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纳米氧化铝特性用途及生产工艺初探
2015年05月27日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:7815
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氧化铝是白色晶状粉末,氧化铝具有α、β、γ、δ、η、θ等十一种晶体,常见的有三种即:α-Al2O3、β- Al2O3、γ-Al2O3。α-Al2O3比表面低,具有耐高温的惰性,但不属于活性氧化铝,几乎没有催化活性;β-Al2O3、γ-Al2O3的比表面较大,孔隙率高、耐热性强,成型性好,具有较强的表面酸性和一定的表面碱性,被广泛应用作催化剂和催化剂载体。当氧化铝粉体粒径向下延伸到纳米级别时,在保持普通氧化铝粉体优良特性的同时,显示出了常规材料所不具有的光、电、磁、热和机械特性,纳米氧化铝作为一种新型功能材料广泛应用于光学、化工及特种陶瓷等多个领域。


一、纳米氧化铝特性

氧化铝与其他材料相比,它具有许多独特、优良的性能,如高熔点(2015℃)、较高的室温和高温强度,高的化学稳定性 和接点介电性能,电绝缘性好,硬度高( 莫氏硬度9),耐磨性好且成本低廉。因而氧化铝陶瓷可用于制造高速切削工具,高温热电耦套管、化工高压机械泵零件、内燃机火花塞、人工关节及航空磁流体发电材料等多种陶瓷器件。纳米氧化铝材料的特殊光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象、在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性,以及各种纳米粉体材料共有的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,使其在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的应用前景。


二、纳米氧化铝的用途

纳米氧化铝因其特殊性能广泛应用于化学化工、医药、催化剂及其载体、陶瓷等领域。

1、在陶瓷方面的应用,纳米氧化铝粉体制成的精密陶瓷具有类似金属的塑性和韧性,质量轻,特别是强度大大提高,在常规陶瓷基体中加入少量的微米或纳米级氧化铝可以使材料的力学性能得到成倍提高,改善陶瓷的韧性,降低其烧结温度。

2、超细Al2O3粉体生物陶瓷在生理环境中基本上不发生腐蚀,具有良好的结构相容性,新生组织长入多孔陶瓷表面连贯的孔隙上,与机体组织之间的结合强度较高,并具有强度高、摩擦系数小、磨损率低等特性。因此在临床上应用比较广泛。纳米氧化铝作为医学新材料,已用于制作承力的人工骨、牙根种植体、药物缓释载体等;还成功地进行了牙槽脊扩建、颌面骨缺损重建、五官矫形与修复等。

3、作为表面防护层材料,将纳米氧化铝粒子喷涂在金属、陶瓷、塑料等材料的表面,可明显提高表面强度、耐磨性和耐腐蚀性。

4、光学材料:纳米氧化铝可以吸收紫外光,并且在某些波长光的激发下可以产生出与粒子尺寸相关的波长的光波。氧化铝可烧结成透明陶瓷,作为高压钠灯管的材料;可用作紧凑型荧光灯中荧光粉层的保护涂膜;还可和稀土荧光粉复合制成荧光灯管的发光材料,提高灯管寿命。此外,纳米氧化铝多孔膜有红外吸收性能,可制成隐身材料用于军事领域;利用其对80nm紫外光的吸收效果可作紫外屏蔽材料和化妆品添加剂。

5、作为催化剂及其载体纳米氧化铝的催化功能是其新用途中极为重要的一种。纳米级粉体其比表面很大,制成的催化剂及催化剂载体的性能超过普通催化材料数倍。

6、电子工业:纳米氧化铝由于具有巨大的表面和界面, 对外界湿度变化敏感, 而且稳定性高,是理想的湿敏传感器和湿电温度计材料L5。同时,它还具有良好的电绝缘性、 化学耐久性、耐热性、抗辐射能力强、介电常数高、表面平整均匀,可用作半导体材料和大规模集成电路的衬底材料,广泛应用于微电子、电子和信息产业。 


三、常见纳米氧化铝粉体生产工艺

1、溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是目前在氧化物纳米粉制备中研究和应用较多的一种方法, 作为一种湿化学合成方法, 具有设备简单, 工艺易于控制,粉末纯度和均匀度高, 成本低等优点。用溶胶凝胶法结合异相共沸蒸馏法, 可制得尺寸分布均匀、呈球形的纳米氧化铝粉, 平均粒径在68nm 左右。

2、沉淀法

沉淀法是在溶液中加入适当的沉淀剂得到陶瓷前驱体的沉淀, 再经过滤、洗涤、干燥、煅烧等工艺, 得到纳米陶瓷粉末。选用不同的沉淀剂会得到不同粒径的纳米粉体。沉淀法操作简单、工艺流程短、成本低, 但制备过程中影响因素较多,且不易形成分散粒子。

3、水热法

水热法是在高温高压下反应物在水溶液或蒸汽等流体中反应生成目的产物,再经分离和热处理得到纳米粉体。水热法由于反应在相对较高的压力和温度下进行,产物为晶态,无需焙烧晶化,可以减少焙烧过程中难以避免的团聚现象,但是对设备的要求较为苛刻。


小结:我国纳米氧化铝材料产业主要分布在经济实力雄厚市场开阔的华东、华北及华南地区。当前纳米氧化铝生产企业普遍规模较小。纳米氧化铝生产线一次性投资较大,这是导致我国纳米氧化铝难以形成规模实现产业化的主要原因之一。我国大部分的纳米氧化铝企业处于小规模生产状态, 存在产品稳定性差、生产成本高等问题。可见,我国纳米氧化铝的生产还没达到一定的生产规模,规模效应无法发挥作用也是纳米氧化铝产业发展的制约因素。米氧化铝市场前景良好, 利润空间较大。作为一种有广泛用途的纳米材料, 纳米氧化铝市场前景广阔, 由于其优异的特性, 市场需求强劲。相信随着纳米技术的发展和市场的规范,我国纳米氧化铝产业将逐步走向规模化,行业前景十分广阔。

(粉体圈 作者:梧桐)


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