改性會(huì)議：2025年功能粉體表面改性技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)將于11月8日在南京召開，報(bào)名請聯(lián)系馮經(jīng)理18301216601，涉及非金屬礦粉體企業(yè)：碳酸鈣、方解石粉、硅微粉、滑石、重晶石、硫酸鋇、硅灰石、高嶺土、膨潤土、云母、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、電氣石粉等；功能性粉體企業(yè)：氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、鈦白粉、白炭黑、氧化鐵紅、珠光云母、導(dǎo)熱填料、氧化鋅、勃姆石、粉煤灰、碳化硅、玻璃微珠、鋁粉、銅粉、納米粉體等；硬脂酸、偶聯(lián)劑等藥劑和改性設(shè)備企業(yè)；塑料、橡膠、涂料等粉體材料下游應(yīng)用企業(yè)。
高純超細(xì)氧化鋁粉體一般指代純度在4N（99.99%）及以上、顆粒直徑（D50）≤1.0µm的氧化鋁粉體。
氧化鋁粉體超細(xì)微化后，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，并具有高強(qiáng)度、高硬度、抗磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣性好、表面積大等優(yōu)異的特性，目前已在生物陶瓷、精密陶瓷、化工催化劑、稀土三基色熒光粉、集成電路芯片、航空光源器件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的高純超細(xì)氧化鋁粉體多出自美、日、歐等國大型國際企業(yè)。目前，日本已形成以住友化學(xué)工業(yè)公司、昭和電工公司、昭和輕金屬、新日本化學(xué)工業(yè)、日本輕金屬公司、日立化學(xué)、大明化學(xué)等為核心的高端氧化鋁粉體生產(chǎn)企業(yè)和以三菱、索尼、松下等為核心的下游應(yīng)用企業(yè)。
1、高純超細(xì)氧化鋁粉體制備技術(shù)
目前，高純超細(xì)氧化鋁粉體主要制備方法有氣相法、液相法及固相法等，其中液相法是應(yīng)用最多的一種方法。
（1）氣相法
化學(xué)氣相沉積法（CVD）是制備納米氧化鋁常用的一種氣相法，該方法利用氯化鋁和水蒸氣在反應(yīng)室中反應(yīng)生成氧化鋁納米粉體。
常見的CVD方法包括火焰CVD、激光熱解CVD等方法，其優(yōu)點(diǎn)是只要控制反應(yīng)氣體種類和氣體濃度就能夠有效改善高純超細(xì)氧化鋁粉體的團(tuán)聚情況，所制備的氧化鋁粉體粒徑小、比表面積大、純度高，其最終產(chǎn)品純度超過99.6%，重金屬含量一般低于常規(guī)檢測方法的檢測下限；缺點(diǎn)是產(chǎn)率低，且粉末的收集較困難。
（2）液相法
液相法是將鋁鹽溶解到一定的溶劑中，通過蒸發(fā)、升華、加入沉淀劑、水解等方法使溶質(zhì)和溶劑分離，得到一定形狀和大小的顆粒，即制備Al2O3粉體的前驅(qū)體，最后將前驅(qū)體加熱分解即可得到α-Al2O3。
首先，鋁元素以離子的狀態(tài)存于溶液中，可通過硫酸鋁、仲丁醇鋁、偏鋁酸鈉等鋁鹽溶解于水溶劑或三氯甲基、乙醇、甲苯等有機(jī)溶劑中。隨后，可選擇通過鋁鹽的水解、蒸發(fā)等方法或者選用碳酸銨、氫氧化鈉、尿素、硫酸等沉淀劑使鋁離子以共價(jià)氧化物形式沉積析出。最后，將沉淀物洗滌干燥或經(jīng)過高溫煅燒得到所需的氧化鋁晶型。
由于這種方法最終不可避免地將前驅(qū)體燒結(jié)得到高純氧化鋁粉體，因此得到的粉體會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，所得到的粉體往往需要研磨以去除團(tuán)聚。
目前，液相工業(yè)生產(chǎn)高純氧化鋁主要采用噴霧熱解技術(shù)、醇鹽水解法、改良拜耳法、溶膠-凝膠法、醇鋁法等。
噴霧熱解技術(shù)：又稱火焰噴霧熱解技術(shù)，是一種基于超聲波產(chǎn)生微米大小的氣溶膠液滴并在400℃～800℃下加熱分解制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法。由于蒸發(fā)、沉淀、干燥和分解是在多個(gè)獨(dú)立階段中分步實(shí)現(xiàn)的，因此，可以通過控制各步驟的工藝參數(shù)（如停留時(shí)間、分解溫度）來調(diào)控生成顆粒的大小、形態(tài)、化學(xué)成分等物理化學(xué)性質(zhì)。
醇鹽水解法：通過合適的水溶性鋁鹽，按化學(xué)計(jì)量配制成溶液，再選擇一種可與金屬離子反應(yīng)生成沉淀的沉淀劑，最后將沉淀物加熱脫水即可得到超細(xì)粉體。這種方法具有粉體純度高、粒徑均勻以及反應(yīng)溫度低、生產(chǎn)設(shè)備簡單、生產(chǎn)效率高、適用于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但是存在對生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格、技術(shù)條件不易控制、產(chǎn)品穩(wěn)定性較差，且生產(chǎn)過程排出大量的廢氣污染環(huán)境的缺點(diǎn)，常見的醇鹽水解法包括免硫排放的硫酸鋁銨法和碳酸鋁銨法等。
改良拜耳法：拜耳法是最為常見的氧化鋁粉體液相制備法，改良拜耳法主要對制取的氫氧化鈉和脫鈉進(jìn)行了改良，對鋁酸鈉進(jìn)行脫硅、脫鐵等，對分解條件進(jìn)行調(diào)控后，得到高純氫氧化鋁，其過程中氫氧化鋁析出緩慢，有效減少了異常晶核的出現(xiàn)，同時(shí)減少了鈉、硅雜質(zhì)的混入，最后經(jīng)過高溫煅燒、研磨等過程制得高純氧化鋁。改良拜耳法的優(yōu)點(diǎn)是所用原料廉價(jià)易得，制備過程無污染；缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、效率低、能耗高等。改良拜耳法中凈化鋁酸鈉溶液是影響產(chǎn)品最終雜質(zhì)含量的關(guān)鍵步驟。
溶膠—凝膠法：合成納米氧化鋁的簡單有效方法。與沉淀法最初轉(zhuǎn)化為溶膠和凝膠不同，鋁鹽和高純度的胺或銨鹽溶液經(jīng)過水解或者聚合作用形成前驅(qū)體凝膠，在經(jīng)過醇洗、陳化最后煅燒后得到氧化鋁粉體。此方法具有粉體均勻性好、化學(xué)純度高等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著工藝復(fù)雜、制作成本高，需要精準(zhǔn)控制體系的反應(yīng)物濃度和pH值等缺點(diǎn)。
醇鋁法：屬于醇鹽水解法的技術(shù)迭代，是將金屬鋁片加入異丙醇溶液中進(jìn)行反應(yīng)，生成異丙醇鋁，然后將異丙醇鋁水解，生成水合氧化鋁，經(jīng)過熟化、過濾、干燥、脫水活化等步驟，最終制得有較高燒結(jié)活性的氧化鋁粉體。醇鋁法是溶液體系下的均相反應(yīng)過程，條件溫和，更有助于晶粒生長，因此產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，且產(chǎn)品純度較高。目前，采用醇鋁法制備高純氧化鋁通常需要減壓蒸餾提純中間產(chǎn)物鋁醇鹽，該工序需要精確控制溫度、真空度，對設(shè)備要求高，工藝能耗較高，且在減壓蒸餾過程中由于鋁醇鹽熔點(diǎn)較高，遇冷固結(jié)容易堵塞管道，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，而僅采用過濾的方法產(chǎn)品純度不能達(dá)到5N。
（3）固相法
固相法是將兩種或者兩種以上的粉體混合，在一定的溫度和氣氛下，直接反應(yīng)生成納米氧化鋁的方法。固相法優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)量大、周期短，可在一些對粉體的粒徑和純度要求較低的領(lǐng)域使用，不用經(jīng)過干燥工藝，因此不存在顆粒間羥基凝聚脫水導(dǎo)致的粉體團(tuán)聚；缺點(diǎn)是一般在高溫下進(jìn)行，能耗大、效率低、易混入其他雜質(zhì)、獲得的粒徑分布范圍廣、粒子易氧化變形。利用此方法很難得到顆粒細(xì)小、純度高的α-Al2O3粉體。
固相法可分為機(jī)械粉碎法、爆轟法等，其中鋁粉燃燒法是最經(jīng)典的方法，制備的粉體粒徑小于20nm，但設(shè)備復(fù)雜，具有危險(xiǎn)性，粉末收集有一定難度，應(yīng)用前景不大。
機(jī)械粉碎法：用各種超細(xì)粉碎機(jī)（高能球磨機(jī)、行星球磨機(jī)、塔式粉碎機(jī)和氣流磨等）將原料直接粉碎研磨成超細(xì)粉體，其中應(yīng)用較多的是高能球磨機(jī)，它通過將氧化鋁粉體在水或者醇類介質(zhì)中進(jìn)行機(jī)械粉碎進(jìn)而制得高純超細(xì)氧化鋁粉體。通過球磨機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，為原料提供能量，使得原料受到硬球的強(qiáng)烈撞擊，粉碎成細(xì)小顆?；蛘弑换罨l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而制備出超細(xì)的粉體。這種方法原理簡單，操作簡便，但是在球磨過程中容易引入球磨雜質(zhì)，對粉體的純度產(chǎn)生影響，而且通過機(jī)械粉碎法制備的氧化鋁粉體在粒度分布和形貌上還存在很多不足之處。
爆轟法：在恒容容器內(nèi)部進(jìn)行燃燒反應(yīng)且生成大量氣體，因此瞬發(fā)反應(yīng)往往在高壓狀態(tài)下進(jìn)行，遏制了反應(yīng)物的飽和蒸氣壓，使常壓下的相變反應(yīng)溫度上升，有利于單相亞穩(wěn)態(tài)氧化鋁粉體的穩(wěn)定形成。爆轟法對生產(chǎn)設(shè)備要求較高，生產(chǎn)工藝難控制，產(chǎn)量低，生產(chǎn)成本較高。
2、超細(xì)氧化鋁粉體高端應(yīng)用領(lǐng)域
（1）陶瓷材料和復(fù)合材料
在常規(guī)陶瓷添加超細(xì)氧化鋁粉體可改善陶瓷的韌性，降低燒結(jié)溫度，由于超細(xì)氧化鋁粉體的超塑性，解決了低溫塑料對其應(yīng)用范圍限制的不足，因此在低溫塑性陶瓷中得到了廣泛的應(yīng)用。
利用超細(xì)氧化鋁粉體還可以合成新型的具有特殊功能的復(fù)合陶瓷材料及鋁合金超細(xì)復(fù)合材料。其中以SiC-Al2O3超細(xì)復(fù)合材料最為顯著，其抗彎強(qiáng)度從單相碳化硅陶瓷300-400MPa提高到1GPa，材料的斷裂韌性提高幅度也在40%以上。
超細(xì)氧化鋁還可作為彌散強(qiáng)化和添加劑，如鑄鐵研具鑄造時(shí)以超細(xì)氧化鋁粉體作為變質(zhì)形核，耐磨性可提高數(shù)倍以上。
（2）表面防護(hù)層材料
由超細(xì)氧化鋁粒子組成的新型極薄的透明材料，噴涂在金屬、陶瓷、塑料及硬質(zhì)合金的表面上，可提高表面的硬度、耐腐蝕性和耐磨性，并且具有防污、防塵、防水等功能，可以解決現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中易磨損部件、易腐蝕管道而間接影響設(shè)備使用壽命和加工產(chǎn)品精度等問題。因此可應(yīng)用于機(jī)械、刀具、化工管道等的表面防護(hù)。
其中超細(xì)氧化鋁陶瓷涂層刀具結(jié)合了陶瓷材料和硬質(zhì)合金材料的優(yōu)點(diǎn)，在擁有與硬質(zhì)合金材料相近的強(qiáng)韌性能的同時(shí)、耐磨性大大提高，能達(dá)到未涂層刀具的幾倍到幾十倍，并且使加工效率顯著提高。
（3）催化劑及其載體
超細(xì)氧化鋁孔徑分布良好，孔容高、表面積高達(dá)60-400m2/g，表面原子配位不全等導(dǎo)致表面有很多失配鍵、欠氧鍵，且隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凸凹不平的原子臺(tái)階，增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面，是理想的催化劑或催化劑載體，超細(xì)氧化鋁粒子負(fù)載Co-Mo催化劑的HDS活性高于普通氧化鋁負(fù)載的Co-Mo催化劑的HDS活性。
催化劑及載體中應(yīng)用的主要是γ-Al2O3，廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化、催化燃燒、加氫脫硫、石油煉制、高分子合成等。
（4）生物及醫(yī)學(xué)材料
超細(xì)氧化鋁生物陶瓷在生理環(huán)境中基本上不發(fā)生腐蝕，具有良好的結(jié)構(gòu)相容性，新生組織長入多孔陶瓷表面上交連貫通的孔隙，與機(jī)體組織之間的結(jié)合強(qiáng)度較高，并且有強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)小、磨損率低等特性。因此在臨床上應(yīng)用比較廣泛，已用于制作承力的人工骨、關(guān)節(jié)修復(fù)體、牙根種植體、折骨夾板與內(nèi)固定器件等，還成功地進(jìn)行了牙槽脊擴(kuò)建、頜面骨缺損重建、五官矯形與修復(fù)等。
目前，正在重點(diǎn)研究用于人造氣管等軟組織材料，以及模擬生物肌體功能、人工智能方面的生物陶瓷材料。
（5）半導(dǎo)體材料
超細(xì)氧化鋁粉體具有非常大的表面積及界面，對外界環(huán)境濕氣十分敏感，環(huán)境溫度的變化迅速引起表面或界面離子價(jià)態(tài)和電子輸送的變化。在濕度30-80%范圍內(nèi)，超細(xì)氧化鋁交流阻抗呈線性變化，響應(yīng)速度快、可靠性高、靈敏度高、抗老化壽命長、抗其它氣體的侵蝕和污染、在塵埃煙霧環(huán)境中能保持檢測精度，是理想的濕敏傳感器和濕電溫度計(jì)材料。
另外，超細(xì)氧化鋁是常用的基片材料，具有良好的電絕緣性、化學(xué)耐久性、耐熱性、抗輻射能力強(qiáng)、介電常數(shù)高、表面平整均勻、成本低等優(yōu)勢，可用于半導(dǎo)體器件和大規(guī)模集成電路的襯底材料，廣泛應(yīng)用微電子、電子和信息產(chǎn)業(yè)。
（6）光學(xué)材料
納米級(jí)的氧化鋁可以吸收紫外光，并且在某些波長光的激發(fā)下可以產(chǎn)生出與粒子尺寸相關(guān)波長的光波。可用作緊湊型熒光燈中熒光粉層的保護(hù)涂膜，還可和稀土熒光粉復(fù)合制成熒光燈管的發(fā)光材料，提高燈管壽命。
超細(xì)氧化鋁同時(shí)也是優(yōu)良的抗紫外線吸收劑，在緊湊型熒光燈中加入超細(xì)γ-Al2O3粉體可降低燈管光衰，提高燈管合格率。
氧化鋁顆粒表面包敷一層對身體無害的高聚物也可加入防曬油和化妝品中。
資料來源：《姚忠櫻,常逸文,羅桂敏,等.高純超細(xì)氧化鋁粉體制備技術(shù)研究進(jìn)展[J].陶瓷學(xué)報(bào),2025,46(02):259-267》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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