晶种对α- 氧化铝原晶形貌影响的研究

晶种对α- 氧化铝原晶形貌影响的研究

郭翠红

（中铝山东新材料有限公司，山东淄博  255052）

摘要：本文用电镜和激光粒度仪等手段, 初步分析了晶种对α-氧化铝原晶大小和形貌的影响。指出α-氧化铝晶种的加入可以显著的降低ａ相的形核势垒，降低氧化铝转相的温度，并改变原晶的加入还可以改变粉末的微结构，降低晶粒尺寸和控制颗粒的形状。深入研究矿化剂对α-氧化铝原晶形貌的影响, 采用不同晶种比例控制α-氧化铝原晶的大小和形貌, 是研究开发适应不同行业需要的高附加值α-氧化铝新产品的关键。

关键词: 晶种; α-氧化铝; 原晶粒度; 形貌

α－氧化铝又称煅烧氧化铝、高温氧化铝，是氧化铝最稳定的相，具有熔点高、硬度大、绝缘耐磨性能好，耐酸碱等一系列优点，且原料易得，被广泛应用于耐火材料、各种陶瓷材料、研磨抛光材料及玻璃和化工材料等许多领域。

α－氧化铝是以工业氧化铝或氢氧化铝为原料, 1200℃以上高温焙烧而成。本文选用氢氧化铝作原料，焙烧过程先失水转化成氧化铝，氧化铝是白色松散的结晶粉末, 它是由许多粒径小于0. 1μm 的细小原晶组成的多孔球形聚集体, 平均颗粒大小为50~ 90μm, 在高温焙烧过程中原晶逐渐长大。焙烧而成α- 氧化铝原粉( 二次粒子) 是许多原晶( 一次粒子) 的聚合体, 由于α－氧化铝原晶属三方晶系, 晶格能大, 正负离子间键力强, 熔点高达2053℃, 莫氏硬度为9, 采用机械破碎方法, 不论是振动磨、球磨还是气流磨制取α-氧化铝微粉只能打散这些聚合体, 很难破坏其原晶结构, 所以原晶大小和形状制约了α－氧化铝微粉加工的细度, 要制取粒度要求很严的高附加值α－氧化铝,焙烧过程中控制原晶大小是一个关键工艺。H3BO3、NH4Cl、AlF3 等矿化剂因具有除钠和降低α-氧化铝转变温度双重作用, 目前已在α－ 氧化铝生产中得到了广泛应用, 实际上,晶种的加入对控制A- 氧化铝原晶形状和大小也是至关重要的，为此进行了如下试验研究。

1 试验过程

1. 1 试验设备及原辅料

原料: 中铝山东分公司产氢氧化铝,中铝山东分公司产超细高温氧化铝，其物化性能见表1。

试验设备:  KSL-系列1700X 箱式高温炉

脱钠剂: SiO2

表1 试验用氢氧化铝的物化性能

1. 2 试验方法

1. 2. 1 焙烧条件

温度: 1400 ℃ 保温时间: 4小时

脱钠剂加入量: 氧化铝重量的0.5%

1. 2. 2 试验方法

将脱钠剂、晶种按加入量称量好, 分别放入原料中, 装入刚玉坩埚在高温炉中升温到1400 ℃保温4小时。

1. 3 试验结果及讨论

1. 3. 1 分析结果烧结物料经物化检测典型物性能见表2, 电镜照片见图1。

表2 采用不同晶种添加比例制取的α- 氧化铝微粉典型性质

图1  采用不同晶种添加比例原晶粒度

图2  采用不同晶种添加比例原晶电镜图

2. 讨论

2.1从以上分析结果可看出随着晶种添加比例的增大，焙烧后－氧化铝晶粒度越小，越接近晶种的晶粒度，2.1μm，但是当添加比例超过6%后，抑制原晶效果达到平台期。

2.2另外，晶种添加比例的增大对转化率的影响也是显而易见的，在添加α-氧化铝晶种后,α相变温度显著降低是形核密度提高和形核势垒降低的结果，因此利用晶种的加入是降低α相变的温度的有效手段。

2.3随着晶种的加入，α-氧化铝原晶蠕虫状聚合形式的分离使之片状化。

3.结论

α-氧化铝原粉( 二次粒子) 是许多α-氧化铝原晶( 一次粒子) 的聚合体, 机械破碎生产α-氧化铝微粉的作用是打散这些聚合体, 而不能破坏其原晶结构, 所以α-氧化铝的原晶大小制约了其微粉加工的细度。α-氧化铝晶种的加入可以显著的降低ａ相的形核势垒，降低氧化铝转相的温度，并改变原晶的加入还可以改变　粉末的微结构， 降低晶粒尺寸和控制颗粒的形状。

参考文献：[1]刘伟，矿化剂对A- 氧化铝原晶形貌的影响及在新产品开发中的应用[J]轻金属，2005，3（6）

[2]吴玉程等，氧化铝相变及其相变控制的研究[J]，稀有金属，2004,28,（6）