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納米球形氧化鋁常見晶形及其應用
2015年04月03日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:5621
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納米球形氧化鋁由十表面效應、量子尺寸效應、體積效應、宏觀量子隧道效應的具有良好的熱學、光學、電學、磁學以及化學方面的性質。氧化鋁有很多晶型,目前發現的在十二種以上,其中常見的有α、γ、η、θ、β、δ等,除β一A1203是含鈉離子的Na20.11A1203以外,其他幾種都是A1203的變體。其中主要的、也是在實際工業中得到重要應用的是α-A12O3、 β-A12O3和γ- A12O3三種晶型,最穩定的是α-A12O3,其他均為不穩定的過渡晶型,在高溫下可以轉變為α相。

 

幾種常見的球形氧化鋁的晶型及應用


1、γ-Al2O3 

γ-Al2O3是最常見的過渡型氧化鋁,屬于尖晶石結構,在自然界中并不存在。 γ-Al2O3制備工藝簡單,一般在低溫下(500~700°C范圍內)可以形成。γ相粒子的粒徑很小,多數在5~10nm,擁有巨大的比表面積,可以達到1000m2/g以上。γ相粒子最主要的用途就是作為催化劑的載體,用于石油化工和環境保護等領域。但是當含水量過高或者溫度過高時,γ相粒子就會長大、燒結,也可能向穩定的α相轉變,從而失去其巨大的比表面積,導致催化劑的實效。因此,增加γ相在高溫條件下的穩定性很關鍵。目前多采用在γ相中添加稀土元素等少量物質來改善其表面能,從而有效地抑制了γ-Al2O3相變和燒結的發生,提高了比表面的穩定性。


2、β-Al2O3 

β-Al2O3 是一種含量很高的多鋁酸鹽礦物,它不是一種純的球形氧化鋁,化學組成可以近似的用RO . 6Al2O3 R2O.11 Al2O3 來表示(RO是堿土金屬氧化物,R2O是堿金屬氧化物),是由堿金屬或者堿土金屬離子[Na0]-[Al11O12]+類型的尖晶石單元交疊堆積而成,氧離子排列成立方堆積,鈉離子則完全包含在垂直于C軸松散堆積的[Na0]-層平面內,并且可以很快擴散。在適當的條件下,它具有很高的離子電導,當在300℃時,鈉離子的擴散系數可以達到1 *10-125px2/s,而電導率達到3*10-3S/m。利用上述電導性質,可以用來制作鈉硫電池和鈉澳電池的隔膜材料,廣泛地應用于電子手表、電子照相機、聽診器和心臟起博器中。


3、α-Al2O3 

α-Al2O3俗稱剛玉((Corundum),是所有Al2O3晶型中使用最多的一種,由于它具有較高的熔點(可達2050°C )、以及優良的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性,所以被廣泛的應用在結構與功能陶瓷中,用在集成電路的基板、高硬材料、耐磨材料、耐火材料等領域。

 

氧化鋁陶瓷由于其優越的高溫強度、穩定的化學性能、良好的耐磨性,可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴酷的工作環境,已經成為先進結構的首選材料之一。納米氧化鋁可以進一步的提高陶瓷的性能,它在下文所述領域中均有廣泛的應用:


1、陶瓷添加劑: 加入一定的納米級球形氧化鋁粉末,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;在常規陶瓷中添加5.0%的納米級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溫度。


2、復合材料: 納米級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以及鋁合金納米球形氧化鋁復合材料一,還可以用來制造人工牙齒和骨骼。


3、彌散強化材料: 氧化鋁常常被用作結構材料的彌散相,來增強基體材料的強度。材料的屈服應力與彌散粒子的間距成反比,即粒子間距越小,屈服強度越大。當彌散相的含量一定時,粒子越小,粒子間距也就越小,對材料屈服強度的提高也就越有利。把超細氧化鋁分散在金屬中,可以提高金屬的強度;鑄造時將納米球形氧化鋁粉體作為變質形核(粉體本身無強化相),耐磨性則可以提高數倍。

 

4、表面防護涂層: 納米氧化鋁粒子可以制成一種透明涂料,將其噴涂在玻璃、塑料、金屬、漆器甚至是磨光的大理石上,可以極大的提高表面的硬度、耐腐蝕性、耐磨性和防火性。因此可用于機械、刀具以及化工管道等表面防護。


5、光學材料: 納米級氧化鋁粉末對250nm以下的紫外光有很強的吸收能力,如果把幾個納米的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象來吸收掉有害的紫外光,而且還不會降低熒光粉的發光效率。納米氧化鋁可燒結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。


6、半導體材料: 納米級球形氧化鋁對濕度極為敏感,在濕度傳感器上有著極高的應用價值,此外還可以廣泛應用于大規模集成電路的襯底材料。


7、催化劑及其載體: 納米氧化鋁粉體的比表面積大,顆粒表面有著極其豐富的失配鍵和欠氧鍵,在壓成薄片時會含豐富的孔洞,孔洞率達30-40%,可制成多孔薄膜過濾器,以此制成的催化劑及催化劑載體的性能比目前使用的同類產品的性能要優越數倍以上。


納米球形氧化鋁被廣泛用于傳統產業(輕工、化工、建材等)以及新材料、微電子、宇航工業等高科技領域,其應用前景十分廣闊。 國內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,有非常重要的意義。

                                              (粉體圈  作者:終吉)

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