氧化铝粉体制备

氧化铝粉体的合成与表征

1.国内外研究现状及其基本情况

氧化铝是一种具有多种形态的金属氧化物，主要晶型包括最常见的有a和y 型，晶型的转变主要取决于温度。氢氧化铝或水合氧化铝加热到800摄氏度左右转化为y型氧化铝，1200摄氏度时转化为a型氧化铝。因氧化铝特殊的结构和性质特点，使其在电子、化工、航空航天等领域得到广泛的应用。随着高科技的发展，社会对新材料越来越重视，国内外工作者对新材料的开发与应用给予了极大的关注，各种具有特殊功能的材料也得到人们的重视。其中，各种物质的超细化被人们认为是材料开发研究的基础。所谓超细粉体通常是指尺度介于分子，原子和宏观物体之间，粒度在(1-100)nm范围内的微粒]。

高纯超细氧化铝粉体是纯度在99.99%以上的超微细粉体材料，是二十一世纪新材料中产量最大、产值最高、用途最广的尖端材料之一，高纯氧化铝粉体因其纯度高，粒径小，显示出了常规材料所不具有的光、电、磁、热和机械特性，因而它作为一种新型功能材料广泛应用于光学、化工及特种陶瓷等多个领域[6]。

国外关于氧化铝的研究工作开展得比较早，技术也较先进。以下是一些具有代表性的研究成果:在气相法中，美国的Chen Y J用气相法制备出粒径为30——

50nm的无团聚氧化铝纳米粒子；用气相热解法以三甲基铝Al(CH

3)

3

和N

2

0为原料，

加入C

2H

4

作为反应敏化剂，采用C0

2

激光(C

2

H

4

在C0

2

激光发射波长处有共振吸收)加

热进行反应，然后1200——1400℃下进行热处理成功地合成了粒径为15——20nm

的A1

20

3

粒子；日本专利用蒸发冷凝法，以氧化铝陶瓷(纯度为99.99%)作为蒸发源，

放在一个压力为0。01 Pa的真空器中，通入0

2， CO或C0

2

，使压力保持在15Pa左

右，用C0

2

激光照射氧化铝陶瓷使之蒸发，蒸发出的氧化铝在气体中迅速冷却得到超细高纯氧化铝。在液相法中，Felde B用溶胶——凝胶法，以异丁醇铝为前驱体，加入乙酰丙酮和硝酸铵，经水解、沉化形成凝胶，再经干燥、锻烧得到粒

径为50nm的α-A1

20

3

粒子；法国的Eponthieu利用硝酸铝、二甲苯、tween80组成

微乳液体系，制得了40——50nm的氧化铝粒子。

我国氧化铝的研究是从90年代开始的，当时主要集中在中科院和高等院校，在1990——2000年10年中，中国打破西方国家对中国的封锁。己建立了多种物理、化学方法制备纳米材料。关于纳米氧化铝的研究也有一定的进展。王宏志等用络

合物——凝胶法在Al (NO

3)

3

溶液中加入丙烯酰胺单体N， N，一亚甲基丙烯酰胺

网络剂，在80℃聚合获得凝胶，经过干燥、锻烧得10nm的a-A1

20

3

粉体。周曦亚采

用均匀沉淀法，以硝酸铝和脲为原料制的氢氧化铝凝胶，在用低表面张力的乙醇

为脱水剂得到40nm以下的γ- A1

20

3

粒子；周恩绚等采用相转移分离法，在高速搅

拌下，将硫酸铝铵溶液迅速加入到碳酸氢铵溶液中生成溶胶，再加表面活性剂

Span和有机溶剂二甲苯，可知的粒径为20——30nm的a-A1

20

3

粒子。冯丽娟等以溶

液蒸发法(超临界法)研究了无机盐——有机溶剂(水和硝酸铝——乙醇)体系中超细氧化铝的制备，所得产品为短纤维状微晶，其长轴为90nm，短轴为5nm。

目前，氧化铝的制备主要停留在探索试验阶段，也进行了一些探索性的工业化水平的生产，但大多数制备方法得到的纳米氧化铝粒径分布较宽，并且制备过程重复性差。还有很多基础性的工作需要投入大量的人力、物力来完成。

2.氧化铝粉体的结构性质及应用

氧化铝粉末是一种尺寸范围在1～100nm的超细微粒。由于粉末粒径尺寸的减少，所以表现出量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等许多奇特效应，使其呈现出一系列新的物理化学性质，诸如：优良的机械力学性能、特殊的磁性能、高的导电率和扩散率、大的比表面积和很高的反应活性、吸收电磁波等性能。

氧化铝形态复杂，是氢氧化铝脱水的产物，具有ρ,χ,κ,η,γ,δ,θ,α八种晶型，不同晶型的氧化铝在各个工业部门中有着广泛的应用。ρ,χ型氧化

铝用作气体、液体和固体的干燥剂。γ-Al

2O

3

属于立方面心紧密堆积构型，四角

晶系，与尖晶石(MgAl

2O

4

)结构十分相似。Al3+分布在尖晶石中的8个四面体空隙

和16个八面体空隙，相当于用2个Al3+取代了MgAl

2O

4

尖晶石中的3个Mg2+的位

置，所以也称为缺尖晶石结构。γ-Al

2O

3

是在400～800℃温度内由水合氧化铝脱

水形成的，这种Al

2O

3

不溶于水，但能溶于酸或碱，加热至1273K，经一定保温

时间，即转变为α-Al2O3，所以在高温下不稳定。γ-Al2O3是无序的，这种无序性主要由铝原子的无序性决定，正因为铝原子的无序性，控制其制备条件，可制

得γ-Al

2O

3 [3]。

η,γ型氧化铝用作加氢、脱氢、脱硫、裂化等石油化工中的催化剂及载体,橡胶、塑料和造纸中的填料；α型氧化铝又称钢玉，白色晶体，菱形六面体型，可用作催化剂载体，乙烯直接氧化制环氧乙烷时要用载有银的α型氧化铝作催化剂另外，α型氧化铝是高温氧化铝，具有很高的硬度和强度，广泛用于陶瓷、玻璃、耐火材料和磨料等。

超细Al2O3粉体因其表面积大、孔容大、孔分布集中和高反应活性中心多，可以解决催化剂的高选择性和高反应活性。因此被广泛地应用于汽车尾气净化、催化燃烧、石油炼制、加氢脱硫和高分子合成方面的催化剂。

超细Al2O3粉体具有巨大的表面和界面，对外界环境湿气十分敏感，环境温度的变化迅速引起表面或界面离子价态和电子输送的变化。在湿度为30%——80%范围内，交流阻抗呈线性变化，响应速度快，可靠性高，灵敏度高，抗老化寿命长，抗其它气体的侵袭和污染，在尘埃烟雾环境中能保持检测精度，是理想的湿敏传感器和湿电温度计材料。另外超细Al2O3是常用的基片材料，具有良好的电绝缘性、化学耐久性、耐热性，抗辐射能力强，介电常数高，表面平整均匀，成本低，可用于半导体器件和大规模集成电路的衬底材料，从而广泛应用于微电子、电子和信息产业。

高纯超细氧化铝其具有真比重大、莫氏硬度高、耐腐蚀、易烧结等优点，由于具有精细的结构、均匀的组织、特定的晶界结构、高温稳定性和良好的加工性能、绝缘耐热几可与多种材料复合等特性，主要用于电子工业、生化陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷等方面，是电子、机械、航空、化工等高科技领域中的基础材料之一。

3.有关制备方法及其原理

3.1.1固相法