α-Al₂O₃因其特殊的结构和性质特点，使其在电子、化工、航空航天等领域得到广泛的应用。而在实际的工业生产中，即使是同一种粉体，不同的生产厂家、不同的生产工艺及不同的生产设备所生产出的粉体，其物理、化学性能指标也不尽相同，甚至会有较大差别。只有正确、全面地表征粉体及颗粒的各项性能指标才能更好地指导生产和应用。

对于α-Al₂O₃粉体来说，在生产和使用中除了化学成分，常见的表征项目有：粒度、粒度分布、晶体形貌、原晶粒度、比表面积、真密度、松装密度、吸油率、吸水率、PH值、电导等。上述不同性能实际上也是相互关联、相互影响的，并且直接影响粉体的加工性能和应用。理论上产品要达到质量完全一致，粉体的各 项性能指标也必须相同，但是在α-Al₂O₃的实际生产和应用中，大部分情况下并 不需要对所有表征项目进行分析检测，不同用户在不同条件下所要求的表征项目也不相同，根据经验只需分析几个关键指标即可。

为了α-Al₂O₃更好的生产和应用，就要对α-Al₂O₃的基本性能有所了解，并能全面、正确的对其进行表征。

α-Al₂O₃的基本概念

通常，自然界有天然的α-Al₂O₃矿物，称为刚玉，采用电弧炉高温熔融生产的α-Al₂O₃一般称为白刚玉，用工业氧化铝作原料，在1300~1500℃煅烧生成的α-Al₂O₃称为煅烧氧化铝，也即行业内常指代的α-Al₂O_3。

电熔法生产白刚玉

氧化铝煅烧回转窑

扩展阅读：

1.一文看懂工业氧化铝的生产与相变过程

2.α-氧化铝大家族：从性质、制备到应用

除了纳米级α-Al₂O₃（原晶或D₅₀≤40nm），一般工业高温煅烧生产常用的α-Al₂O₃其原晶粒度为0.3~100.0μm，原晶小于1μm的称之为微晶α-Al₂O₃，原晶大于10μm的称之为大晶体α-Al₂O₃，超过50μm的称为超大晶体α-Al₂O₃。

Ps：原晶又称初始晶粒、一次晶粒等，原晶粒度并不是粉体颗粒的粒度，如α-Al₂O₃原粉的原晶粒度为2μm，工业生产时研磨以后一般大于2μm，也可能小于2μm（依晶体形貌和研磨设备、研磨程度、工艺而定）。

隧道窑生产原晶~1.5μm

回转窑生产原晶4~5μm

高温大晶体原晶~15μm

粉体表征技术在α-Al₂O₃检测及生产中的应用

α-Al₂O₃主要有三大典型应用领域：陶瓷、耐火材料和研磨抛光，不同用途对α-Al₂O₃性能的要求和表征内容也不相同。下面为不同应用领域所要求的一些基本表征项目：

1.粉体的粒度、形貌分析

常用的粉体粒度、形貌分析方法、测试样品的用量见下表。

常用粉体粒度、形貌分析方法

测试样品的用量

使用激光粒度仪可以精确测量材料颗粒的大小分布，深入分析材料的结构和性能，因而成为应用广泛的粉体粒度测试仪器，但使用时重点应注意的问题如下：

（1）分析模式：一定要采用多峰模式，观察右边有无小峰，若有即为团聚体，说明研磨工艺有问题，可指导生产；

粒度分布图

（2）粗颗粒：不能用超声波进行分散，搅拌时要尽可能使用小转速以免团聚体破碎，这样才能反映粉体的真实粒度；

（3）标准筛：325目（53μｍ）、400目（38μｍ）、500目（25μｍ）、625目（20μｍ），筛网选择要标准或者校验。可用于判断研磨情况：研磨工艺参数是否合理，产品有无团聚体等。

扩展阅读：

1.一组图看懂激光粒度测量仪

2.粉体的性能表征之--粒度及其分布

2.粉体的显微结构分析

现代显微结构分析的定义为：在光学和电子显微镜下分辨出试样中所含有各相的种类和各相的数量、形状、大小、分布取向以及它们相互之间的关系。对粉体检测来说，可以观察粉体样品中α-Al₂O₃晶体的大小、形状、生长情况及微量杂质等，是否片状、球形、针状，厚径比、长径比、发育程度等。

片状氧化铝显微结构

光学显微镜分辨率为0.2μm（采取辅助措施后可达20nm），电子显微镜分辨率为0.3nm。

扩展阅读：

1.显微分析：特种陶瓷的“相面术”

2.超强分析手段：扫描电镜在电池材料领域的应用

3.α-Al₂O₃粉体的比表面积

通常采用BET氮气吸附法测定α-Al₂O₃的比表面积，α-Al₂O₃的比表面积的大小与其晶体形状、大小及α-Al₂O₃转化率有关，常用微米级的α-Al₂O₃微粉比表面积为0.3~25m²/g，粒度越小，比表面积越大；转化率越高，比表面积越小；纳米α-Al₂O₃比表面积则较大，一般在100m²/g以上。

几种型号α-Al2O3比表面积与原晶大小对照

扩展阅读：

1.粉体比表面积测试方法对比分析及应用领域

2.比表面积及孔径分析仪等全新标准发布（粉体工业整理版）

4.α-Al₂O₃粉体的密度

（1）真密度

真密度也称有效密度，通常采用比重瓶法测量。采用比重瓶法测定最好是测原粉（粗粉）的真密度，微粉误差较大，一般工业常用的α-Al₂O₃真密度为3.92~3.98g/cm³，因为Al₂O₃不同相中的α相真密度最高，所以，真密度越高，α-Al₂O₃含量越高，转化率亦越高。

比重瓶法真密度测试仪

（2）α-Al₂O₃粉松装密度

松装密度的测定方法为国家标准GB/T6609.25-2004，同样是测定原粉，微粉误差大。从粉体松装密度大小可以定性判断粉体的比表面积、转化率和原晶相对大小，另外，也可以简单判断出生产工艺，一般隧道窑原粉的松装密度为0.7~0.9g/cm³，回转窑的松装密度为0.9~1.1g/cm³。

松装密度测试仪

（3）压实密度

压实密度一般用于测定微粉。α-Al₂O₃微粉压实密度的测定方法：不同厂家略有差别，压实密度与粉体的粒度、比表面积、转化率、原晶大小、形状、真密度都有关系，对于下游用户来说，压实密度越大越好。

5.α-Al₂O₃的α相转化率

通常采用Ｘ射线衍射法检测α-Al₂O₃，依循国家标准GB/T6609.32-2009。转化率愈高，真密度愈大，采用工业氧化铝生产的α-Al₂O₃其转化率与真密度有以下近似关系：即当转化率≥92％时，真密度的小数点后两位与转化率相同；如转化率为95％，则真密度为3.95g/cm³；转化率为98％，则真密度为3.98g/cm³；转 化 率为100％，则真密度为3.99~4.00g/cm³。

另外相同生产工艺条件下，转化率愈高，α-Al₂O₃的松装密度愈大，则比表面愈小。

一般来说，在没有矿化剂情况下，工业氧化铝或氢氧化铝从1200℃开始生成α-Al₂O₃，同样条件下温度越高转化率越高，且α-Al₂O₃晶体越大，在实际生产中同样的设备，同样的保温时间，如隧道窑1300℃某种原料的转化率为90%，α-Al₂O₃晶体单晶为0.7～0.8μm；而1520℃则转化率可达到96%，α单晶可达到1.3~1.5μm。

如回转窑，受限于设备本身工艺条件保温时间较短，以氢氧化铝为原料，同等条件下，在温度为1300℃时生产的α-Al₂O₃的转化率为87%左右，α-Al₂O₃晶体为0.6μm；当温度达到1420℃时，α-Al₂O₃的转化率为90%~92%，α-Al₂O₃原晶大约为1μm。

总结

在α-Al₂O₃粉体的生产和应用中，粉体及颗粒性能的表征非常重要，显微图像法 是研究α-Al₂O₃粉体颗粒的一个重要表征方法。不同工艺，设备生产出的产品物理化学性能也有所不同，各种性能之间存在一定的关联并相互影响，只有充分了解和掌握才能更好地生产和应用。

参考来源：

1.粉体表征技术在α-Al₂O₃检测及生产中的应用，孙志昂、沈乐、田春华（陶瓷）；

2.氧化铝α相变及其相变控制的研究，吴玉程、宋振亚、杨晔、李勇、崔平（合肥工业大学材料学院、中国科学院固体物理研究所纳米材料研究中心）。

粉体圈小吉

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。