按所制备的材料组成计量配制成溶液     DATE: 2019-09-11 12:18

  超细氧化铝粉体由于具有耐高温、耐腐蚀、高强度和高硬度等一系列的优良性能,因而广泛应用于冶金、化工、航天、电子等高科技领域。自从1984年德国科学家H.Gleiter等首次制备超细纳米氧化铝粉体以来,◆◁•氧化铝粉体的制备方法一直备受人们的关注。□▼◁▼目前,根据合成粉体的条件不同,制备超细氧化铝粉的方法可分为气相法、液相法和固相法。

  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超细微粒,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,合成了粒径为15-20nm的球形α-Al2O3颗粒。

  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,产生一定频率的激光,聚焦到旋转的铝靶上,融化铝靶产生氧化铝蒸汽,冷却后得到超细氧化铝粉体。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,制备出的产物稳定性也较差;直流电弧等离子体法是利用电弧间产生的高温,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和为一体,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。极速快三注册登录

  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。

  气相法的特点是反应条件可控、产物易精制,只要控制好反应气体和气体的稀薄程度就可以得到团聚少或不团聚的超细粉末,颗粒分散性好、◆●△▼●粒径小、分布窄。但是,该方法要求原料在反应前必须完全气化,对于高熔点的产物,需要消耗很多能量,而且反应中需要大量惰性气体,导致生产效率低,工艺控制难度较大,另外粉体的收集比较困难,对设备的要求也较高,不宜应用于大规模的工业化生产。

  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,从而制备出超细粉体。例如有研究人员通过球磨亚微米α-Al2O3粉体制备了粒径为18~40nm的α-Al2O3粉体。■□这种方法原理简单,操作简便,但是球磨过程中容易引入杂质,对产品的纯度产生影响,而且通过机械粉碎制备的氧化铝粉体在粒度分布和形貌上还存在较多的不足之处。

  非晶晶化法制备氧化铝粉体的过程通常为先制备非晶态的铝化合物,再经过退火处理使非晶态转化为晶态。该方法的原理:非晶态在热力学上是不稳定的状态,有转化为晶态的趋势,在受热或者辐射等条件下会发生晶化现象,所以通过控制一定的条件就能够得到晶态的氧化铝。

  热解法是利用铝盐的过热分解反应来制备α-Al2O3粉体的方法,目前,最常用的是硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法。热解硫酸铝铵的过程会产生废气,污染环境,而且其分解工艺比较复杂,所以人们逐渐地选用碳酸铝铵作为前驱体来制备氧化铝。热解碳酸铝铵的方法相比热解硫酸铝铵污染小,更适合工业的生产,但是,利用热解法制备氧化铝煅烧温度高,能耗大,对设备的要求也比较高。

  另外,利用高温下迅速燃烧铝粉也能直接获得超细α-Al2O3粉体。例如有研究者将硝酸铝、尿素和少量糊精的混合物在马弗炉中直接加热点燃,最终获得了泡沫状的白色氧化铝粉末。不过该方法设备复杂,危险性高,粉末不易收集,应用前景不是很大。

  液相法是当前应用最为广泛的一类方法,其基本原理是:选择一种合适的可溶性的铝盐,按所制备的材料组成计量配制成溶液,再选择一种合适的沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等),★◇▽▼•使金属粒子均匀沉淀,最后将沉淀或结晶物干燥脱水得到超微粉体。

  与固相法相比,其优点主要表现在以下几个方面:①可以精确地控制化学组成;②纳米粒子的形状粒径容易控制,分散性好;③产品的颗粒形状、粒径等易调控;④易添加微量有效成分,对产品进行调控;⑤所得产品的表面活性好。

  制备均匀高纯氧化物超微粉特别适合采用这类方法,液相法有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液反应法、水热法等。

  沉淀法是在金属盐溶液中加入适量的沉淀剂得到沉淀,再经过过滤、洗涤、干燥和煅烧等工艺,得到超细粉体的方法。▲●…△沉淀法分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法等。•●这种方法操作简单,工艺流程短,成本低,但是粒子尺寸不易控制。制备出的超细粉体性能与反应物的混合方式、加入速度、次序以及浓度和pH值等诸多因素有关。近年来,沉淀法制备超细氧化铝粉末主要有三种体系:硝酸铝+碳酸铵体系、硫酸铝铵+碳酸氢铵体系和无机盐+尿素均相沉淀体系。

  溶胶-凝胶法是制备纳米材料常用的一种方法,也广泛地应用于制备超细氧化铝的工艺中。它是用有机溶剂溶解铝醇盐,然后蒸馏使醇盐水解、聚合形成溶胶,再通过加入水形成凝胶,干燥后将凝胶粉高温煅烧处理,而得到超细氧化铝粉体的一种方法。溶胶凝胶法合成温度低、工艺简便易控制、设备简单,制备的氧化铝粉体具有纯度高、化学均匀性好、分散性好,但溶胶凝胶法制备氧化铝粉体有其自身的缺点,如果采用铝盐为原料,则会在反应过程中以及后期的煅烧过程中可能产生腐蚀性的气体,△▪️▲□△污染环境,而如果采用有机醇盐为原料,则会使得制备成本高,且由于较强的活性而不易储存。

  微乳液反应法制备超细氧化铝粉体是使Al3+溶解在水中形成微小的被表面活性剂和油相包围着的水核,这些水核可以使氧化铝成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴中,可以避免颗粒间的进一步团聚。这种方法的关键是要形成稳定的W/O型微乳液和选择合适的反应条件。采用微乳液反应法制备超细α-Al2O3粉,表面活性剂的选择和反应物浓度的大小是控制氧化铝颗粒尺寸的重要因素。用此法制备的氧化铝分散性好、结构均匀,但需要加入表面活性剂,口▲=○▼并且对试剂的要求也较高。

  水热法是指在密封的反应容器中,以水或有机溶剂为反应介质,通过对反应容器加热创造一个高温高压的反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解或者重结晶,或使混合物进行化学反应来制备材料的方法。水热法是制备陶瓷粉体的优良方法之一,通过水热法制备出的超细粉体具有以下特点:晶粒发育良好、粒径分布均匀、尺寸小、无团聚、无需煅烧、分散性好等。但是采用水热合成法制备氧化铝粉体时,水热处理温度需高于450℃才行,▪️•★这对高压釜的性能要求较高,难以在工艺上实现。为了解决这个问题,△可以添加晶种、★-●△▪️▲□△▽使用有机溶剂或其他物质以及利用水热盐溶液卸压法等来制备超细氧化铝粉体。

  将以上三类方法综合来看,液相法是制备α-Al2O3粉体最好的方法,也是目前工业上应用最广泛的方法。液相法制备的产品易于精确控制,较其它两类方法有很大的优势,所以适合制备高纯度、超细α-Al2O3粉体。

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