摘要：片狀氧化鋁粒徑大小可控,覆蓋度高,具有良好的取向性。而且優(yōu)異的耐高溫，高導熱性等性能使其成為耐火涂料的首選填料之一。本文采用簡單的工藝制備了高純片狀α-Al2O3。
0 引 言
片狀氧化鋁具有優(yōu)異的耐酸堿性,耐高溫,高硬度,高熔點,高導熱性和高電阻率等很多優(yōu)良的性能；另外還具有其它片狀粉體所不具備的良好的耐熱性和高的機械強度。因此,可廣泛應用于顏料、涂料、化妝品、汽車面漆、油墨等諸多領域[1,2]。由于建筑事業(yè)的發(fā)展和生命財產安全的需要，耐火涂料的發(fā)展成為熱門課題。作為耐火涂料填料之一的片狀氧化鋁也被更加的重視。
目前制備片狀氧化鋁最常用的方法是水熱或醇熱合成法以及熔鹽法、球磨法和涂膜法[1～4]，但是這些方法都不同程度地存在成本高或工藝復雜等弊病。因此，研究以簡單工藝、低生產成本制備高純片狀α-Al2O3具有十分重要的意義。
1 實驗方法
實驗以硝酸鋁[Al(NO3)3?9H2O]（分析純）和水溶性高分子為原料。實驗中用到的水溶性高分子包括：可溶性淀粉、木薯淀粉、阿拉伯樹膠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。
實驗過程如下：將硝酸鋁與水溶性高分子混合研磨均勻，放入燒杯中；直接放入150℃干燥箱中加熱30分鐘得到面包狀的黃色蓬松狀產物；該產物在1000℃～1200℃保溫1～2小時，獲到高純片狀α-Al2O3。通過控制球磨工藝可以得到不同粒徑的片狀α-Al2O3。
實驗所用測試設備名稱、型號及生產廠家列于表1。
表1 實驗所用測試設備
儀器名稱
型號
生產廠家
綜合熱分析儀
STA－449
德國耐馳公司
示差熱掃描量熱儀
Netz204
德國耐馳公司
納米粒度于zeta電位分析儀
ZS90i
英國馬爾文公司
X射線衍射儀
X’PertPRO
荷蘭PANalytical
2 實驗結果及討論
2.1不同水溶性高分子對前驅體體積的影響
將不同的水溶性高分子與硝酸鋁等質量混合研磨均勻，放入同樣大小的燒杯中，150℃干燥箱中加熱30分鐘。按照所得黃色蓬松狀產物（即前驅體）的體積由大到小排列為：可溶性淀粉>阿拉伯樹膠>聚乙烯醇>木薯淀粉，其中聚丙烯酰胺與硝酸鋁無法得到蓬松狀前驅體。而2克可溶性淀粉與2克硝酸鋁混和研磨均勻后放入200ml的燒杯，加熱后得到的前驅體可充滿整個燒杯。
2.2可溶性淀粉的用量對前驅體的影響
將硝酸鋁與可溶性淀粉分別按質量比1:0.5，1:1，1:2，1:4稱取。實驗表明當硝酸鋁與可溶性淀粉等質量配比時，所得前驅體體積最大。
2.3前驅體成分分析
圖1是前驅體的X射線衍射圖，圖中衍射峰彌散，可以看出前驅體為非晶態(tài)物質。
硝酸鋁在73.5℃開始脫結晶水并發(fā)生自溶解現象，135℃分解為堿式鹽，200℃分解成Al2O3和氮的氧化物（可寫4Al2O3·3N2O5·14H2O）[5]；淀粉在250℃開始分解，600℃左右全部碳化。
前驅體為黃色蓬松狀，是因硝酸鋁溶解于自身結晶水時水解出的硝酸根的強氧化性使部分淀粉碳化，同時硝酸鋁分解產生大量氣體令濕潤淀粉發(fā)泡膨脹。圖2是前驅體的熱分析圖，300℃以前有個吸熱峰，伴隨質量的下降，這一過程主要是吸附水的脫除以及未分解完的硝酸鋁的繼續(xù)分解；300℃～600℃之間的質量下降主要是淀粉碳化引起的；600℃之后質量損失減緩，伴隨強吸熱峰的出現，這一過程主要是淀粉碳化的基本完成，以及氧化鋁晶形轉變的過程，1100℃全部轉化為α-Al2O3，吸熱停止。
圖1前驅體的X射線衍射圖圖2前驅體的熱分析圖
2.4 前驅體加熱過程中的物相變化及形貌觀察
圖3是不同溫度煅燒1.5小時所得產物的X射線衍射圖，從圖中可以看出前驅體升溫過程中的物相變化次序為：前驅體無定型Al2O3γ-Al2O3α-Al2O3。其中γ-Al2O3的形成溫度介于800～1000℃，α-Al2O3開始形成的溫度為1000℃，經1100℃，1.5h煅燒，前驅體可完全轉化為α-Al2O3。圖4是前驅體1000℃煅燒2h產物的掃描電鏡圖，從圖中可以看出產物為片狀，且面積較大，厚度介于200～300nm之間。
2.5球磨時間對片狀氧化鋁粒徑的影響
圖5所示為漿料濃度為20%、表面活性劑用量1.5%、研磨介質/物料=8:1、轉子轉速1200r/min時，氧化鋁粒徑隨研磨時間的變化。從圖5可知，隨著球磨時間的延長，氧化鋁粒徑下降；在12h內氧化鋁粒徑下降較快，繼續(xù)研磨變化減慢，24h之后氧化鋁粒徑基本不再減小。因此可以根據需要控制球磨時間來得到不同粒徑的片狀氧化鋁。
圖3 不同溫度煅燒1.5小時所得產物的X射線衍射圖
圖4前驅體1000℃煅燒2h產物的SEM圖圖5球磨時間對粉體粒度的影響
3 結論
（1）等質量的硝酸鋁與可溶性淀粉，通過簡單工藝可制得片狀的α-Al2O3。
（2）前驅體以非晶態(tài)物質為主；隨著溫度的提高有機物燃燒殆盡，氧化鋁在1100℃全部轉化為α-Al2O3。
（3）通過控制球磨工藝可根據需要制得不同粒徑的片狀α-Al2O3。
參考文獻
[1] 陳勝福，黃堅，李建文.多品種氧化鋁開發(fā)進展、動向及市場現狀[J].材料導報，2006，20（7）：22-26.
[2] 鄧三毛，葉紅齊，蘇周，等.片狀氧化物粉體的合成與性能[J].化工新型材料，2004，32（7）：13-15.
[3] Takeshi Fukuda, Ryuichi shido, Kurobe-shi. Flake-like alfa-alumina particles and method for producing the same[P]US0043910A1,2001-11-22.
[4] Seagusa, Kunio.A method for producing a flaky material[P]EP020952A2,1987-03-04.
[5] Barbara Pacewska, Mohamed Keshr.Thermal transformations of aluminium nitrate hydrate[J].Thermochimica Acta,2002:73-80.
0 引 言
片狀氧化鋁具有優(yōu)異的耐酸堿性,耐高溫,高硬度,高熔點,高導熱性和高電阻率等很多優(yōu)良的性能；另外還具有其它片狀粉體所不具備的良好的耐熱性和高的機械強度。因此,可廣泛應用于顏料、涂料、化妝品、汽車面漆、油墨等諸多領域[1,2]。由于建筑事業(yè)的發(fā)展和生命財產安全的需要，耐火涂料的發(fā)展成為熱門課題。作為耐火涂料填料之一的片狀氧化鋁也被更加的重視。
目前制備片狀氧化鋁最常用的方法是水熱或醇熱合成法以及熔鹽法、球磨法和涂膜法[1～4]，但是這些方法都不同程度地存在成本高或工藝復雜等弊病。因此，研究以簡單工藝、低生產成本制備高純片狀α-Al2O3具有十分重要的意義。
1 實驗方法
實驗以硝酸鋁[Al(NO3)3?9H2O]（分析純）和水溶性高分子為原料。實驗中用到的水溶性高分子包括：可溶性淀粉、木薯淀粉、阿拉伯樹膠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。
實驗過程如下：將硝酸鋁與水溶性高分子混合研磨均勻，放入燒杯中；直接放入150℃干燥箱中加熱30分鐘得到面包狀的黃色蓬松狀產物；該產物在1000℃～1200℃保溫1～2小時，獲到高純片狀α-Al2O3。通過控制球磨工藝可以得到不同粒徑的片狀α-Al2O3。
實驗所用測試設備名稱、型號及生產廠家列于表1。
表1 實驗所用測試設備
儀器名稱
型號
生產廠家
綜合熱分析儀
STA－449
德國耐馳公司
示差熱掃描量熱儀
Netz204
德國耐馳公司
納米粒度于zeta電位分析儀
ZS90i
英國馬爾文公司
X射線衍射儀
X’PertPRO
荷蘭PANalytical
2 實驗結果及討論
2.1不同水溶性高分子對前驅體體積的影響
將不同的水溶性高分子與硝酸鋁等質量混合研磨均勻，放入同樣大小的燒杯中，150℃干燥箱中加熱30分鐘。按照所得黃色蓬松狀產物（即前驅體）的體積由大到小排列為：可溶性淀粉>阿拉伯樹膠>聚乙烯醇>木薯淀粉，其中聚丙烯酰胺與硝酸鋁無法得到蓬松狀前驅體。而2克可溶性淀粉與2克硝酸鋁混和研磨均勻后放入200ml的燒杯，加熱后得到的前驅體可充滿整個燒杯。
2.2可溶性淀粉的用量對前驅體的影響
將硝酸鋁與可溶性淀粉分別按質量比1:0.5，1:1，1:2，1:4稱取。實驗表明當硝酸鋁與可溶性淀粉等質量配比時，所得前驅體體積最大。
2.3前驅體成分分析
圖1是前驅體的X射線衍射圖，圖中衍射峰彌散，可以看出前驅體為非晶態(tài)物質。
硝酸鋁在73.5℃開始脫結晶水并發(fā)生自溶解現象，135℃分解為堿式鹽，200℃分解成Al2O3和氮的氧化物（可寫4Al2O3·3N2O5·14H2O）[5]；淀粉在250℃開始分解，600℃左右全部碳化。
前驅體為黃色蓬松狀，是因硝酸鋁溶解于自身結晶水時水解出的硝酸根的強氧化性使部分淀粉碳化，同時硝酸鋁分解產生大量氣體令濕潤淀粉發(fā)泡膨脹。圖2是前驅體的熱分析圖，300℃以前有個吸熱峰，伴隨質量的下降，這一過程主要是吸附水的脫除以及未分解完的硝酸鋁的繼續(xù)分解；300℃～600℃之間的質量下降主要是淀粉碳化引起的；600℃之后質量損失減緩，伴隨強吸熱峰的出現，這一過程主要是淀粉碳化的基本完成，以及氧化鋁晶形轉變的過程，1100℃全部轉化為α-Al2O3，吸熱停止。
圖1前驅體的X射線衍射圖圖2前驅體的熱分析圖
2.4 前驅體加熱過程中的物相變化及形貌觀察
圖3是不同溫度煅燒1.5小時所得產物的X射線衍射圖，從圖中可以看出前驅體升溫過程中的物相變化次序為：前驅體無定型Al2O3γ-Al2O3α-Al2O3。其中γ-Al2O3的形成溫度介于800～1000℃，α-Al2O3開始形成的溫度為1000℃，經1100℃，1.5h煅燒，前驅體可完全轉化為α-Al2O3。圖4是前驅體1000℃煅燒2h產物的掃描電鏡圖，從圖中可以看出產物為片狀，且面積較大，厚度介于200～300nm之間。
2.5球磨時間對片狀氧化鋁粒徑的影響
圖5所示為漿料濃度為20%、表面活性劑用量1.5%、研磨介質/物料=8:1、轉子轉速1200r/min時，氧化鋁粒徑隨研磨時間的變化。從圖5可知，隨著球磨時間的延長，氧化鋁粒徑下降；在12h內氧化鋁粒徑下降較快，繼續(xù)研磨變化減慢，24h之后氧化鋁粒徑基本不再減小。因此可以根據需要控制球磨時間來得到不同粒徑的片狀氧化鋁。
圖3 不同溫度煅燒1.5小時所得產物的X射線衍射圖
圖4前驅體1000℃煅燒2h產物的SEM圖圖5球磨時間對粉體粒度的影響
3 結論
（1）等質量的硝酸鋁與可溶性淀粉，通過簡單工藝可制得片狀的α-Al2O3。
（2）前驅體以非晶態(tài)物質為主；隨著溫度的提高有機物燃燒殆盡，氧化鋁在1100℃全部轉化為α-Al2O3。
（3）通過控制球磨工藝可根據需要制得不同粒徑的片狀α-Al2O3。
參考文獻
[1] 陳勝福，黃堅，李建文.多品種氧化鋁開發(fā)進展、動向及市場現狀[J].材料導報，2006，20（7）：22-26.
[2] 鄧三毛，葉紅齊，蘇周，等.片狀氧化物粉體的合成與性能[J].化工新型材料，2004，32（7）：13-15.
[3] Takeshi Fukuda, Ryuichi shido, Kurobe-shi. Flake-like alfa-alumina particles and method for producing the same[P]US0043910A1,2001-11-22.
[4] Seagusa, Kunio.A method for producing a flaky material[P]EP020952A2,1987-03-04.
[5] Barbara Pacewska, Mohamed Keshr.Thermal transformations of aluminium nitrate hydrate[J].Thermochimica Acta,2002:73-80.
