幾種球形氧化鋁的制備方法及應(yīng)用

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發(fā)表時(shí)間：2019-03-21 13:43來源：金戈新材料

　　超細(xì)球形氧化鋁具有耐腐蝕、耐高溫、高硬度、高強(qiáng)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(yīng)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(xì)球形氧化鋁的需求量年增長率不斷增高。因此，進(jìn)一步探索制備超細(xì)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(gè)水解體系比較復(fù)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(jī)溶劑及表面活性劑，缺點(diǎn)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(yīng)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(jìn)步改進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是省去了粉體與油性試劑的分離處理。缺點(diǎn)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(xì)小沉淀顆粒會均勻地分散在整個(gè)溶液當(dāng)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(diǎn)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(diǎn)是該方法局限性大，形貌形成機(jī)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?yàn)槟０鍎?，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(diǎn)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?zé)峤獾男再|(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?zé)峤?，從而?shí)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(yīng)部分組成的復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置。

6、噴射法

　　噴射法制備球形氧化鋁的實(shí)質(zhì)是在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)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(diǎn)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?zé)峤馍汕蛐窝趸X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(yīng)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(diǎn)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(yīng)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(yīng)用范圍窄的缺點(diǎn)，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(fù)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(fù)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(yīng)用于陶瓷及復(fù)合材料

3、表面防護(hù)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(jī)械、刀具以及化工管道等表面防護(hù)。

球形氧化鋁應(yīng)用于金屬刀具表面防護(hù)

4、光學(xué)材料

　　納米級球形氧化鋁粉體對250nm以下的紫外光有很強(qiáng)的吸收能力，如果把幾個(gè)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(lán)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(fù)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。