球形氧化鋁粉體宏量化制備技術盤點

球形氧化鋁粉體宏量化制備技術盤點

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球形氧化鋁粉體因其耐高溫、高硬度、高導熱性、形貌規則、粒徑均勻等優良特性，在催化劑載體、表面防護涂層、導熱復合材料添加劑和陶瓷添加劑等領域被廣泛應用。隨著球形氧化鋁粉體應用領域的不斷拓寬、對粉體質量要求的不斷提升，適應市場需求的可行制備路線期望被開發和工業化應用。下面根據制備原理的不同，分析和探討當前主要制備方法以及存在的問題，并展望未來工業化的發展方向。

當前球形氧化鋁粉體制備主要包括以下四種常用制備路線，主要制備流程如下圖所示。

圖1球形氧化鋁粉體常用制備路線

01高溫等離子體法

高溫等離子體法制備球形氧化鋁粉體過程中反應原料不同時，高溫等離子體的作用和球形氧化鋁的形成原理截然不同。金屬鋁粉用作原料時，利用高溫等離子體可以將金屬鋁汽化，隨后鋁蒸氣與氧氣發生反應并在反應室內壁上凝結成核，然后氧化鋁晶核被反應室的冷卻水快速淬火后即可獲得球形氧化鋁粉體。無定形氧化鋁用作原料時，采用等離子體法使其在高溫環境中短時間內發生相變，同時在表面張力作用下發生球化即可形成球形氧化鋁。

高溫等離子體制備的氧化鋁粉體具有結晶程度高、導熱等性能優良、形貌規則、球化率高和產率高等優勢，但同時也有著高溫等離子體設備價格昂貴、維護困難和系統復雜等不足，這在一定程度上限制了等離子體法的應用。

02噴霧熱解法

噴霧熱解法主要應用于硝酸鋁等鋁鹽溶液制備球形氧化鋁粉體，鋁鹽溶液既可直接商業獲得，也可通過金屬鋁粉或無定形氧化鋁混酸制備。其主要原理是將鋁鹽溶液噴霧置于高溫環境中使溶劑快速汽化，溶質析出后經過高溫熱解即可獲得球形氧化鋁。

噴霧熱解法可通過調節鋁鹽噴霧液滴尺寸和環境溫度來控制局域內鋁源含量和反應速率，從而更有利于形成細小且具有更高球化率和更優分散性的氧化鋁粉體。但是高純度鋁鹽等原材料價格昂貴，同時鋁鹽在高溫熱分解時往往伴隨產生強污染性的氣體，這些缺點使得噴霧熱解法的大規模工業化使用受到一定阻礙。

(a) 高溫等離子體法制備的氧化鋁SEM[1]；

(b)噴霧熱解法制備的氧化鋁SEM[2]

03液相沉淀法

液相沉淀法適用范圍較廣，硝酸鋁、氯化鋁和硫酸鋁等鋁鹽均可應用。首先將鋁鹽溶解或將金屬鋁混酸后獲得鋁鹽溶液，然后在沉淀劑作用下使混合溶液發生沉降，過濾得到白色沉淀并進行煅燒處理，最終獲得球形氧化鋁粉體。

液相沉淀法制備球形氧化鋁粉體時操作步驟相對簡單、反應條件較為溫和，制備門檻較低，更容易實現小批量制備。與高溫等離子體法和高溫熱解法相比，通常情況下液相沉淀法制備的氧化鋁粉體球化率不高、顆粒易團聚且分散性較差，雖然控制沉淀劑、分散劑與硝酸鋁原料之間的摩爾比可一定程度上對其進行改善，但制備過程中往往伴隨大量廢水產生，從而限制了該方法進一步應用。

04水解法

水解法又稱溶膠-凝膠法，首先醇鋁與水混合后發生水解生成氧化鋁水合物，然后經過煅燒后即可獲得粒徑細小的球形氧化鋁粉末。

以醇鋁為原材料制備氧化鋁粉體時，制備條件溫和，所獲產品純度高，制備過程不易引入雜質。但是醇鋁水解反應難以控制，產品通常具有較寬的粒徑分布和較差的球形度，同時醇鋁價格相對較高，制備過程中的有機溶劑也會造成環境污染，因此醇鋁水解制備球形氧化鋁粉體在工業中的應用較少。

(a) 液相沉淀法制備的氧化鋁SEM[3]；

(b)水解法制備的氧化鋁SEM[4]

總結

綜上所述，綜合考慮球形氧化鋁粉體產率、球化率、分散性、結晶質量、環境污染、加工成本等因素，高溫等離子體法更具優勢。雖然工藝條件對設備要求較高，但隨著能耗問題的解決以及工藝參數的持續優化，高溫等離子體法在超細粉末制備領域一定大有可為。

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