我們應該關注α氧化鋁的什么品質?

α相是氧化鋁的最穩(wěn)定相，具有穩(wěn)定的物理及化學性質，被廣泛應用于耐火材料，陶瓷材料、研磨拋光材料、高強度玻璃和化工材料等。不同應用場景下的對氧化鋁的性能關注點是不一樣的，因此性能好不好，不能一概而論，滿足所用應用需求的高性能氧化鋁是不存在的，因此多功能的多品種氧化鋁就這么應運而生了，所以在實際應用中，需要根據終端應用的需求來定制“具有特定屬性的氧化鋁”。

例如，在研磨拋光領域的應用，主要關注的是α氧化鋁的磨料原晶大小、顆粒形貌、粉體粒度及其分布、較大粒徑值及團聚情況、耐磨性、甚至是其在拋光液中的穩(wěn)定性能等指標，這些指標將影響研磨拋光工藝的精密度和磨削力；而在耐火材料行業(yè)的應用，其重視的是主要指標則是氧化鋁的α相轉化率、雜質含量和平均粒度等指標對耐候制品的耐火度、收縮率大小抗熱震性能及陶瓷制品的成型工藝性能的影響，經高溫煅燒基本無收縮的α氧化鋁微粉(α相轉化率高)，可使得澆注料在高溫中基本不收縮，不會產生裂紋，可顯著提高澆注料的耐壓強度(≥70MPa)，避免了因高溫收縮出現(xiàn)微裂紋而剝落現(xiàn)象)，部分雜質元素的存在會影響耐火制品的耐火度，雜質的存在有助熔效果可促進材料的液相燒結，但它同時對材料的高溫性能有嚴重的損害，因此“有害雜質”的含量也需要進行適當的控制。

據資料顯示，根據不同應用需求開發(fā)的特種氧化鋁超400種，詳細說，太難，后續(xù)帖子慢慢更新。不過雖然不同行業(yè)對氧化鋁性能的需求不盡相同，但總的來說都有一個共同的要求：就是批次的穩(wěn)定性，因此，我們需要在特定工藝上可控的制取我們想要的個性化氧化鋁產品。根據實踐經驗，我們知道氧化鋁的雜質含量、α氧化鋁的轉化率、原晶大小和研磨后粒度分布等都是常見的影響氧化鋁應用效果的重要指標。為此我們需要對影響其特性的相關因素琢磨琢磨，下面一起來漲漲知識。

氧化鋁的晶型有α、γ、η、δ、θ、κ、χ等各種形態(tài)，當外界條件改變時，晶型會發(fā)生轉變。除了α相是熱力學穩(wěn)定相外，其他亞穩(wěn)定過渡晶型相隨著溫度的升高，都將轉化為α相，例如γ氧化鋁煅燒后可轉化為α氧化鋁，同時發(fā)生顯著的體積收縮（γ氧化鋁密度為3.65g/cm³，α氧化鋁密度為3.99g/cm³）。

氧化鋁的α相變溫度很高，通常為1200~1400℃（，而在這樣高的溫度下，氧化鋁的燒結過程已經開始產生，α-Al₂O₃粒子一旦形成就會立即長大，此外粒子之間相互團聚，并伴有燒結頸產生，形成"蛭石狀"的硬團聚結構，而這硬團聚要去除不僅是高成本的還是高難度的。因此降低α相變的溫度（讓它在發(fā)生相變的同時長大的慢一點）是制備超細α-Al₂O₃粉體、且分散均勻的關鍵因素之一。細小、分散均勻的粉體的用途實在是很多，一種是為了是獲得致密、性能優(yōu)良的燒結塊體陶瓷材料或是讓氧化鋁的燒結溫度降下來減少工業(yè)生產的難度及成本支出，當然還有精密拋光也想要這種細小均勻的α氧化鋁來控制拋光精度及拋光效率。還有很多...就不一一介紹了。

盡管α氧化鋁優(yōu)點多多，但也有些領域不太想要它呢，例如用作催化劑載體則是想要提高其過渡相熱穩(wěn)定性能，需要抑制氧化鋁α相變的發(fā)生，以保持較大的粉體比表面積。由此可見，氧化鋁相變溫度的高低對于其粉體的應用效果有著意義，所以圍繞著降低氧化鋁α相變溫度的研究有著重要的意義，可以讓我們可控的整出我們想要的氧化鋁。

如果想要讓α氧化鋁按照我們的意愿長大，那我們必須要了解它的轉化機理。雖然，α氧化鋁的相變轉化問題尚未被琢磨透，但有有個理論還是被廣泛認同的：1982年研究人員Dynys等人提出氧化鋁的α相變是一個型核長大過程，認為α相變過程可分為2個階段，首先是α相型核，接著是α粒子（晶體）的長大，這個過程可以通過不同溫度下生成的α氧化鋁的掃描電鏡照片觀察到，整個過程所需要能量較大，而能量的大部分是用克服型核勢壘形成α晶相，余下的能量是用于克服晶粒長大的激活能，并促使晶核長大。也就是說，通過降低α相變的型核激活能，從而可以降低相變溫度并控制粒徑長大。

關于溫度與轉化率問題：一般來說，在沒有礦化劑情況下，工業(yè)氧化鋁或氫氧化鋁從1200℃開始生成α-氧化鋁，同樣條件下溫度越高轉化率越高，且α-氧化鋁晶體越大，在實際生產中同樣的設備，同樣的保溫時間，如隧道窯1300℃某種原料的轉化率為90%，α-氧化鋁晶體單晶為0.7～0.8μm；而1520℃則轉化率可達到96%，α單晶可達到1.3~1.5μm。

如回轉窯，受限于設備本身工藝條件保溫時間較短，以氫氧化鋁為原料，同等條件下，在溫度為1300℃時生產的α-氧化鋁的轉化率為87%左右，α-氧化鋁晶體為0.6μm；當溫度達到1420℃時，α-氧化鋁的轉化率為90%~92%，α-氧化鋁原晶大約為1μm。

降低α-氧化鋁相變溫度的措施1：球磨。球磨是一種機械活化過程，在該過程中會出現(xiàn)許多獨特的現(xiàn)象，表現(xiàn)為諸如晶粒細化、晶粒內部缺陷的產生、相變的發(fā)生、非晶態(tài)晶化等。有研究人員對γ-AlOOH進行高能球磨，發(fā)現(xiàn)球磨250min后，Y-AlOOH已經完全轉變成α-Al₂O₃，與別人用同樣前驅體在高溫下的α相變作對比后，得到這樣的結論：加熱引導的α相變和球磨引導的α相變有異曲同工之妙。

還有人研究指出，球磨不會使前驅體在室溫下轉變?yōu)棣料?，但是會發(fā)生從一種前驅體轉變?yōu)榱硪环N前驅體或者經過球磨的前驅體在較低的溫度下煅燒成為α相。還有人對氧化鋁前驅體進行40h球磨后發(fā)現(xiàn)完全轉變?yōu)棣?AlOOH，煅燒該前驅體發(fā)現(xiàn)α相的轉變溫度下降了300℃。

因此有人認為球磨儲存的應變能在高溫的釋放也可以看成是一種加熱過程；其次，球磨等機械處理中會在粉體中產生許多的形核位置點從而提高了形核密度；最后球磨能在前驅體中產生粒徑極?。?nm左右）的α相晶粒，這種晶粒又可以作為籽晶來提高形核的密度。

降低α-氧化鋁相變溫度的措施2：添加礦物劑。研究表明，在無礦化劑存在的情況下，盡管煅燒溫度較高，煅燒時間較長，但轉化率并不是很高，且α原晶也較小。為降低轉化溫度，提高轉化率，一般在生產中采用添加礦化劑的方法。常用的礦化劑有硼酸、氯化銨、氟化物（如氟化鋁、氟化鈣、氟化銨等）。添加礦化劑除了能加快轉化速度和降低轉化溫度外，還能降低產品中Na₂O的含量，這也是常用上述幾種添加劑的主要原因。不同的礦化劑其作用也不同，單用或者復配使用都是可以的，所得到的α-氧化鋁產品用途和工藝性能也有較大的差別。需要注意的是如何控制α-氧化鋁產品中的礦化劑殘留量。

降低α-氧化鋁相變溫度的措施3：引人晶種。利用細小的α-Al₂O₃粒子作為籽晶加入到前驅體中降低α相變的溫度已經廣為所用。一般地，α-Al₂O₃籽晶對過渡型相向α相轉變過程相變動力學有兩方面的影響：一方面，籽晶提高了α相在過渡型相中的形核密度。另一方面，α-Al₂O₃籽晶的加入可以顯著的降低α相的形核勢壘。

從結晶學的觀點看，籽晶的加入還可以改變粉末的微結構，降低晶粒尺寸和控制顆粒的形狀，一個籽晶粒子形成一個α相粒子，長大后會跟近鄰的籽晶形成的粒子相撞擊，從而阻止"樹枝狀"硬團聚結構的產生。

此外，另外在前驅體焙燒時通入特殊的氣氛，使之與氧化鋁表明發(fā)生作用從而可以起到加快原子擴散，促進α相變的作用。

影響氧化鋁性能的雜質元素有14-15種之多（當然并非所有都是有害成分~），常見的主要有4~5種，它們是Na₂O、Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等。例如，氧化鈉雜質能顯著影響氧化鋁燒結瓷體的介質損耗，氧化鈉含量的提高一般都要伴隨tgδ值的顯著增大(tgδ為介質損耗角的正切)。此外，在鍛燒過程中，高鋁酸鈉還會影響Al₂O₃的轉化速度和轉化率，且使氧化鋁的晶粒變粗，比表面積減小，晶形也不規(guī)則。它的存在還損害陶瓷的電氣性能，降低耐火度。所以Na₂O是一種危害較大的雜質，大多數場合我們都不想它存在。

又例如Fe₂O₃雜質的存在，會使氧化鋁陶瓷的燒結溫度變窄；降低陶瓷的冷熱性能；降低陶瓷的電擊穿強度和抗折強度；影響陶瓷的白度等。