中國粉體網(wǎng)訊 超細粉體的粒徑和形貌對它們的物理和化學(xué)性能有很大的影響，其形貌基本上決定了粉體的整體和表面特性。此外，粉體的結(jié)構(gòu)形貌特征包括粉體的形狀、化學(xué)組成、物料組成、內(nèi)外表面積、體積和表面缺陷等，它們一起決定超細粉體的綜合性能。
超細氧化鋁粉體的結(jié)構(gòu)形貌要求因用途而異，例如粒度細小、且形貌為球形的超細氧化鋁粉體適合制備陶瓷材料；而片狀超細氧化鋁粉體是鋁酸鹽熒光粉的理想原料。因此在制備過程中，根據(jù)其應(yīng)用需要進行粉體的結(jié)構(gòu)形貌控制就具有十分重要的影響。
一、氧化鋁粉體各種形貌結(jié)構(gòu)及特點
目前，人們根據(jù)氧化鋁粉體的形貌特點主要合成出了球形、中空球形、花狀、立方形、板狀、菱形、針狀或纖維狀等幾種氧化鋁粉體形貌。它們有以下幾個特點：
1、球形Al2O3粉體可以作為多孔Al2O3的支撐體，由于形成的孔較規(guī)則，因此易于使支撐體整體均勻化。分散的α-Al2O3球形微粒具有良好的壓制成型和燒結(jié)特性，有利于制得高質(zhì)量的陶瓷制品。
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2、中空球形粉體的顆粒上有無數(shù)的小孔，具有較大的比表面積，而催化劑載體的一個很重要的要求就是要有大的比表面積，因此這種產(chǎn)品可以作為一種優(yōu)良的催化劑載體。
噴霧干燥法作為制備中空球形氧化鋁粉體的有效方法之一，近年來得到了越來越多的重視。在噴霧干燥的干燥塔中，一粒漿滴被噴槍噴出去，在一定高度落下來，這個過程中它被干燥了。由于高溫，漿料表面迅速干燥，表面的粘合劑和微粉顆粒合在一起形成一硬殼，封閉了球體表面，而內(nèi)部水分繼續(xù)迅速氣化，形成球內(nèi)氣壓。當氣壓達到一定時，氣體從薄弱處沖破球體爆出，使球體出現(xiàn)了一個空洞。由于表面硬殼的強度和球內(nèi)氣壓大小不同，其爆出力也不同，所以輕微的形成了蘋果狀，嚴重的形成了空洞狀和算珠狀。
3、花狀和立方形氧化鋁粉體可以用作催化劑載體，并且在生物材料、復(fù)合材料或用作結(jié)構(gòu)增強材料等方面具有重要的應(yīng)用價值，所以無論是對其合成方法還是形貌生成機理的研究都值得進一步的探索。
4、板狀的氧化鋁粉體擁有二維平面結(jié)構(gòu)，因此具有良好的附著力、顯著的屏蔽效應(yīng)以及反射光線的能力，同時具有耐酸堿性、耐高溫、硬度高、熔點高、導(dǎo)熱性高和電阻率高等諸多優(yōu)良的性能。粒徑較小、分散性良好的板狀氧化鋁粉體可以廣泛應(yīng)用于顏料、涂料、汽車面漆、熒光粉原料、化妝品、油墨及磨料等諸多領(lǐng)域。
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研究發(fā)現(xiàn)，板狀氧化鋁用作聚合物的填料時，可以增強其熱導(dǎo)率。在聚合物中添加一定量的板狀氧化鋁，可以形成氧化鋁網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能傳過大部分熱量。板狀氧化鋁的直徑越大，形成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點越少，導(dǎo)熱效果越好。
另外，將氧化鋁板晶作為第二相增韌劑加入到氧化鋁陶瓷中，可以起到有效增加裂紋反射和橋聯(lián)的作用，對提高陶瓷的斷裂韌性有明顯的效果，克服了一般氧化鋁陶瓷機械性能較低而制約其更加廣泛應(yīng)用的不足�？傊�，板狀氧化鋁粉體有著廣闊的應(yīng)用前景。
5、菱形氧化鋁產(chǎn)品可用作不銹鋼拋光用氧化鋁，其磨削率和出光率均好于原晶呈其它形狀的產(chǎn)品，磨粒具有自銳性，因此可作為不銹鋼拋光用氧化鋁。
6、氧化鋁纖維作為高性能無機纖維，具有良好的耐高溫、耐磨和抗氧化性能，同時還具有熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)小、抗震性能好、高模量、高塑性、高韌性、高強度、高絕緣性和高介電常數(shù)等突出優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于絕緣材料、纖維防護、增強材料等。
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二、氧化鋁粉體的微觀形貌控制
對于超細粉體的制備，粉體的高性能是生產(chǎn)的經(jīng)濟效益所在。粒子的顯微結(jié)構(gòu)特性直接決定了其最終產(chǎn)品的應(yīng)用性能，粒子的微觀形貌控制顯得尤為重要。實現(xiàn)對粉體形貌的控制是一項復(fù)雜的工藝，涉及到固體化學(xué)、界面反應(yīng)及動力學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W科。
從本質(zhì)上講，控制納米粒子的形貌就是控制晶體生長的動力學(xué)。因為晶體的形態(tài)取決于不同晶相面的生長速率，而晶體某一表面的生長程度一方面受晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷控制，另一方面也受周圍環(huán)境條件的控制。因此可以從兩個角度出發(fā)對納米粉體進行形貌控制。
如果在晶體的形成過程中，添加一些能選擇性作用于微晶表面的表面改性劑，就可以調(diào)節(jié)晶體不同晶軸上的生長速率，從而達到控制納米粒子形貌的目的。同時，還可以通過改變結(jié)晶過程中周圍環(huán)境條件的諸多因素，如溶液的pH值、溫度、離子強度、溶劑或有機添加劑、反應(yīng)物配比等，以達到控制納米粒子形貌的目的。
1、添加劑對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響
Al2O3的微觀結(jié)構(gòu)特別是晶粒的形貌對Al2O3陶瓷的性能有很大的影響。所以尋求新的添加劑來改善Al2O3晶粒的形貌一直是人們研究的目標之一。合適的添加劑不僅影響著顆粒的形貌和大小，同時還能夠促進氧化鋁的α相轉(zhuǎn)化，但不同添加劑的作用明顯不同。添加劑產(chǎn)生的影響主要歸結(jié)為生長晶面對添加劑的吸附作用，從而導(dǎo)致了晶體生長速率的變化，而最終反映到晶體形態(tài)上；其次是添加劑在溶液中活躍的程度。目前，添加劑對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響作用機理研究還一直停留在初級階段，缺乏較為深入的研究。
2、水解和凝膠工藝對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響
在液態(tài)沉淀過程中影響粒子形貌的因素包括過飽和度、流體動力、反應(yīng)時間等。在溶液中，晶體生長率最小的慣習(xí)面決定了晶體生長的形貌。溶劑與沉淀物的相互作用決定了最低能量面，并且晶粒生長的動力條件對影響晶體形貌的慣習(xí)面生長產(chǎn)生作用。
在水解過程和凝膠過程中溫度的控制將會影響粉體的形貌。當反應(yīng)溫度較高時，成核速度和生長速度都相應(yīng)增快。晶體經(jīng)常發(fā)育成細長的柱狀、針狀和鱗片狀的集合體，有時甚至生長成具有特殊形狀的骸晶，這是由于晶體在極不平衡的狀態(tài)下生長，晶體的界面上具有較大的表面能，自身亦不穩(wěn)定，結(jié)果沿著某些晶棱或頂角方向生長而成骸晶。如果晶體在近于平衡狀態(tài)下生長，生長速度比較緩慢，一般情況下都可以使晶體獲得比較完整的結(jié)晶多面體。
Al2O3的各向異性表現(xiàn)在C軸上的生長速率變化遠大于其余兩個坐標軸。也就是說當溫度較高、整體生長速率較大時，C軸上的生長速率較整體生長速率更大，這時容易形成棒狀、針狀的粒子；當進行冰水浴，整體生長速率較小時，C軸上的生長速率與整體生長速率相差不大，這時容易形成球形的顆粒。
在Al2O3納米晶粒的生長過程中，當對得到的膠體進行長時間較高溫度的凝膠時，較高的溫度有助于Al2O3納米顆粒的微觀熱運動，加之尺寸極小的Al2O3納米粒子的表面能非常高，通過較長的反應(yīng)時間有利于其納米微晶的重新取向、排列。結(jié)果便是很多球形的Al2O3納米粒子相互靠近，在某個統(tǒng)一的晶面上結(jié)合、排列，最終形成較大的片狀結(jié)構(gòu)。
3、干燥方法對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響
根據(jù)科研人員的研究表明，使用相同的原料、表面活性劑和制備方法，而干燥方法不同時，所得到的氧化鋁粉體的形貌大不一樣。采用室溫自然干燥時，溶劑從表面慢慢的蒸發(fā)，使各顆粒有充分的時間相互接觸，通過表面活性劑的作用使各粒子交聯(lián)起來，由于是靜止的干燥，就形成了片狀的結(jié)晶或堆積體。
采用自制的簡易噴霧裝置干燥時，將溶膠的稀釋液噴成細小的小液滴，小液滴在下落的過程中干燥，表面進行收縮，但是在此過程中并沒有將樣品完全干燥，在樣品到達接料皿后，繼續(xù)蒸發(fā)表面的溶劑，由于存在表面活性劑，在溶劑蒸發(fā)時，表面活性劑將氫氧化鋁交鏈在一起，形成長鏈，表面溶劑蒸發(fā)完全后，借助表面活性劑的作用就形成了長條形的氫氧化鋁。但是也會有部分不能交鏈，就形成了類液滴形狀的圓球形。
4、煅燒工藝對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響
（1）溫度的影響
在不同的溫度下煅燒，可以得到不同形貌的粉體。研究人員在制備納米纖維狀A(yù)l2O3粉體時，經(jīng)500℃煅燒后的粉體的微觀結(jié)構(gòu)為微張的纖維網(wǎng)狀；當煅燒溫度升至1200℃時，試樣不再呈現(xiàn)纖維狀，而轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐巍＿@是由于纖維狀物體的表面能較高，隨著溫度的升高，它將向能夠降低表面能的球體過渡。
（2）操作制度的影響
操作制度也影響著Al2O3粉體的形貌和粒度。根據(jù)相關(guān)文獻報道：煅燒工藝中加入晶種或氧化鋁膠體是降低氧化鋁α相變溫度的最常用、有效的方法。所選用的晶種除α-Al2O3外，還可以是α-Fe2O3、α-Cr2O3及MgO等，它們具有與α-Al2O3相同或相似的晶體結(jié)構(gòu)，否則對α相變沒有影響或影響甚微。
三、展望
由于粉體尺寸和形貌等因素對材料特性及其應(yīng)用具有重要影響，因此對無機材料的結(jié)構(gòu)控制研究已引起人們的極大興趣。目前，納米氧化鋁制備過程中仍存在著晶型、大小和形貌難以控制等問題，制約著納米氧化鋁的應(yīng)用及發(fā)展。實現(xiàn)對材料微觀結(jié)構(gòu)控制不僅要求充分發(fā)揮材料的本征性質(zhì)，還需要通過對無機材料的尺寸和形貌控制來對其性質(zhì)進行調(diào)整。納米氧化鋁的制備技術(shù)及粉體的微觀結(jié)構(gòu)控制在眾多科研工作者的努力下預(yù)計不久將會產(chǎn)生新的突破，從而使其在工業(yè)生產(chǎn)及許多高科技尖端行業(yè)中開辟出更加廣闊的應(yīng)用前景。
參考來源：
種麗娟.精細結(jié)構(gòu)氫氧化鋁、氧化鋁粉體制備及性能表征
康健.添加劑對氧化鋁粉體微觀結(jié)構(gòu)影響研究
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