高端粉體——高純氧化鋁-沈陽佳美機械-賈工18540392125
一直以來,科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)Ω呒冄趸X的定義一直有不同意見,這緣于部分從業(yè)人員認(rèn)為純度在3N及以上即可被稱為高純氧化鋁;另一部分人則認(rèn)為純度達到4N及以上才被稱為高純氧化鋁。隨著高純氧化鋁的制備提純技術(shù)的迅猛發(fā)展,以及更高純度產(chǎn)品的普遍應(yīng)用,現(xiàn)代工業(yè)對高純氧化鋁性能提出了更高的要求,尤其在純度和粒度方面提出了更嚴(yán)苛的要求,顯然,3N級已不適歸于“高純”系列,故目前大部分人認(rèn)同高純氧化鋁一般指純度達4N級以上(純度≥99.99%)、粒度細(xì)且均勻的氧化鋁粉體這一概念。
基于純度高和粒度均勻的特性,高純氧化鋁具有高硬度、高強度、耐高溫、耐磨損、絕緣性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、高溫收縮性能適中等優(yōu)點,具有良好的燒結(jié)性能以及普通氧化鋁粉體無法比擬的光、電、磁、熱和機械性能,是現(xiàn)代化工附加值最高、應(yīng)用最廣泛的高端材料之一。作為高性能氧化鋁產(chǎn)品的代表品類,高純氧化鋁廣泛用于熒光材料、透明陶瓷、電子器件、新能源、催化材料和航空航天材料等高科技尖端行業(yè)。
(1)按照純度分類
按照純度,主要分為低端(4N,純度99.99%)、中端(4N5,純度99.995%)和高端(5N,純度99.999%)級別。4N級高純氧化鋁主要用于熒光粉,5N級高純氧化鋁則用于藍(lán)寶石晶體、鋰電池隔膜、透明陶瓷、PDP熒光粉及一些高性能材料。
(2)根據(jù)晶型分類
高純氧化鋁可分為α晶型、β晶型、γ晶型,不同晶型高純氧化鋁應(yīng)用領(lǐng)域不同。
α晶型的高純氧化鋁可用于制作陶瓷,其制作的透明陶瓷性能優(yōu)于傳統(tǒng)不透明陶瓷,也可用于制作燈管從而代替石英玻璃,在電子領(lǐng)域也可用于制作基片,其陶瓷材料生物相容性良好,對人體無害,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可作為人造牙、骨骼等。
β晶型的氧化鋁的離子導(dǎo)電能力強,可作為高蓄電量鈉/硫蓄電池的電解質(zhì),有研究者研究了放電深度和溫度對鈉/硫蓄電池內(nèi)阻的影響,研究表明除放電深度達100%時,內(nèi)阻隨溫度降低而升高,當(dāng)放電深度約為7%~57%時鈉/硫蓄電池性能最佳。高品質(zhì)的高純氧化鋁可用于制作激光晶體,而激光晶體的性能由氧化鋁的品質(zhì)決定。
γ晶型高純氧化鋁具有良好的催化性能,可作為純凈的催化劑以滿足反應(yīng)無雜質(zhì)引入的要求。
高純氧化鋁中的痕量雜質(zhì)元素大多以氧化物的形式存在于氧化鋁中,例如:Na2O、K2O、SiO2、Fe2O3、MgO、CuO、CaO等等。由于雜質(zhì)元素的存在會嚴(yán)重影響高純氧化鋁的物化性質(zhì),如:鐵雜質(zhì)元素的存在會使用氧化鋁制備的發(fā)光材料的發(fā)光性能下降,鈉和硅會分別導(dǎo)致氧化鋁燒結(jié)瓷體介質(zhì)損耗和燒結(jié)性能下降,以及氧化鎂和氧化鈣含量增多會使氧化鋁減少等等,從而使高純氧化鋁無論是在使用范圍還是使用環(huán)境方面大大受限。因此,各國的科研工作者對如何制備高純氧化鋁的工藝越來越重視。
高純氧化鋁粉體制備方法可分為三大類:液相法、氣相法、固相法,具體而言主要有改良拜耳法、硫酸鋁銨熱解法、碳酸鋁銨熱解法、醇鋁水解法、直接水解法、溶膠凝膠法、水熱合成法、沉淀法、微乳液法、等離子體法、噴霧熱分解法等。
隨著新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,基于無比優(yōu)越的熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)性能,目前高純氧化鋁粉體作為一種精細(xì)化工產(chǎn)品在國內(nèi)外發(fā)展極為迅速,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航天航空、半導(dǎo)體、核能、能源、冶金、電子電工、生物醫(yī)療、化學(xué)化工等眾多工程領(lǐng)域。
高純氧化鋁的純度、晶型、粒徑及比表面積不同,它的應(yīng)用也不同,高純α-Al2O3用途十分廣泛,可用作陶瓷材料(如:透明陶瓷、陶瓷膜、陶瓷刀具)、涂層材料(如:金屬、電池、電極等)、醫(yī)用材料(如:人造骨骼、牙齒、關(guān)節(jié))及復(fù)合材料(如:耐火材料、軍用設(shè)備、吸附劑)等;高純γ-Al2O3在石油煉制和化工中常被用來作催化劑,在實驗室中可被用來作吸水吸潮的中性干燥劑,而且使用后可再生重復(fù)使用(175℃以下加熱6-8h),它的干燥能力不亞于P2O5。
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