幾種球形氧化鋁的制備方法及應用

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發(fā)表時間：2019-03-21 13:43來源：金戈新材料

　　超細球形氧化鋁具有耐腐蝕、耐高溫、高硬度、高強度、抗磨損、抗氧化、絕緣性好和表面積大等優(yōu)異特性，廣泛應用于冶金、化工、電子、國防、航天及核工業(yè)等高科技領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外市場對超細球形氧化鋁的需求量年增長率不斷增高。因此，進一步探索制備超細球形氧化鋁粉體的新方法，具有非常重要的意義。

　　一、球形氧化鋁制備方法

　　球形氧化鋁的制備方法主要有溶膠-乳液-凝膠法、滴球法、均相沉淀法、模板法、氣溶膠分解法、噴射法等。

1、溶膠-乳液-凝膠法

　　溶膠-乳液-凝膠法是在溶膠凝膠法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其主要工藝過程是利用醇鋁水解，經(jīng)過溶膠凝膠過程制備球形氧化鋁粉體，整個水解體系比較復雜，其中溶解醇鋁的辛醇占50%，乙腈溶劑占40%，分散水的辛醇和丁醇分別占9%和1%，并且用羥丙基纖維素作分散劑，得到了球形度非常好的球形氧化鋁粉體。

　　溶膠-乳液-凝膠法由于采用了有機溶劑及表面活性劑，缺點是不利于氧化鋁粉體的分離及干燥。

2、滴球法

　　滴球法是將氧化鋁溶膠滴入到油層(通常使用石蠟、礦物油等),靠表面張力的作用形成球形的溶膠顆粒，隨后溶膠顆粒在氨水溶液中凝膠化，最后將凝膠顆粒干燥，煅燒形成球形氧化鋁的方法。滴球法制備的球形氧化鋁主要應用于吸附劑或催化劑載體。

　　滴球法是對溶膠-乳液-凝膠法在工藝上的進步改進，其優(yōu)點是省去了粉體與油性試劑的分離處理。缺點是制備球形氧化鋁的粒徑較大。

3、均相沉淀法

　　均相沉淀法是指在A2(SO4)3或NH4AI(SO4)2均相溶液中，其沉淀過程包括晶核形成、聚集長大、析出。在沉淀劑的作用下，均相溶液中的濃度降低，就會均勻地生成大量的微小晶核，最終形成的細小沉淀顆粒會均勻地分散在整個溶液當中,制備得到球形氧化鋁。

　　需要特別注意的是:球形氧化鋁粉體顆粒只有在A2(S04)3或NH4A(S04)2溶液中能夠獲得，而不能在A(NO3)3或AICI3溶液中得到，可見SO42-對形成球形顆粒起到了至關(guān)重要的作用。

　　均相沉淀法優(yōu)點是能夠制備球形度非常好的氧化鋁粉體，形貌均一，粒度分布窄。缺點是該方法局限性大，形貌形成機理尚不明確。

4、模板法

　　模板法是以球形原料作為過程中控制形態(tài)的試劑，產(chǎn)品通?？招幕蛘呤呛藲そY(jié)構(gòu)。主要工藝過程是以聚苯乙烯微球為模板劑，用碳酸功能化的氧化鋁納米粒子包覆，再通過甲苯洗滌，制備了空心氧化鋁球體。

　　模板法是制備空心球體的好方法。缺點是對模板劑的要求較高,制備過程步驟多,不易操作。

5、氣溶膠分解法

　　氣溶膠分解通常是以鋁醇鹽為原料，利用鋁醇鹽易水解和高溫熱解的性質(zhì)，并采用相變的物理手段，將鋁醇鹽氣化，然后與水蒸汽接觸水解霧化，再經(jīng)高溫干燥或直接高溫熱解，從而實現(xiàn)氣-液-固或氣-固相的轉(zhuǎn)變，最終形成球形氧化鋁粉體。氣溶膠分解法關(guān)鍵是由霧化部分和反應部分組成的復雜的實驗裝置。

6、噴射法

　　噴射法制備球形氧化鋁的實質(zhì)是在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)變，利用表面張力的作用使產(chǎn)物球形化，根據(jù)相轉(zhuǎn)變的特點又可以分為噴霧熱解法、噴霧干燥法和噴射熔融法。

（1）噴霧熱解法

　　噴霧熱解法是以Al（SO4）3、Al（NO3）3和AlCl3溶液為原料，通過霧化作用形成球形液滴，經(jīng)過高溫熱解生成球形氧化鋁粉體。該方法熱解過程需要900℃，耗能較大。

（2）噴霧干燥法

　　噴霧干燥法是先將鋁鹽溶液與氨水反應制成氧化鋁溶膠，再將氧化鋁溶膠在150-240℃下噴霧干燥，制備得到球形氧化鋁粉體。該方法相比于噴霧熱解法法，優(yōu)點是：可減少能量的消耗。

（3）噴射熔融法

　　噴射熔融法是利用等離子焰直接將固體鋁粉或氧化鋁粉熔融，然后馬上做退火處理，通過調(diào)節(jié)載氣成分和直流電弧的功率可以控制球形化程度，并可以制備空心結(jié)構(gòu)。

　　二、球形氧化鋁應用

1、陶瓷添加劑

　　加入一定的納米球形氧化鋁粉體，可以有效的解決陶瓷由于低溫脆性而應用范圍窄的缺點，由此可以制成低溫塑性球形氧化鋁陶瓷；在常規(guī)陶瓷中添加5.0%的納米球形氧化鋁粉體可以有效的增加陶瓷的韌性，并且降低陶瓷的燒結(jié)溫度。

2、復合材料

　　納米球形氧化鋁粉體不僅可以用于合成新型的具有特殊性能的復合陶瓷材料，還可以用來制造人工牙齒和骨骼。

納米球形氧化鋁粉體應用于陶瓷及復合材料

3、表面防護涂層

　　球形氧化鋁粉體粒子噴涂在金屬、塑料等上，可以極大的提高表面的硬度、耐腐蝕性、耐磨性和防火性，可用于機械、刀具以及化工管道等表面防護。

球形氧化鋁應用于金屬刀具表面防護

4、光學材料

　　納米級球形氧化鋁粉體對250nm以下的紫外光有很強的吸收能力，如果把幾個納米的球形氧化鋁粉摻雜到稀土熒光粉中，可以利用納米紫外吸收的藍移現(xiàn)象來吸收掉有害的紫外光，而且還不會降低熒光粉的發(fā)光效率。納米球形氧化鋁可燒結(jié)成透明陶瓷作為高壓鈉燈管的材可以和稀土熒光粉復合作為口光燈管的發(fā)光材料，不僅降低成本而且延長壽是未來制造口光燈管的主要熒光材料。