中國粉體網(wǎng)訊 氧化鋁粉體是工業(yè)化生產(chǎn)中最重要的粉體材料之一，而球形粉體，特別是高度分散的球形粉體，因其本身的球形結(jié)構(gòu)使得其具有良好的流動性，加上其分散性，更大的比表面積以及其本身的物化性能，使得其在更多的應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮作用。因此，隨著日新月異的工業(yè)化發(fā)展，球形氧化鋁粉體必將得到更深層次的開發(fā)及更廣泛的應(yīng)用。
一、氧化鋁家族
從廣義上講，氧化鋁可以分為含水氧化鋁和無水氧化鋁兩大類。
水合氧化鋁向α-Al2O3的轉(zhuǎn)變
氧化鋁及其水合物的不同晶型和特有的理化性能，決定了它們在石油化工、電子、耐火材料、陶瓷、磨料、制藥以及航空航天等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。另一方面，正是氧化鋁粉體的物化性質(zhì)的穩(wěn)定性，所以想通過直接加工氧化鋁粉體而提高其性能是極為困難的。因此要得到更高性能的氧化鋁粉體需要從合成制備技術(shù)開始。
二、球形氧化鋁的制備
粉體球化方法包括物理方法和化學(xué)方法。
按照不同的物質(zhì)聚集方式，可將制備球形氧化鋁的方法系統(tǒng)地分為氣相法、液相法和固相法三大類。
球形氧化鋁粉體的制備方法
球磨法
球磨法是最常見的制備超細氧化鋁粉體的方法，通常利用球磨機的轉(zhuǎn)動或振動，原料被磨料撞擊、球磨和攪拌，大粒徑的粉體被細化為超細粉體。
氧化鋁粉的球磨工藝路線圖
魏帥.化學(xué)沉淀法制備高分散氧化鋁粉體及其性能表征
制得的球形氧化鋁粉體顆粒的尺寸大小主要取決于原材料的顆粒狀態(tài)和制備工藝。
優(yōu)點：操作簡單，成本低廉，產(chǎn)量高。
缺點：制得的球形粉體顆粒的表面相對粗糙，導(dǎo)致比表面積增大，增大了粉體活性，從而容易出現(xiàn)顆粒間團聚現(xiàn)象，不適合制備具有高質(zhì)量要求的球形粉體顆粒。
均相沉淀法
均相溶液中的沉淀過程是晶核形成，然后聚集長大，最后從溶液中析出的過程，通常是非平衡態(tài)的，但如果能夠使沉淀劑在均相溶液中的濃度降低，甚至是緩慢的生成，那么就會均勻的生成大量的微小晶核，最終形成的細小沉淀顆粒會均勻的分散在整個溶液當(dāng)中，而且會在相當(dāng)長的時間內(nèi)保持一種平衡狀態(tài)，這種獲得沉淀的方法稱為均相沉淀法。對于均相沉淀法，如果得到的沉淀顆粒的尺寸在膠體粒子的范圍內(nèi)，那么此法也稱為溶膠凝膠法。
沉淀法制備超細氧化鋁前軀體的工藝流程圖
巢昺軒. 水溶液沉淀法制備超細球形氧化鋁的工藝研究
均相沉淀法制備氧化鋁粉體工藝路線圖
徐曉娟.單分散球形Al2O3及YAG粉體的合成與性能研究
優(yōu)點：均相沉淀法比較溫和，球形率高，平均粒徑 400nm～10μm，純度低，分散性好。
缺點：為了獲得球形粉末，通常必須使用硫酸鋁為原料，因此在煅燒階段會產(chǎn)生有害的硫化物。燒結(jié)后有團聚，多孔道。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是用醇鹽或者無機鹽經(jīng)過水解或者聚合作用形成前驅(qū)體溶膠，然后再醇洗、陳化最后煅燒得到氧化鋁粉體，使用此方法要精確控制體系的 pH和反應(yīng)物濃度。
優(yōu)點：均勻性好、化學(xué)純度高等優(yōu)。
缺點：制備工藝較為復(fù)雜，成本較高。
溶膠-乳液-凝膠法
這種方法是在溶膠凝膠法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，早期，溶膠凝膠法多用來制備氧化鋁溶膠，更多的是研究所得膠體的組織結(jié)構(gòu)，逐漸地，此法成為制備超細粉體的常用方法，為了得到球形的粉體顆粒，人們利用油相和水相間的界面張力制造微小的球形液滴，使溶膠粒子的形成及凝膠化都被限定在微小的液滴中進行，最終獲得球形的沉淀顆粒。
溶膠-乳液-凝膠法制得的球形氧化鋁的形貌
在溶膠-乳液-凝膠法中，為了形成乳濁液，使用了大量的有機溶劑和表面活性劑，乳濁液中的球形粉末的分離過程非常繁瑣，并且在干燥和煅燒階段不容易保持粉末的球形。
滴球法
滴球法是將氧化鋁溶膠滴入到油層（通常使用石蠟，礦物油等）中，靠表面張力的作用形成球形的溶膠顆粒，隨后溶膠顆粒在氨水溶液中凝膠化，最后將凝膠顆粒干燥、煅燒形成球形氧化鋁的方法。這種方法是對溶膠-乳液-凝膠法在工藝上的進一步改進，將乳液技術(shù)應(yīng)用于溶膠的老化階段，并且保持油相不動，省去了粉體與油性試劑的分離處理。
連續(xù)制備球形氧化鋁吸附劑的裝置圖
優(yōu)點：這種方法通常用來制備粒徑較大的球形氧化鋁，主要應(yīng)用于吸附劑或催化劑載體。
缺點：使用熱油和必須保持溶膠長時間滴落是滴球法的缺點。
模板法
模板法是以球形原料作為過程中控制形態(tài)的試劑，產(chǎn)物通�？招�，或者是核殼結(jié)構(gòu)。Jin Lu使用了富集羧酸鹽的碳質(zhì)微球，制備了空心球形氧化鋁。
空心球形氧化鋁的合成原理
由于模板的性能決定了粉末最終的外觀，所以在模板法中必須使用符合嚴(yán)格要求的模板劑。
球形氧化鋁合成工藝流程圖
呂益敏.高水熱穩(wěn)定型球形氧化鋁制備及其在催化中的應(yīng)用
李磊用模板法，以阿拉伯樹膠粉、阿拉伯樹膠粉和 P123 混合試劑為模板來合成球形氧化鋁。
阿拉伯樹膠粉在合成球形氧化鋁中的作用
李磊.利用模板材料制備球形納米氧化鋁粉末的研究
氣溶膠分解法
氣溶膠分解通常是以鋁醇鹽為原料，利用鋁醇鹽易水解和高溫?zé)峤獾男再|(zhì)，并采用相變的物理手段，將鋁醇鹽氣化，然后與水蒸汽接觸水解霧化，再經(jīng)高溫干燥或直接高溫?zé)峤�，從而實現(xiàn)氣-液-固或氣-固相的轉(zhuǎn)變，最終形成球形氧化鋁粉體。由霧化部分和反應(yīng)部分組成的復(fù)雜的實驗裝置是這種方法的關(guān)鍵。
氣溶膠分解法的裝置圖及產(chǎn)物的 SEM
氣溶膠水解法的流程簡圖
噴射法
噴射法制備球形氧化鋁的實質(zhì)是在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)變，利用表面張力的作用使產(chǎn)物球形化，根據(jù)相轉(zhuǎn)變的特點又可以分為噴霧熱解法，噴霧干燥法和噴射熔融法。
等離子噴霧熔融法的裝置圖及產(chǎn)物的 SEM
氣溶膠分解法和噴霧法適用于生產(chǎn)微米級到納米級球形氧化鋁粉末，雖然反應(yīng)設(shè)備復(fù)雜，但容易實現(xiàn)工業(yè)化。
其它方法
噴霧干燥法：噴霧干燥法是利用噴霧器的作用控制氧化鋁成球的一種方法。上海硅酸鹽研究所的丁祥金以氧化鋁溶膠為結(jié)合劑,將α-Al2O3細粉、氧化鋁溶膠、蒸餾水按1:1.6:1.2的體積比混合,經(jīng)球磨后漿料在噴霧干燥器上噴霧造粒,搜集粉料放入120℃烘箱中干燥24h后,分別在800-1600℃下鍛燒2h,得到不同鍛燒溫度下的粉料。
噴霧干燥法的流程圖
噴霧干燥裝置
劉潔.超細球形氧化鋁的制備及其粒度與晶型的控制
爆炸合成法：爆炸合成法是通過炸藥爆炸或放電爆炸中釋放的強能量來控制氧化鋁成球的一種方法。
朱士貞利用海藻酸與擬薄水鋁石的凝膠特性，制備了兩種不同規(guī)格的球形氧化鋁顆粒，分別為粒徑在 3-5nm 的純氧化鋁顆粒和粒徑為 1-2nm 的不同金屬雜化的球形氧化鋁顆粒。研究表明，采用海藻酸溶膠凝膠與擠條成型相結(jié)合的方法制備的純氧化鋁小球具有較高的比表面積（100~300m2/g）和較大的孔容（0.8~1.1cm3/g）及孔徑（15~33nm）。
海藻酸結(jié)構(gòu)式
金屬離子 Mn+與海藻酸 G 嵌段形成的“蛋殼”結(jié)構(gòu)
球形氧化鋁的制備流程
雜化球形氧化鋁顆粒制備過程
球形氧化鋁粉體的制備手段類比
小結(jié)
球形氧化鋁屬于氧化鋁材料家族中的精細化工產(chǎn)品。其具有杰出的壓制成型和燒結(jié)特性，可極大的提高陶瓷制品的質(zhì)量；規(guī)則的形貌可以避免產(chǎn)生劃痕，利于作為拋光研磨材料；在石油化學(xué)工業(yè)中，作為催化劑直接使用的超細球形氧化鋁粉末可以減少磨損，提高催化劑的使用壽命，從而降低生產(chǎn)成本。QYResearch預(yù)測全球球形氧化鋁市場2024年將達到94.61百萬美元。球形氧化鋁制備技術(shù)有待進一步加強。
參考資料：
劉紅宇等.球形氧化鋁的制備方法評述
劉潔.超細球形氧化鋁的制備及其粒度與晶型的控制
朱士貞 .新型球形氧化鋁顆粒的制備及其在丙烷脫氫中的性能研究
魏帥.化學(xué)沉淀法制備高分散氧化鋁粉體及其性能表征
巢昺軒. 水溶液沉淀法制備超細球形氧化鋁的工藝研究
徐曉娟.單分散球形Al2O3及YAG粉體的合成與性能研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
