超细氧化铝粉体的制备工艺及其性能
超细α-Al2O3粉体的制备
船电技术|应用研究V ol.39 No.09 2019.0928超细α- Al2O3粉体的制备杨聪，谢佩韦（武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064）摘要：本文通过在化学沉淀法的过程中加入纳米α-Al2O3晶种来制备超细α-Al2O3粉体，并用X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（SEM）对制得的样品进行分析。
结果表明，纳米α-Al2O3晶种的加入，可以有效降低α-Al2O3晶相的转化温度，减少了α-Al2O3粉体在高温煅烧过程中的熔融团聚现象，最终制得超细α-Al2O3粉体。
关键词：α-Al2O3化学沉淀法纳米α-Al2O3晶种晶相转变中图分类号：TQ133 文献标识码：A 文章编号：1003-4862（2019）09-0028-03Effects of Dosage of Disperser on Synthesis of α-Al(OH)3Yang Cong, Xie Peiwei（Wuhan Research of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）Abstract: The ultrafine α-Al2O3powder is prepared by adding nano α-Al2O3crystals in the process of chemical sedimentation. X-ray diffraction(XRD) and field emission scanning electron microscope(SEM) are used to analyse th e samples. The results show that the transformation temperature of α-Al2O3crystalline phase is obviously decreased by adding nano α-Al2O3crystals, and the melting agglomeration of α-Al2O3 powder is reduced during high temperature calcination. Finally the ultrafine α-Al2O3 powder is prepared. Keywords: α-Al2O3; nano α-Al2O3 seed crystal; isolation phase transformation0 引言氧化铝材料的机械强度高，耐高温、耐腐蚀性能优异，绝缘性能好[1]，在陶瓷、耐火材料、绝缘材料、化学化工、机械等方面都有着很多的应用，因此氧化铝材料也是所有陶瓷材料中产量最大的一种[2]。
超声波沉淀法制备超细氧化铝粉末
实验数据处理及极差分析 牛牛文档分享结论 上述条件下，均能得到粒径小于20nm的氧化铝超细粉末。
由极差分析可知，上述各因素在所选变化范围内，对所得 氧化铝超细粉末粒径的影响不大。 当硝酸铝浓度较大时，超声波的介入能使颗粒粒径变小。 但总体来讲，超声波对氧化铝超细粉末的粒径影响不大， 但能够使颗粒粒径分布更窄。
样品制备过程
以硝酸铝和碳酸铵作为制备氧化铝超细粉末的原料。 将一定体积、一定浓度的硝酸铝溶液加入夹套反应器内， 开启恒温水浴装置，待体系温度恒定后，加入一定量的浓 度为10%（质量百分比）的PEG-200和PEG-2000,同时开 启超声波以及气泵，混合均匀后，根据终点PH值，将一 定量的沉淀剂碳酸铵溶液快速加入反应体系。反应30min 后，用酸度计测量反应体系的PH值。然后将混合液取出， 离心出去清夜，用超声波将沉淀分散于去离子水中，洗涤 2-3次，再用无水乙醇洗涤一次。最后将沉淀置于烘箱内， 控制温度为80℃左右，直至完全烘干。将烘干后的沉淀置 于马弗炉中，于1000 ℃下煅烧45min后，便得到氧化铝 超细粉末。
超细粉体 所谓超细粉体通常指尺度介于分子、原子与宏观物体之间，粒 度在1~100nm范围内的微粉。随着物质的超细化，其表面电子 结构和晶体结构发生了变化，产生了宏观物质所不具有的表面 效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，使超细粉 体具有一系列奇特的物理化学特性。【1】 催化性质： 超细化使比表面积增大，使表面活动中心增多，表面活性增强。 超细颗粒由晶粒或非晶态物质组成，由于其小尺寸和表面效应， 界面也是无规则分布，因而具有类气态的结构特征。 超细颗粒界面类气体性质，使得气体通过超细材料的扩散速率 比通过相应的块体材料高约3个数量级，因此超细颗粒催化剂 具赵海红，欧阳朝斌，刘有智. 超细氧化铝粉体的制备 工艺及其应用. 化工科技. 2003年01期 【2】.张继光. 催化剂制备过程技术. 中国石化出版社. 2010年 【3】.刘有智;李裕;欧阳朝斌. 超细氧化铝的制备及应用研 究进展. 华北工学院学报. 2002年05期 【4】.王雅娟. 超声波—沉淀法制备氧化铝超细粉末. 种功能材料之一的超细氧化铝粉体，占全部超 细粉体的三分之一左右，特别是α-Al2O3粉体由于具 有高强度、高硬度、抗磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧 化、绝缘性好、表面积大等优异特性，所以超细氧化 铝在催化、阻燃、隔音、绝缘、精细陶瓷等方面具有 特殊的用途。 超细氧化铝作为一种良好的催化剂载体，具有比表面 积大、强度高、制备工艺简单等优点。 牛牛文档分享 牛牛文档分享
超细氧化铝粉体
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。
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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
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催化剂及其载体 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及其载 体。 但是由于催化剂领域的特殊性，不同 制备方法制得的超细Al2O3粉体及其 晶型有所不同，导致在催化反应中的 使用不同，这为超细Al2O3粉体用于 催化领域提出了新课题。
气相法 直接利用气体或者通过等离子体、激光蒸发、电子束加热、电弧加热 等方式将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最 后在冷却过程中凝聚长大形成超细微粉。气相法可分为蒸发凝聚法和 化学气相反应法两大类。其优点是反应条件易控制、产物易精制，只 要控制反应气体和气体的稀薄程度就可得到少团聚或不团聚的超细粉 末，颗粒分散性好、粒径小、分布窄；缺点是产率低，只有1～15 g/L，粉末的收集较难。 液相法 液相法是目前实验室和工业上最为广泛采用的合成超微粉体材料的方 法。它的基本原理是：选择一种合适的可溶性铝盐，按所制备的材料 组成计量配制成溶液，使各元素呈离子态，再选择一种合适的沉淀剂 (或用蒸发、升华、水解等)，使金属离子均匀沉淀，最后将沉淀或结 晶物脱水(或加热)得到超微粉体。液相法的优点是可以精确控制化学 组成，颗粒成分均匀，设备相对简单，操作温度较低，缺点是粉末易 产生硬团聚，分散较困难。
氧化铝粉体生产工艺
氧化铝粉体生产工艺氧化铝粉体啊，这可是个挺有趣的东西呢。
你知道吗，它就像建筑中的小砖块，别看它小小的，在很多领域那可是起着大作用啊。
咱们就来说说这氧化铝粉体的生产工艺吧。
这生产啊，就像是一场精心编排的舞蹈，每个步骤都得配合得恰到好处。
生产氧化铝粉体，原料的选择那是重中之重。
这就好比做菜，食材不好，做出来的菜能好吃吗？氧化铝粉体的原料得是高品质的含铝矿物之类的东西。
这就像咱们选大米做饭，好的大米煮出来的饭又香又糯，好的原料才能生产出好的氧化铝粉体。
然后呢，原料要经过一系列的处理。
其中有一个步骤就像是给原料“洗澡”，要把杂质都给去掉。
这杂质就像是混在好东西里的小沙子，不把它们弄出去，最后生产出来的氧化铝粉体质量就没法保证。
怎么去掉这些杂质呢？这就有各种办法啦，有的像是用魔法扫帚一样，用化学的方法把杂质扫走；有的就像是用筛子筛东西，通过物理的方法把杂质分离出去。
再接下来啊，就到了很关键的反应阶段。
这个阶段就像是一场神奇的变身秀。
原料经过特殊的反应，就开始朝着氧化铝粉体的方向转化了。
这反应就像是变魔术一样，原子们重新组合排列，慢慢地就变成了我们想要的氧化铝。
不过这魔术可不容易变呢，要控制好各种条件，温度啦、压力啦，就像厨师做菜要控制好火候和调料的量一样。
温度不合适，就像炒菜火大了会焦一样，氧化铝粉体的质量也会受到影响；压力不对，就像蒸馒头时气压不对蒸出来的馒头不好吃一样，生产出来的氧化铝粉体可能就不是我们想要的那种了。
在生产过程中啊，还有一个研磨的步骤。
这研磨就像是把一块大石头一点点磨成小石子一样。
把初步形成的氧化铝材料磨得细细的，变成粉体。
这个过程得很有耐心呢，就像雕刻家雕刻作品一样，得一点一点地把它磨成我们想要的细度。
如果研磨得不够细，这氧化铝粉体在使用的时候可能就会像沙子一样粗糙，发挥不了它应有的作用。
而且啊，在整个生产过程中，质量检测就像一个严格的考官。
时不时就得检查一下，看看这氧化铝粉体是不是达到了我们要求的标准。
高纯氧化铝粉末主制备方法有哪些？
气相法化学气相沉积法气相法制备高纯超细氧化铝粒子是以金属单质、卤化物、氢化物或者有机化合物为原料，进行气相热分解或其他化学反应来合成精细微粒，主要采用化学气相沉积法。
如意大利的科研人员利用室温下蒸汽压较高的烷基铝和N2O作为反应物，加入乙烯作为反应敏化剂，用CO2激光加热反应使之反应，合成了粒度为15-20nm的球形α-Al2O3颗粒。
激光诱导气相沉积法激光诱导气相沉积法是利用充满氖气、氙气和HCl的激光器提供能量，生成一定频率的激光，聚焦到移动旋转的铝靶上，融化铝靶产生氧化铝蒸汽，冷却后得到精细氧化铝粉体。
这种方法加热和冷却的速度都快，粒径分布均匀，反应污染小。
等离子气相合成法等离子气相合成法可分为高频等离子体法、直流电弧等离子体法、复合等离子体法等。
高频等离子体法能量的利用率低，生产出的产物稳定性也较弱；直流电弧等离子体法是利用电弧间的高温，在反应气体等离子化的过程中使电极蒸发或熔化；复合等离子体法是将前两种方法、融为一体，在产生直流电弧时不需电极，因而产物纯度高，生产效率提高的同时也提高了系统的稳定性。
惰性气体凝聚加原位加压法该法通常是在真空蒸发室内充入低压惰性气体，通过加热使原料气化或形成等离子体，与惰性气体原子碰撞而失去能量，然后骤冷使之凝结成超细粉体。
不过此法成本太高，不适合工业化生产。
固相法固相法是制备α-Al2O3粉体的常用方法，制备工艺简单，产量大，成本低，容易实现产业化生产。
但是固相法生产氧化铝粉体能耗高、效率低，制备的粉体颗粒不均且形态和功能都受到了工艺本身的很大限制，因此利用此方法很难得到颗粒细小、纯度高的α-Al2O3粉体。
目前，固相法主要分为机械粉碎法、非晶晶化法和热解法等。
机械粉碎法机械粉碎法是利用球磨机、行星磨、气流磨等粉碎设备将原料直接粉碎研磨成超细粉的方法。
目前应用较多的是球磨机，通过球磨机的振动和转动，为原料提供能量，使得原料受到硬球的强烈撞击，粉碎成细小颗粒，从而制备出精细粉体。
制备高纯纳米氧化铝粉体的方法
制备高纯纳米氧化铝粉体的方法高纯纳米氧化铝粉体的制备方法有很多，大致可分为固相法、液相法、气相法等。
各种方法都有其一定优势，但是也存在不足，因此一般根据实际产品要求来选择不同的制备方法。
1.固相法固相法主要是将铝或铝盐研磨煅烧，发生固相反应后直接得到纳米氧化铝的方法。
该法可分为：机械粉碎法、固相反应法；机械粉碎法是用各种超细粉碎机将原料直接粉碎成超细粉。
常见的超细粉碎机有：球磨机、行星磨、塔式粉碎机和气流磨粉碎机等；应用较多的是球磨机，但该法很难使粒径达到100nm以下。
固相法制备超细粉比较简单，但是生成的粉体容易产生团聚并且粉末粒度不易控制。
固相反应法又可大致化学溶解法、非晶晶化法、燃烧法。
a)化学溶解法化学溶解法主要包括碳酸铝铵热解法、喷雾热解法、铵明矾热解法三种；铵明矾热解法是通过用硫酸铝铵与硫酸铵反应制得明矾，再根据产品纯度要求再多次重结晶精制，最后将精制的铵明矾加热分解成Al2O3,其反应过程为: 2Al(OH)3+3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O Al2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + 24H2O → 2NH4Al(SO4)2·12H2O 2NH4Al(SO4)2·12H2O → Al2O3 + 2NH3 + 4SO3 + 13H2O 煅烧过程收集的炉气可制成硫酸铵循环使用。
该方法工艺简单，但由于生产周期长，难于应用于实际规模化生产。
对铵明矾热解法改进后形成了碳酸铝铵热解法，通过前驱体NH4AlO(OH)HCO3的合成和热解得到高纯度超细氧化铝。
李江[6]等应用分析纯硫酸铝铵和碳酸氢铵为原料，采用湿化学法制备单分散超细NH4Al2(OH)2CO3先驱沉淀物,在1100℃下灼烧得到平均粒径为20nm的α-Al2O3纳米粉体。
该方法不产生腐蚀性气体，无热分解时的溶解现象，有利产品粒径的控制并且能简化操作，适合于工艺化生产。
喷雾热解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，从而使其中的水分蒸发，金属盐发生分解，析出固相，直接制备出纳米氧化铝陶瓷粉好方法。
超细氧化铝粉体的制备工艺及其性能
超声场的作用：控制陈化时前驱体颗粒尺寸不要太大， 破坏颗粒便面氢键，其冲击波是生长中的晶粒破碎而增 大形核率。
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4、热分解法制备超细高氧化铝
制备流程：一般是胶体制备、干 燥、煅烧。在制备过程中要注 意采取措施防止颗粒团聚 ， 影响煅烧后Al2O3粉体粒径。 Al(NO3)3+3NH3· H2O=Al(OH)3↓+ 3NH4NO3 2Al(OH)3→Al2O3+3H2O
制备过程中的反应：
2012年4月10日
图3 粉煤灰 7( 3Al2O3.2SiO2) + 2SiO2 + 68CaCO3 →3(12CaO.7Al2O3) + 16(2CaOSiO2 ) + 68CO↑ 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O →2Al(OH)3 + Na2CO3 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
图5 超细活性氧化铝
影响因素：主要的影响因素有干燥方式，硝酸铝乙醇溶液 的浓度，前驱体结晶时的反应温度 。
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超细氧化铝的性能及用途
性能：超细晶氧化铝不仅 具有高强度、高模量、 耐高温等优良机械性能， 而且还有很好的高温抗 氧化性，耐腐蚀性和电 绝缘性 。
图6 各种氧化铝陶瓷制品
用途：以纳米a-Al2O3 粉体为原料制备Al2O3 陶瓷及其陶 瓷复合材料等得到了广泛的应用，它为降低陶瓷材料的 烧结温度，改善制品的微观结构，提高材料的力学性能。 超细氧化铝粉体在制备弥散合金等新型材料领域也有很 大的作用。
粉体，以达到改善Al2O3性能 的目的。 所用设备：球磨机、高能球磨机、行星磨、塔式粉 碎机和气流磨。其中最常用的是球磨机。 图2 研磨设备
超细氧化铝制备方法
超细氧化铝制备方法嘿，朋友们！今天咱们就像探索神秘宝藏一样，来聊聊超细氧化铝的制备方法。
首先呢，有一种化学沉淀法。
这就像是一场神奇的魔法，把铝盐溶液和沉淀剂混合在一起，就像两个小伙伴牵着手开始跳舞。
铝离子就像一个个小士兵，在沉淀剂这个指挥官的命令下，乖乖地从溶液里出来，形成氢氧化铝沉淀。
然后再经过一系列的处理，就像给这个小士兵变身一样，把氢氧化铝变成超细氧化铝。
这过程就像把一个普通的石头打磨成闪闪发光的钻石，只不过这个钻石是超级细的氧化铝啦。
再来说说溶胶 - 凝胶法。
这个方法就像是做果冻一样有趣。
先把铝的醇盐溶解在有机溶剂里，这溶液就像一锅浓稠的魔法汤。
然后加入水和催化剂，这时候溶液就开始发生奇妙的变化，就像魔法汤开始冒泡起反应了。
慢慢的，溶液变成了凝胶，就像魔法汤凝固成了软软的果冻。
最后把这个凝胶经过高温处理，就像把果冻放在火上烤一样，不过不是烤化了，而是烤出了超细氧化铝这个“美味”的成果。
还有水热法呢。
这就好比是把原料放在一个超级神秘的大蒸笼里。
把铝的化合物和水放在高温高压的反应釜里，这个反应釜就像一个神秘的魔法小屋。
在里面，铝的化合物就像被施了魔法一样，发生着奇妙的反应。
就像孙悟空在炼丹炉里一样，经过高温高压的磨练，最后变成了超细氧化铝这个神奇的“仙丹”。
气相法也很有趣哦。
就像一场盛大的烟雾派对。
把铝的化合物变成气态，然后在高温的环境下，气态的铝化合物就像一群调皮的小幽灵在空中飘来飘去，相互碰撞、反应。
最后这些小幽灵就聚集在一起，形成了超细氧化铝，就像小幽灵们抱成了团，变成了一个新的小团体。
机械球磨法就像是一场激烈的搏击比赛。
把粗的氧化铝原料放进球磨机里，球磨机里的研磨球就像一群拳击手，不停地对原料进行攻击、碰撞。
粗的氧化铝就像一个被围攻的大块头，在这些拳击手的不断打击下，慢慢被粉碎成超细的氧化铝，就像大块头被打得粉身碎骨，变成了超级细小的粉末。
微乳液法听起来就很特别。
它就像把原料放在一个个微小的“泡泡世界”里。
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结
论
1、研磨时间是影响机械法所制备的Al2O3粉体粒径大小最重要 的因素，但当粒径趋向某一值后，继续增加研磨时间，颗粒粒 径的变化不再明显。
2、粉煤灰中所含氧化铝活性很差，提取困难，需要对粉煤灰 进行改性处理，使其自粉化，就会增加该工艺生产工序。 3、湿法制备Al2O3超细粉体最需要注意的问题就是前驱体颗粒 团聚。超声场具有分散作用，并且会破坏颗粒表面的氢键，使 团聚变得困难。 4、热分解法制备氧化铝粉体其晶体界面表面能较大而不稳定， 晶粒就会沿着某些晶楞或者顶角生长。是因为晶体经常发育成 细小的纤维状、针状或者片状。
超细氧化铝的制备工 艺及性能研究
导 师：王松林 答辩人：王建国
专 业：金属材料工程
二0一二年六月
目录
1.超细氧化铝的研究现状 2.超细氧化铝的制备方法 3.超细氧化铝的性能及用途 4.结论
超细氧化铝发展现状：
具有优良的机械、物理性能， 强度、硬度很高，广泛应用于防腐、 耐磨、耐火材料。
Al2O3超细粉体制备方法：
反应法。
超细Al2O3制备工艺
1、机械法制备超细氧化铝
机械粉碎法制备超细氧化铝粉 体原理：就是利用介质和物料 之间的相互研磨和冲击使物料
粉碎，从而生产出超细氧化铝
粉体，以达到改善Al2O3性能 的目的。 所用设备：球磨机、高能球磨机、行星磨、塔式粉 碎机和气流磨。其中最常用的是球磨机。 图2 研磨设备
超声场的作用：控制陈化时前驱体颗粒尺寸不要太大， 破坏颗粒便面氢键，其冲击波是生长中的晶粒破碎而增 大形核率。
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4、热分解法制备超细高氧化铝
制备流程：一般是胶体制备、干 燥、煅烧。在制备过程中要注 意采取措施防止颗粒团聚 ， 影响煅烧后Al2O3粉体粒径。 Al(NO3)3+3NH3· H2O=Al(OH)3↓+ 3NH4NO3 2Al(OH)3→Al2O3+3H2O
图5 超细活性氧化铝
影响因素：主要的影响因素有干燥方式，硝酸铝乙醇溶液 的浓度，前驱体结晶时的反应温度 。
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超细氧化铝的性能及用途
性能：超细晶氧化铝不仅 具有高强度、高模量、 耐高温等优良机械性能， 而且还有很好的高温抗 氧化性，耐腐蚀性和电 绝缘性 。
图6 各种氧化铝陶瓷制品
用途：以纳米a-Al2O3 粉体为原料制备Al2O3 陶瓷及其陶 瓷复合材料等得到了广泛的应用，它为降低陶瓷材料的 烧结温度，改善制品的微观结构，提高材料的力学性能。 超细氧化铝粉体在制备弥散合金等新型材料领域也有很 大的作用。
1、气相法：利用气体或者通过各
种手段将物质变成气体，使之在气态
图1 超细高纯Al2O3粉体
下发生物理、化学反应，在冷却过程形成超细粉体。 2、液相法：选择一种或多种可溶性金属盐，按成份计量配成溶
液。使各元素呈离子或分子态，再用一种沉淀剂，将所需物质沉淀， 结晶，经脱水或加热等而制得超细粉。
3、固相法：是通过物理方法来制取 ，其又可分为机械法和固相
11/14/2014
谢谢各位老师
11/14/2014
2、利用粉煤灰制备超细氧化铝
1、优点：原料丰富，成本 低廉，可以变废为宝合理利 用资源。 2、缺点：粉煤灰中氧化铝 活性差，难以提取，需要对 其进行活化处理图3 粉煤灰 7( 3Al2O3.2SiO2) + 2SiO2 + 68CaCO3 →3(12CaO.7Al2O3) + 16(2CaOSiO2 ) + 68CO↑ 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O →2Al(OH)3 + Na2CO3 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
3、超声场中湿法制备氧化铝纳米粉
制备工艺：热过滤和重结晶提 纯后的铝铵钒和碳酸氢铵配 制成一定浓度的水溶液 置于 一定频率的超声场中。 反应过程：反应→搅拌→均匀化 →陈化→烘干→煅烧转相→得到 氧化铝超细粉体
图4 氧化铝纳米粉 NH4Al(SO4)2+ 4NH4HCO3 → NH4Al(OH)2CO3+ 2(NH4)2SO4 + 3CO2 ↑ + H2O