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超细氧化铝粉体的形貌及特征应用
2017-3-17

超细氧化铝粉体主要性能有:纳米效应、较大的比表面积、强烈的光吸收能力、低熔点、化学性质活泼、低温时近乎没有热的绝缘性等。由于其有着这么多优异的性能,使得其现在广泛的应用于:陶瓷材料、催化剂及催化剂载体、光电 材料、复合及涂层材料、生物及医药材料等各个材料领域。

 
工业生产中,氧化铝粉体通常以液相法工艺制备出前驱物后,再经加热失水或者分解得到。研究发现,氧化铝粉在后期的煅烧过程中,虽然有存在着结构变化,但最终所得粉体的形貌存在一定的继承性和规律性,换句话说,即是前驱物的形貌基本反映了煅烧后的形貌。
 
一.氧化铝粉与其前驱物形貌
 
近年来随着新材料越来越引起人们的关注,氧化铝粉体的应用领域被进一步拓宽。到目前为止,根据用途已成功制备出的氧化铝形貌有:棒状、片状、花状、球状、纺锤状等。
 
1
棒状氧化铝和期前驱物形貌
 
棒状材料,作为一种一维材料,具有很多其他形貌所不具备的优势,如具有高的介电常数、良好的热力学性能、稳定的化学性能以及出色的机械性能,这些都使得棒状氧化铝成为人们关注的热点,其形貌如下:
 
 
2
片状氧化铝和形貌
 
片状结构氧化铝粉体相对于其他形貌的氧化铝粉体具有:熔点高、耐磨损、抗腐蚀、抗氧化等优异的物理化学性能。从其结构上看,片状结构具有较小的厚度以及较大的直径厚度比。在径向上,片状结构往往是微米级,而在厚度上,又能够达到纳米级,这就使得其可以同时具有微米材料和纳米材料共同的性质。其形貌如下:
 
 
3
花状氧化铝和期前驱物形貌
 
花状结构氧化铝是在一维或者二维结构的氧化铝按照某种方式(例如,以某点为中心,围绕中心旋转或者排列)自组装而成的三维结构。组装方式的不同决定这三维花状结构的差异。这种结构在保持其一维或者二维结构自身性质的同时,还具有三维结构的优势,其形貌如下:
 
 
4
球状氧化铝和期前驱物形貌
 
球状纳米粉体由于其球状结构决定了其性质稳定,由于易于形成紧密堆积,所以抗压能力出众,同时由于其各向同性,并且结构性能稳定,是作为催化剂载体的最佳形貌,其形貌如下:
 
 
5
纺锤状氧化铝和期前驱物形貌
 
纺锤状粉体往往是由片状结构自组装而形成的三维结构,因其在保持了片状结构比表面积较大的优点的同时,也具有了三维结构的优点,这就使得其吸附性能更加出色,其形貌如下:
 
 
二.氧化铝粉制备过程中的晶型转变
 
氧化铝水合物(A12O3·n H2O)是制备氧化铝常见的前驱体,根据结晶水的数量,可以分为三水氧化铝(Al(OH)3)和一水氧化铝(AlOOH)两类,三水氧化铝有三种晶体结构,拜耳石(Bayerite)、三水铝石(Gibbsite)、诺尔石(Nordstrandite)。
 
一水氧化铝有两种晶体结构,分别是一水硬铝石(α-AlOOH)和一水软铝石(γ-AlOOH)。在特定条件下,三水氧化铝可以脱去部分羟基缩合水,形成不同结构的一水氧化铝。
 
在工业生产中,氧化铝粉通常由氧化铝水合物经过加热失水或分解制得。在煅烧过程中,转化路径受到各种因素的影响,例如前驱体种类、煅烧制度(煅烧气氛、升温速率)、添加剂等,最终在高温下所有的氧化铝都将转化为一定形貌的α-A12O3 粉,热转化路径如下:
 
 
 
三.不同形貌氧化铝粉体的实际应用
 
1
球状氧化铝粉体的应用
 
球形微粉有良好的流动性和烧结特性,对于陶瓷制品流延成型极为有利;
 
作为研磨抛光材料,球形氧化铝可以避免产生划痕;
 
在石油化学工业中,对氧化铝载体的孔径分布和孔结构提出了越来越高的要求,球形氧化铝粉体可通过调整粒级配置来调控形成催化剂载体颗粒的孔径及其分布;
 
对于注射成型的陶瓷,使用的球形氧化铝可以提高熔体的流动性,同时减少对模具的磨损,提高模具的使用寿命从而降低生产成本。
 
2
片状氧化铝的应用
 
片状α相氧化铝具有特殊的物理化学性能,而且具有易分散等特点。
 
作为环氧树脂中的填料,片状氧化铝相互连接成桥,整体形成桥状网络,相对于其它形貌的氧化铝粉,片状氧化铝粉对环氧树脂的总体导热率贡献更大;
 
另外片状氧化铝粉体具有良好的附着力、显著的屏蔽效应与反射光线的能力,在涂料、颜料、化妆品、汽车表面 漆等方面,展现出了优异的性能。
 
特别在颜料方面,利用片状氧化铝替代天然云母片作为包覆的基底材料,在其上包覆一层或几层具有不同色彩的金属或金属氧化物,得到具有随角异色效果的新一代珠光颜料。
 
3
棒状氧化铝粉的应用
 
在石油工业中的渣油加氢处理过程中,利用氧化铝纳米棒可以堆积成开放的孔道,由其作为载体制成的催化剂适合用于内扩散控制的反应过程。
 
另外一维纳米材料具有低导磁性、高热传导性和高电介质常数等特性,故在半导体和光学材料等领域有重大潜力及开发意义。
 
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