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納米氧化鋁特性用途及生產工藝初探
2015年05月27日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:7718
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氧化鋁是白色晶狀粉末,氧化鋁具有α、β、γ、δ、η、θ等十一種晶體,常見的有三種即:α-Al2O3、β- Al2O3、γ-Al2O3。α-Al2O3比表面低,具有耐高溫的惰性,但不屬于活性氧化鋁,幾乎沒有催化活性;β-Al2O3、γ-Al2O3的比表面較大,孔隙率高、耐熱性強,成型性好,具有較強的表面酸性和一定的表面堿性,被廣泛應用作催化劑和催化劑載體。當氧化鋁粉體粒徑向下延伸到納米級別時,在保持普通氧化鋁粉體優良特性的同時,顯示出了常規材料所不具有的光、電、磁、熱和機械特性,納米氧化鋁作為一種新型功能材料廣泛應用于光學、化工及特種陶瓷等多個領域。


一、納米氧化鋁特性

氧化鋁與其他材料相比,它具有許多獨特、優良的性能,如高熔點(2015℃)、較高的室溫和高溫強度,高的化學穩定性 和接點介電性能,電絕緣性好,硬度高( 莫氏硬度9),耐磨性好且成本低廉。因而氧化鋁陶瓷可用于制造高速切削工具,高溫熱電耦套管、化工高壓機械泵零件、內燃機火花塞、人工關節及航空磁流體發電材料等多種陶瓷器件。納米氧化鋁材料的特殊光電特性、高磁阻現象、非線性電阻現象、在高溫下仍具有的高強、高韌、穩定性好等奇異特性,以及各種納米粉體材料共有的小尺寸效應、表面界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應,使其在催化、濾光、光吸收、醫藥、磁介質及新材料等領域有廣闊的應用前景。


二、納米氧化鋁的用途

納米氧化鋁因其特殊性能廣泛應用于化學化工、醫藥、催化劑及其載體、陶瓷等領域。

1、在陶瓷方面的應用,納米氧化鋁粉體制成的精密陶瓷具有類似金屬的塑性和韌性,質量輕,特別是強度大大提高,在常規陶瓷基體中加入少量的微米或納米級氧化鋁可以使材料的力學性能得到成倍提高,改善陶瓷的韌性,降低其燒結溫度。

2、超細Al2O3粉體生物陶瓷在生理環境中基本上不發生腐蝕,具有良好的結構相容性,新生組織長入多孔陶瓷表面連貫的孔隙上,與機體組織之間的結合強度較高,并具有強度高、摩擦系數小、磨損率低等特性。因此在臨床上應用比較廣泛。納米氧化鋁作為醫學新材料,已用于制作承力的人工骨、牙根種植體、藥物緩釋載體等;還成功地進行了牙槽脊擴建、頜面骨缺損重建、五官矯形與修復等。

3、作為表面防護層材料,將納米氧化鋁粒子噴涂在金屬、陶瓷、塑料等材料的表面,可明顯提高表面強度、耐磨性和耐腐蝕性。

4、光學材料:納米氧化鋁可以吸收紫外光,并且在某些波長光的激發下可以產生出與粒子尺寸相關的波長的光波。氧化鋁可燒結成透明陶瓷,作為高壓鈉燈管的材料;可用作緊湊型熒光燈中熒光粉層的保護涂膜;還可和稀土熒光粉復合制成熒光燈管的發光材料,提高燈管壽命。此外,納米氧化鋁多孔膜有紅外吸收性能,可制成隱身材料用于軍事領域;利用其對80nm紫外光的吸收效果可作紫外屏蔽材料和化妝品添加劑。

5、作為催化劑及其載體納米氧化鋁的催化功能是其新用途中極為重要的一種。納米級粉體其比表面很大,制成的催化劑及催化劑載體的性能超過普通催化材料數倍。

6、電子工業:納米氧化鋁由于具有巨大的表面和界面, 對外界濕度變化敏感, 而且穩定性高,是理想的濕敏傳感器和濕電溫度計材料L5。同時,它還具有良好的電絕緣性、 化學耐久性、耐熱性、抗輻射能力強、介電常數高、表面平整均勻,可用作半導體材料和大規模集成電路的襯底材料,廣泛應用于微電子、電子和信息產業。 


三、常見納米氧化鋁粉體生產工藝

1、溶膠凝膠法

溶膠凝膠法是目前在氧化物納米粉制備中研究和應用較多的一種方法, 作為一種濕化學合成方法, 具有設備簡單, 工藝易于控制,粉末純度和均勻度高, 成本低等優點。用溶膠凝膠法結合異相共沸蒸餾法, 可制得尺寸分布均勻、呈球形的納米氧化鋁粉, 平均粒徑在68nm 左右。

2、沉淀法

沉淀法是在溶液中加入適當的沉淀劑得到陶瓷前驅體的沉淀, 再經過濾、洗滌、干燥、煅燒等工藝, 得到納米陶瓷粉末。選用不同的沉淀劑會得到不同粒徑的納米粉體。沉淀法操作簡單、工藝流程短、成本低, 但制備過程中影響因素較多,且不易形成分散粒子。

3、水熱法

水熱法是在高溫高壓下反應物在水溶液或蒸汽等流體中反應生成目的產物,再經分離和熱處理得到納米粉體。水熱法由于反應在相對較高的壓力和溫度下進行,產物為晶態,無需焙燒晶化,可以減少焙燒過程中難以避免的團聚現象,但是對設備的要求較為苛刻。


小結:我國納米氧化鋁材料產業主要分布在經濟實力雄厚市場開闊的華東、華北及華南地區。當前納米氧化鋁生產企業普遍規模較小。納米氧化鋁生產線一次性投資較大,這是導致我國納米氧化鋁難以形成規模實現產業化的主要原因之一。我國大部分的納米氧化鋁企業處于小規模生產狀態, 存在產品穩定性差、生產成本高等問題。可見,我國納米氧化鋁的生產還沒達到一定的生產規模,規模效應無法發揮作用也是納米氧化鋁產業發展的制約因素。米氧化鋁市場前景良好, 利潤空間較大。作為一種有廣泛用途的納米材料, 納米氧化鋁市場前景廣闊, 由于其優異的特性, 市場需求強勁。相信隨著納米技術的發展和市場的規范,我國納米氧化鋁產業將逐步走向規模化,行業前景十分廣闊。

(粉體圈 作者:梧桐)


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