高纯氧化铝由于其良好的电学、热学、力学和光学性能,被广泛用于制作集成电路基板、透明高压钠灯管、三基色荧光粉、功能单晶、精密仪表和航空功能器件。高纯氧化铝中杂质元素的种类及含量直接影响其物理和化学性能，因此对高纯氧化铝中杂质元素的定量分析十分重要。

应用示例：高纯氧化铝作为一种重要的透明陶瓷材料,其用途之一就是制造高压钠灯管。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源,在钠蒸气放电时会产生1000℃以上的高温，具有很强的腐蚀性，玻璃灯管根本没法耐受，直到有了高纯氧化铝透明陶瓷，高压钠灯才得到实际应用。

一、杂质对氧化铝的性能影响

影响氧化铝性能的杂质元素有14-15种之多，常见而又特别有害的主要有4~5种，它们是Na₂O、Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等。下面将对部分杂质元素及其对氧化铝性能的影响做简单分析。

1、杂质Na₂O的影响

氧化钠杂质能显著影响氧化铝烧结瓷体的介质损耗，氧化钠含量的提高一般都要伴随tgδ(tgδ为介质损耗角的正切)值的显著增大。氧化钠对氧化铝瓷体tgδ提高的有害影响与瓷体中高铝酸钠(Na₂O·11Al₂O₃)的存在有关。Na₂O·11Al₂O₃是Na₂O在高温(1400℃以上)锻烧时与Al₂O₃反应形成的，又称β-Al₂O_3。

除此之外，在锻烧过程中，高铝酸钠还会影响Al₂O₃的转化速度和转化率，且使氧化铝的晶粒变粗，比表面积减小，晶形也不规则。它的存在还损害陶瓷的电气性能，降低耐火度。所以Na₂O是一种危害较大的杂质，应尽可能除掉。

2、杂质Fe₂O₃的影响

氧化铁对陶瓷的影响主要表现在以下方面：陶瓷的烧结温度变窄；降低陶瓷的冷热性能；降低陶瓷的电击穿强度和抗折强度；影响陶瓷的白度，还容易在陶瓷釉面上产生色斑。原料中的氧化铁的含量虽然较低，但是在锻烧生产过程中由于铁制设备的磨损等进入氧化铝造成二次污染，使铁含量超标。所以在生产过程中必须进行磁力除铁，避免和消除生产过程中可能产生的二次污染。

3、杂质SiO₂的影响

在陶瓷中的SiO₂将以莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）次级晶相存在，如果SiO₂增加，次晶相增多，主晶相α-Al₂O₃含量就会减少，将影响陶瓷的性能。我国的低钠氧化铝SiO₂含量比国外的低钠氧化铝高2-3倍，并不是因为我国的原料含硅量太高。杂质SiO₂增多的主要原因是有些工厂的环卫生条件很差、生产管理不严、产品质量意识淡薄,使尘土和窑炉耐火砖粉末混入,造成二次污染。

4、杂质CaO和MgO的影响

CaO和MgO在陶瓷中形成六铝酸钙CaO·Al₂O₃和尖晶石MgO·Al₂O₃次级晶相，如果CaO和MgO含量增多，主晶相α-Al₂O₃就会减少。所以西方国家和我国的军用氧化铝规定：Cao和Mgo含量之和不能超过0.05%。

二、氧化铝杂质元素常用检测方法

1、原子吸收光谱法(AA)

对氧化铝化学元素的检测方法中，原子吸收光谱法是最基础的检测方式，在化学分析领域中，原子吸收光谱仪是一项非常重要的分析仪器，该方法的原理就是将待测的元素分离出来，对其基态的原子特性辐射线的吸收程度来进行定量的分析，在进行常量性分组检测时，可以同时运用微量的测定方式，用原子吸收光谱法能够准确测定出氧化铝元素，精确性高，在国家标准系列GB／T6609中，不少的氧化物都采用该方式进行检测。

2、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)

电感耦合等离子质谱法是指，把溶液的样品通过雾化器的方式注入等离子体光源中， 以高温条件下进行汽化，当离子化的气体被解离出来时，把离子的质荷比进行分离，通过对各项离子的谱峰强度来进行分析，电感耦合等离子质谱法的检测虽然比原子吸收光谱图麻烦，但是灵敏度更高，检测出来的可靠性也就越高。

3、电感耦合等离子体光谱法

电感耦合等离子光谱法，也即 ICP-AES，多在对多元素进行同步测定时使用。其特点是渐变高效、灵敏度高。在 SN/T 2081-2008以及 YS/T 630-2007中对用此法检验的相关元素及其氧化物都有相应规定。

4、分光光度计法

这种方法在检测氧化铝化学元素时使用频率也相对较高，其作用原理是利用元素的吸光性能，通过分析计算由分光光度计产生的光线在透过氧化铝时被吸收的程度从而推算出其化学元素成分的方法。此法既具有分辨率高的优点，同时还相对稳定和可靠。

5、火焰光度计法

此法在操作中相对复杂，一半多用来检测氧化铝中氧化钠和氧化钾的含量。它是在将氧化铝雾化后，经火焰激发而产生不同的光线，通过火焰光度计对这些光线发射强度进行测量继而计算出相关元素的含量。

6、辉光放电质谱法(GD-MS)

辉光放电质谱法是氧化铝元素检测方法中最新的方式，这种检测方法就是以辉光放电源作为一项离子源，将其与质谱仪串联起来合并分析，就目前的技术手段而言，辉光放电质谱法是对氧化铝元素检查最为有效的方式，在进行检测时只需要将氧化铝的样品和导电材料置入混合压制而成的阴极中即能开始检测。例如， 以铜粉作为导电材料，与Al₂O₃粉末混合之后，将其进行压片处理，用直流辉光放电质谱法来对氧化铝中的元素直接进行检测，这样的检测结果与通过直流式的电弧发光质谱法的检测结果是一致的。

参考文献：

1、高纯氧化铝中痕量杂质元素的标准分析方法研究，中南大学，游玉萍。

2、氧化铝化学元素的检测与应用；张歌，梁征，袁波，王芳；河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院岩矿检测中心 。

3、氧化铝化学元素的应用与检测，陶玲，贵州有色地质化验监测中心。

编辑：Alpha