氧化鋁粉體基礎(chǔ)知識與制備方法簡介

        1.　氧化鋁的基本知識

　　氧化鋁（Al2O3）為一種白色無定形的粉狀物，屬于兩性氧化物，不溶于水，易溶于強(qiáng)堿和強(qiáng)酸，熔點(diǎn)為2054℃，沸點(diǎn)為2980℃。氧化鋁有很多同質(zhì)異構(gòu)體，不同的制備方法工藝制備出的氧化鋁粉體大不相同。氧化鋁最常見的三種晶型為：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。

      （a）α-Al2O3，三方晶系，在自然界中以剛玉的形式存在，結(jié)構(gòu)緊密，導(dǎo)熱性好，是最穩(wěn)定的晶型，硬度僅次于金剛石和碳化硅；

      （b）β-Al2O3，立方尖晶石結(jié)構(gòu)，氧離子為面心立方排列，鋁離子填充間隙。β-Al2O3并不是Al2O3的單獨(dú)物質(zhì)，而是一種氧化鋁含量很高的多鋁酸鹽礦物；

      （c）γ-Al2O3，是無定形Al2O3向α-Al2O3轉(zhuǎn)變的中間體，為Al2O3的低溫形態(tài)。結(jié)構(gòu)松散、密度小、活性大、易吸水，高溫下不能穩(wěn)定存在，且在自然界中也不存在。       

       2.　氧化鋁粉體的應(yīng)用

　　氧化鋁粉體的產(chǎn)量在世界陶瓷人工粉體總產(chǎn)量中占有極大的比重。在氧化鋁粉體的總需求量中，80%以上用于鋁的冶煉，其余的可以直接以氧化鋁粉體的形式作為原料用于生產(chǎn)其他產(chǎn)品。直接應(yīng)用的氧化鋁粉體主要應(yīng)用于耐火材料、精細(xì)陶瓷、磨料等。純度較高的高純氧化鋁粉體一般用來制備人工晶體、透明氧化鋁、精密電子元件等。而且人工晶體對高純氧化鋁的質(zhì)量要求非常高，其純度大部分都需要達(dá)到5N，我國在高純氧化鋁制備方面要比國外落后很多，質(zhì)量特別好的粉體，依然依靠進(jìn)口。

        3.　超細(xì)氧化鋁粉體的制備

　　氧化鋁粉體的制備可以分為固相法、氣相法和液相法。

      （a）固相法

　　固相法制備氧化鋁粉體主要是將鋁或者鋁鹽經(jīng)過研磨、煅燒、固相反應(yīng)等直接得到氧化鋁粉體的辦法。主要包括機(jī)械粉碎法、燃燒法、熱分解法等。

　　機(jī)械粉碎法是利用球磨機(jī)、行星磨、高能球磨機(jī)等粉碎機(jī)將原料粉碎研磨成超細(xì)粉體的方法。此種方法的操作簡單、產(chǎn)量高、成本低，但得到的產(chǎn)品在純度、粒度大小、粒徑分布、粒子形貌等方面達(dá)不到要求。

　　燃燒法是利用粒度較小的鋁粉在氧氣和丙烷的火焰中燃燒制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法。燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)物一點(diǎn)點(diǎn)燃就不在需要額外提供能量，節(jié)能省時(shí)，且起火溫度低，不需專門的點(diǎn)火裝置，反應(yīng)速度塊，設(shè)備簡單。但點(diǎn)火溫度較難控制，產(chǎn)量少，不易大規(guī)模工業(yè)化，且容易形成污染。

　　熱分解法是通過添加成型劑及助燃劑等使鋁鹽在高溫下分解成超細(xì)氧化鋁粉體的制備方法。熱分解法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)的氧化鋁粉體粒徑易控。但是此法雜質(zhì)除去困難，操作復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。

      （b）氣相法

　　氣相法制備氧化鋁粉體主要是通過氣體或等離子體、電弧加熱等方法將原料變?yōu)闅鈶B(tài)，通過化學(xué)反應(yīng)經(jīng)過成核長大等過程形成產(chǎn)物的方法。主要包括氣相水解法、蒸發(fā)冷凝法等。

　　氣相水解法是指把鋁鹽在氫、氧焰中高溫水解，并在氣相中析出超細(xì)氧化鋁的方法，也被稱為火成法。

　　蒸發(fā)冷凝法是指在惰性氣體中，把氧化鋁原料加熱氣化后在惰性氣體中再次冷卻結(jié)晶形成超細(xì)粉體的方法。根據(jù)加熱源不同，可將其分為等離子體加熱、電弧加熱、激光加熱等。

      （c）液相法

　　液相法制備氧化鋁粉體主要是把鋁鹽制備成一定濃度的溶液，然后選擇合適的沉淀劑或者通過蒸發(fā)、水解等方法將金屬離子均勻析出的方法。液相法是實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)上普遍應(yīng)用的方法。主要包括沉淀法、微乳液法、溶膠凝膠法等。

　　沉淀法是指在原料溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯?，使原料溶液中的鋁離子形成沉淀物先驅(qū)體，然后經(jīng)過洗滌、干燥、加熱分解等方法制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法。沉淀法可以分為直接沉淀法、均相沉淀法、水解沉淀法等。例如，以硝酸鋁為原料，加入沉淀劑和表面活性劑，進(jìn)行沉淀反應(yīng)，將沉淀進(jìn)行過濾干燥煅燒等得到氧化鋁粉體。反應(yīng)式為：

　　微乳液法是指將兩種互不相容的液體，在表面活性劑的作用下形成熱力學(xué)穩(wěn)定、各相同性、外觀半透明狀的微乳液，微乳液的水核相當(dāng)于一個(gè)微型反應(yīng)器，可以制備出超細(xì)的氧化鋁粉體。

　　溶膠凝膠法是通過沉淀反應(yīng)生成勃姆石先驅(qū)體，然后將先驅(qū)體洗滌烘干煅燒得到超細(xì)氧化鋁粉體的方法。溶膠凝膠法制備的超細(xì)氧化鋁粉體平均粒度小、粒度分布均勻、純度高、活性高，設(shè)備簡單、制備工藝可控，溶膠凝膠法是目前制備氧化鋁超細(xì)粉體應(yīng)用最多的一種方法。