用前景广阔。

徐星星等[22]利用干压成型方法制备空心球氧化铝陶瓷,通过研究压力、保压时间、预烧温度、添加量对空心球陶瓷的影响,确立了最佳工艺参数(干压压力6MPa,预烧温度1200℃)。其中添加95 氧化铝空心球陶瓷助烧剂比未添加的性能要更好。之后,利用包覆的方法,在氧化铝的表面包裹助烧剂,来增加其空心球间强度和空心球间力学性能。对于包覆法,做了化学共沉淀法和浆料浸渍法对比,发现化学沉淀法包裹量少,但是抗弯强度和断裂韧性优于浆料浸渍法。

6 结论

综上所述,氧化铝的制备方法日新月异,各种制备或改进方法均可圈可点,但其中一些方法依旧存在不足,仍然需要不断探索,以寻求更好的改进方案。制备一维棒状氧化铝,以水热法最为适宜。利用γ-Al OOH独特结构,通过对反应浓度及温度、水热时间、p H、奥氏熟化、晶种添加等的控制,确立适合的浓度比以及温度、熟化时间。将生长好的棒状氧化铝浸渍后得到的催化剂可进行一系列HDM、HDS反应,继而实现工业生产的应用。制备α-Al2O3粉体方法众多,熔盐法制备氧化铝粒径较好,纯度高,成本廉价,设备简单,操作可行性较大,而且该法制备的材料才具有珠光效应,因此具有较好的市场前景。对于球状氧化铝,喷雾干燥法效果较好,但囿于条件限制,必须依靠设备完成,所以主要应用于工业生产上。