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纳米球形氧化铝常见晶形及其应用

日期:2017-7-6
来源:粉体圈

   纳米球形氧化铝由十表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应的具有良好的热学、光学、电学、磁学以及化学方面的性质。氧化铝有很多晶型,目前发现的在十二种以上,其中常见的有α、γ、η、θ、β、δ等,除β一A1203是含钠离子的Na20.11A1203以外,其他几种都是A1203的变体。其中主要的、也是在实际工业中得到重要应用的是α-A12O3、 β-A12O3和γ- A12O3三种晶型,最稳定的是α-A12O3,其他均为不稳定的过渡晶型,在高温下可以转变为α相。

  几种常见的球形氧化铝的晶型及应用

  1、γ-Al2O3

  γ-Al2O3是最常见的过渡型氧化铝,属于尖晶石结构,在自然界中并不存在。 γ-Al2O3制备工艺简单,一般在低温下(500~700°C范围内)可以形成。γ相粒子的粒径很小,多数在5~10nm,拥有巨大的比表面积,可以达到1000m2/g以上。γ相粒子最主要的用途就是作为催化剂的载体,用于石油化工和环境保护等领域。但是当含水量过高或者温度过高时,γ相粒子就会长大、烧结,也可能向稳定的α相转变,从而失去其巨大的比表面积,导致催化剂的实效。因此,增加γ相在高温条件下的稳定性很关键。目前多采用在γ相中添加稀土元素等少量物质来改善其表面能,从而有效地抑制了γ-Al2O3相变和烧结的发生,提高了比表面的稳定性。

  2、β-Al2O3

  β-Al2O3 是一种含量很高的多铝酸盐矿物,它不是一种纯的球形氧化铝,化学组成可以近似的用RO . 6Al2O3 和R2O.11 Al2O3 来表示(RO是碱土金属氧化物,R2O是碱金属氧化物),是由碱金属或者碱土金属离子[Na0]-层[Al11O12]+类型的尖晶石单元交叠堆积而成,氧离子排列成立方堆积,钠离子则完全包含在垂直于C轴松散堆积的[Na0]-层平面内,并且可以很快扩散。在适当的条件下,它具有很高的离子电导,当在300℃时,钠离子的扩散系数可以达到1 *10-125px2/s,而电导率达到3*10-3S/m。利用上述电导性质,可以用来制作钠硫电池和钠澳电池的隔膜材料,广泛地应用于电子手表、电子照相机、听诊器和心脏起博器中。

  3、α-Al2O3

  α-Al2O3俗称刚玉((Corundum),是所有Al2O3晶型中使用最多的一种,由于它具有较高的熔点(可达2050°C )、以及优良的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性,所以被广泛的应用在结构与功能陶瓷中,用在集成电路的基板、高硬材料、耐磨材料、耐火材料等领域。

  氧化铝陶瓷由于其优越的高温强度、稳定的化学性能、良好的耐磨性,可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境,已经成为先进结构的首选材料之一。

  纳米氧化铝可以进一步的提高陶瓷的性能,它在下文所述领域中均有广泛的应用:

  1、陶瓷添加剂: 加入一定的纳米级球形氧化铝粉末,可以有效的解决陶瓷由于低温脆性而应用范围窄的缺点,由此可以制成低温塑性球形氧化铝陶瓷;在常规陶瓷中添加5.0%的纳米级氧化铝粉体可以有效的增加陶瓷的韧性,并且降低陶瓷的烧结温度。

  2、复合材料: 纳米级氧化铝粉体不仅可以用于合成新型的具有特殊性能的复合陶瓷材料以及铝合金纳米球形氧化铝复合材料一,还可以用来制造人工牙齿和骨骼。

  3、弥散强化材料: 氧化铝常常被用作结构材料的弥散相,来增强基体材料的强度。材料的屈服应力与弥散粒子的间距成反比,即粒子间距越小,屈服强度越大。当弥散相的含量一定时,粒子越小,粒子间距也就越小,对材料屈服强度的提高也就越有利。把超细氧化铝分散在金属中,可以提高金属的强度;铸造时将纳米球形氧化铝粉体作为变质形核(粉体本身无强化相),耐磨性则可以提高数倍。

  4、表面防护涂层: 纳米氧化铝粒子可以制成一种透明涂料,将其喷涂在玻璃、塑料、金属、漆器甚至是磨光的大理石上,可以极大的提高表面的硬度、耐腐蚀性、耐磨性和防火性。因此可用于机械、刀具以及化工管道等表面防护。

  5、光学材料: 纳米级氧化铝粉末对250nm以下的紫外光有很强的吸收能力,如果把几个纳米的氧化铝粉掺杂到稀土荧光粉中,可以利用纳米紫外吸收的蓝移现象来吸收掉有害的紫外光,而且还不会降低荧光粉的发光效率。纳米氧化铝可烧结成透明陶瓷作为高压钠灯管的材可以和稀土荧光粉复合作为口光灯管的发光材料,不仅降低成本而且延长寿是未来制造口光灯管的主要荧光材料。

  6、半导体材料: 纳米级球形氧化铝对湿度极为敏感,在湿度传感器上有着极高的应用价值,此外还可以广泛应用于大规模集成电路的衬底材料。

  7、催化剂及其载体: 纳米氧化铝粉体的比表面积大,颗粒表面有着极其丰富的失配键和欠氧键,在压成薄片时会含丰富的孔洞,孔洞率达30-40%,可制成多孔薄膜过滤器,以此制成的催化剂及催化剂载体的性能比目前使用的同类产品的性能要优越数倍以上。

  纳米球形氧化铝被广泛用于传统产业(轻工、化工、建材等)以及新材料、微电子、宇航工业等高科技领域,其应用前景十分广阔。 国内外市场对超细球形氧化铝的需求量年增长率不断增高。因此,进一步探索制备超细球形氧化铝粉体的新方法,有非常重要的意义。

关键字:纳米,氧化铝
[责任编辑:seven]
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