片状氧化铝作为一种重要的特种氧化铝材料，不仅具备普通氧化铝的优良性能而且还由于具有特殊的二维片状结构、适中的表面活性、良好的附着力、反射光线的能力以及显著的屏蔽效应等。同时，由于其价格是冶金级氧化铝的数十倍，因此片状氧化铝制备理论和工艺具有巨大的研究意义。

应用上，片状氧化铝作为氧化铝工业新的增长点已被广泛应用到颜料、化妆品、汽车漆料、耐火材料、增韧陶瓷等各个领域。比如说下图展示的默克公司的Xirallic®高彩度水晶珠光效果颜料，据说售价高达2000元/kg，使用的正是片状氧化铝基材。

Xirallic®水晶珠光效果颜料片状氧化铝基材电镜图

据默克的官网介绍，这种独特的闪烁效果的生产秘诀是金属氧化物对片状氧化铝基材的完美包覆，重点是每一片基材都拥有平整光滑的表面，因此可有效明显地增加了颜料对光的反射效果。

要制造出类似上述这种实现特定功能的片状氧化铝，关键就在于制备工艺的参数调整。接下来本文将以张鹤等以熔盐法制备片状氧化铝的实验为例，阐述氧化铝的片状形貌的形成机理，以及在实际应用中该如何通过改变条件来控制片状氧化铝的晶体形貌。

关于熔盐法

熔盐法又称助熔剂法，是1973年开始发展起来的一种合成氧化物陶瓷粉体的技术。它是将所需组分的反应物与两种盐按照一定比例混合，然后在高于盐的熔点的温度下进行煅烧，由于氧化物重新排布并迅速扩散到液态盐中进行反应而生成产物，冷却后经去离子水清洗除去其中的盐分得到纯净产物的一种粉体合成方法。

熔盐法是合成片状α-Al₂O₃最重要的方法之一，相比于直接烧结的高温固相法，熔盐法制备Al₂O₃的煅烧温度更低，烧结时间更短，制备出的片状Al₂O₃尺寸均匀，团聚低，是制备珠光颜料最理想的方法。

片状氧化铝的制备关键

作为最主要的片状氧化铝制备工艺之一，业界对熔盐法的制备工艺已有一定的研究。关键在于在熔盐法制备片状氧化铝时可以通过晶种的加入量、熔盐用量以及煅烧的温度和时间等参数对粉体的形貌进行控制。

首先需明确片状Al₂O₃的形成机理：铝盐和碳酸盐在溶液具有较高的流动性和扩散速率，可以迅速反应生成均匀的Al(OH)₃凝胶。Al(OH)₃进一步形成[Al(OH)₆]^3-八面体，构成二联（Al₂O₁₁）、三联（Al₃O₁₄）、六联（Al₆O₃₆）等不同维度的生长基元，这些生长基元的叠合规律遵循Pauling晶体化学规则。

由于晶体的生长受限于晶面结构和基元间的不同叠加方式，不加以限制会生长成板状晶体。如图所示，Al₂O₃晶体的形成主要以[0001]面簇为主要显露面，菱面体[112(—)3]亦常显露；六方柱[112(—)0]有一定程度显露，无添加剂的Al₂O₃晶体会容易生长成板状结构，而加入添加剂能使片状厚度和团聚减小（磷酸盐），形状规则（钛盐）。在Al₂O₃结晶过程中引入添加剂，对晶面实现定向禁阻作用，控制生长基元的叠加方向，最终制备可以出形状规则、分散性好、粒径均匀的片状Al₂O₃。

①添加剂的影响

钛盐：从晶粒的生长基元分析，添加钛盐能使Al₂O₃形状更加规则，团聚降低。下图是Al₂O₃晶体形貌转化机理，当加入钛盐时，会抑制红框圈住的两个晶面的生长。这是因为Ti⁴⁺的半径（60pm）与Al³⁺的半径（53pm）接近，且Ti⁴⁺呈四价，Al³⁺呈三价，3个Ti⁴⁺容易扩散进入Al2O3晶体中取代4个Al³⁺，造成了Al³⁺的空位。空位会导致晶格缺陷，有利于扩散，加快[0001]面的生长，使其余两个晶面的生长速度减小，Al₂O₃从板状结构转化成柱状结构。

但同时也要注意添加量的大小，下图张鹤等在不同TiO₂添加量下制备出来的片状氧化铝，可发现2%（质量分数）时形成的片状Al₂O₃粒径分布均匀，平均粒径最大（4.0μm），分散性好，呈现规则的正六边形。

磷酸盐：从晶粒生长基元分析，添加适量磷酸盐能使Al₂O₃由较厚的柱状结构转变为六边片状结构。这是由于PO₄³⁻离子强度较大，具有较高的库仑力，容易吸附在带负电粒子的[0001]面上，会产生静电阻力与空间位阻，抑制了生长基元在[0001]面上的叠加，限制了Al₂O₃在厚度上的生长，最终会得到薄而分散性好的片状Al₂O₃。

但随着磷酸盐过量增多时，磷酸根离子不仅会阻碍生长基元在[0001]面叠加，还会阻碍在其他晶面上的叠加，使各晶面生长不再是各向异性，晶体生长成不规则片状，晶粒难以长大。

②煅烧温度的影响

张鹤等研究了煅烧温度对片状Al₂O₃的重要影响，温度促进物质的传递速率和结合速率，过高的温度会使制备出的片状Al₂O₃尺寸较大。当温度为1200℃时，粉体晶型转变较好，对改善片状Al₂O₃的分散性有促进作用，所制得的六边片状Al₂O₃分散明显，粒径均匀。

不同煅烧温度下片状Al₂O₃形貌的SEM图

③熔盐比的影响

熔盐比对形成片状Al₂O₃的影响在熔盐法制备过程中，液相间传质作用对晶粒的形成过程有重要影响。因此，对熔盐用量的研究至关重要。张鹤等人采用熔盐体系为Na₂SO₄-K₂SO₄，适当的液相可以为晶粒的移动提供足够的空间，当铝盐与熔盐摩尔比为1:4时，制备出的晶粒尺寸均匀，分散性好。

资料来源：

张鹤,邵国强,史和邦,等. 片状氧化铝的熔盐法制备关键参数[J]. 化工展,2021,40(8):4187-4195. DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1864.

张倩影,朱丽慧,刘伟,等. 片状氧化铝粉体的制备及应用[J]. 材料导报,2007,21(z1):384-387. DOI:10.3321/j.issn:1005-023X.2007.z1.117.

粉体圈整理

本文为粉体圈原创作品，未经许可，不得转载，也不得歪曲、篡改或复制本文内容，否则本公司将依法追究法律责任。