片状氧化铝制备工艺研究现状

片状氧化铝制备工艺研究现状

刘青

中铝山东有限公司 山东淄博 255051

摘要：片状氧化铝因其独特的二维片状结构和较大的径厚比而成为无机非金属材料领域的研究热点之一。本文对常见的片状氧化铝制备工艺进行了综述，并对其制备方法的优缺点进行了评价。

关键词：片状氧化铝；制备工艺；α-Al2O3

片状氧化铝是一类具有良好二维平面结构的氧化铝粉体材料，其明显的特征在于其粉体颗粒形状可以是六边形、圆形或者无规则形，并且同时具有较小的厚度和较大径厚比。片状氧化铝不仅具有氧化铝高熔点、耐腐蚀、高硬度等优良性质外，还因为其特有的二维结构，使片状氧化铝粉体具有优异的表面附着特性、良好的光线反射能力以及其它特殊的力学结构特性，广泛应用在研料磨料、珠光颜料、陶瓷增初等方面。

制备片状氧化铝的主要思路是利用不同的铝源反应生成氢氧化铝作为前驱物，常见的铝源原料有硫酸铝、氯化铝、硝酸铝等，经过加热煅烧前驱物后获得最终片状产物。这是一类化学方法，由于能够较好地控制片状产物单晶的生长，是研宄制备片状氧化铝粉体的最主要方法。

1.水热法

水热法指的是在密闭的特定反应容器条件下，通过加热营造一个高温高压的反应条件，以蒸汽流体或者溶液作为介质，使难溶或者不溶的物质溶解后结晶、生长，然后进行后续分离或者热处理获得最终产物的方法。Adair等[1]在1，4-丁二醇溶液中通过控制反应时间、搅拌速率、适量的甲醇添加剂和固载量(反应粉体的质量)，在300℃下直接沉淀，也得到了规则的六角及其他多面体型的氧化铝粉体。为了降低水热反应温度，王国步等[2]以KBr和1，4-丁二醇作为反应介质，使用Al(NO3)3溶液中加适量氨水制得的氢氧化铝胶体做前驱物，通过醇热反应，在300℃下经24h制备出了六角板状的α-Al2O3粉体。

尽管用水热法制备出来的片状氧化铝粉体纯度高，分散性好且具有较薄的平板状结构和均匀优良的晶体形貌，但是水热合成不仅周期长，而且在反应过程需要高温高压的反应釜，对设备有较强依赖，且晶体的相变温度较高(＞400℃)。

2.熔盐法

熔盐法的基本原理是将反应物在一定的温度下溶于一种或多种低熔点的盐中，在较低的温度下合成出目标产物。熔盐法的混合一般是用溶胶凝胶和球磨混合使原料与熔盐充分混合，再用熔盐法来制备片状氧化铝。在熔盐法合成过程中，球磨和随后干燥的后进入孔洞的熔盐增加了铝源和熔盐的接触面积，这有利于片状α-Al2O3单晶颗粒的形成和生长。为了使熔盐法合成片状氧化铝的工艺能耗更低，污染更小，周健[3]等人通过控制熔盐与原料的比例，焙烧温度和时间以及是否引入晶种，应引入多少量的晶种来细化研究。他们发现，当NaCl-KCl熔盐与Al2(SO4)3的摩尔比为3∶1时，在1000℃下焙烧3h，得到的α-Al2O3粉末团聚现象少，晶体化程度高，粒径分布较为匀称。同样，在相同的熔盐比例下，当加入5%α-Al2O3晶种，在900℃保温3h就可以达到相同的结果。

该法相对于常规固相法而言，具有工艺简单、合成温度低、保温时间短、合成的粉体化学成分均匀、晶体形貌好、物相纯度高等优点，但熔盐法制备过程中，常会分解出有毒有害气体，对煅烧设备有很大损害。煅烧后，熔盐、粉体和坩埚形成复杂固体混合物，后续处理较为困难。

3.高温固相法

固相法指的是在氧化铝的前驱体中，加入少量诸如氧化钛、氧化锆、氟化铝等烧结助剂，然后置于较高温度下发生固相反应煅烧制备片状氧化铝的一种方法。付高峰[4]等人往氧化铝的前驱体中加入了氟化铝，在高温下煅烧制备出了片状氧化铝。

在高温固相法中，通过添加添加剂煅烧时，形成固溶现象、液相或者气相，来控制氧化铝的各向异性生长。液相作用机理是，固溶作用出现液相，随温度的升高，氧化铝晶体逐渐融入液相，氧化铝生长基元在液相中迁移，氧化铝晶体不断长大，但这个过程需要较高的温度[5]。

4.涂膜法

涂膜法是利用前驱体配制成溶胶，将溶胶涂覆到具有光滑表面的基体材料上，经干燥、剥离，即得片状粉体材料。才田健二等[6]利用pH为3～5的氧化铝溶胶，采用提拉法制膜，干燥后将膜剥离，于350℃烧结6h，然后在1000℃烧结2h，得到了粒径30μm、厚为1.2μm的片状氧化铝粉体。

通过涂膜法得到的粉体若作为产品直接使用，具有一定的优越性。因为其杂质少，片的表面光滑，片的各种参数(如大小、厚度、化学组成等)在工艺上也易于控制，而且只需要简单的设备和步骤就可以做出来。但所得的粉体机械强度不高，粒度分布范围较宽，需要分级处理才能达到使用者的要求。

5. 结论

随着对片状氧化铝粉体制备与性能研究的日益广泛和深入，各种制备方法如熔盐法、液相间接制备法等都得到了长足的发展。并在此基础上又涌现出了一些新的方法，如熔盐和溶胶-凝胶相结合的方法。该法不仅弥补了熔盐法中掺杂不均的缺点，而且还很好地融合了两者的长处，提高了对片状氧化铝形貌控制的能力，使片状氧化铝的应用领域得到了不断的拓展

[7]。

参考文献：

[1] Bell A J , Perrotta. recent developments in morphological control of α-Al2O3 particles synthesized in 1,4-butanediol solution[J]. Journal of Dispersion Science and Technology, 2001, 22(2-3).

[2]王步国, 田明原. 水热条件下直接制备的α-Al2O3微晶的形态特征[J]. 科学通报, 1997, 042(024):2663-2667.

[3]周健, 焦宝祥, 陆春华. 熔盐法合成α-Al2O3粉体的研究[J]. 电子元件与材料, 2009(02):12-15.

[4]付高峰, 王晶, 康健. Influence of AlF3 and hydrothermal conditions on morphologies of α-Al2O3 [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008(03):255-260.

[5]张集发. 片状α-Al2O3粉体的合成与研究[D]. 华南理工大学.

[6]才田健二, 三枝邦夫.JP Pat, 昭 61-295208.1986-12-26

[7]张倩影, 朱丽慧, 刘伟,等. 片状氧化铝粉体的制备及应用[J]. 材料导报, 2007, 21(F05):4.