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“氧化铝陶瓷”介绍
2019年09月29日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:193
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↓↓↓首先先上图镇楼一张

 

不错,上面的不闪闪亮的东东本质都是氧化铝,不过今天小编不聊怎么鉴别宝石,今天来带大家认识一下氧化铝在工业中应用。

1、如何从自然界获取氧化铝?

Al2O3在自然界主要以铝土矿形式存在(Al2O3·3H2O)形式存在,主流工艺为拜尔法制成,其流程大概是这样的:

Al2O3·3H2O+NaOH→NaAlO2(溶液),过滤后矿渣排走,

NaAlO2+Al(OH)3→Al(OH)3(降温过饱和沉降),

Al(OH)3→Al2O3(900~1200℃烘烤)形成α型晶,

Al(OH)3→Al2O3(140~450℃脱水),形成γ型晶。

具体的工艺流程如下:

这个红色的过程的本质是将矿石粉体化,以充分的化学手段将铝土矿中的杂质物质去除,以达到纯化氧化铝目的。我们经常的95%,99%,99。5%基本就决定于蓝色字体的过程。不要小瞧了小数点后几位,这已经属于精细化工范畴,同时也是础科技实力的象征。有没有种丑小鸭变白天鹅的感觉?然而人类不满足于获得一只白天鹅,而是把天鹅做成各种丰盛美味佳肴(let’sdoit),制作佳肴之前,我们有必要先了解白天鹅的种类。下面我们来看看,氧化铝的主要晶型。

林林总总的氧化铝大概有十几种晶型。但是我们最常用/见的就三种:α-晶型,γ-晶型,β-晶型。其中数α-型使用量最大(意思大概就是单价不高咯)。

不同氧化铝陶瓷晶型转变关系6方晶型α-Al2O3

这里要讲一个小插曲,β-Al2O3最早是在生产玻璃的窖炉壁上耐火材料(Al2O3)中被发现的。开始人们以为是以新的Al2O3晶型,最后被证明是是一部分Na2O渗入Al2O3的内形成的多元化合物(所以严格来说这应当是个复合材料Σ(⊙▽⊙"a),哈哈哈。但是就这个特殊的导电性马上让其位列“功能材料”的行伍,身价立马大涨。

β-Al2O3电池比传统电池储能效率更高

借此小编要告诉大家一个做人的道理:平凡的岗位上,越是踏实勤奋,经得起淬炼,积极的

吸收环境养分,量变总会有引起质变的一天(廉价耐火砖吸Na秒变电芯,身价暴增)。

此处需强插一句:材料的特性由其组份,结构决定。生产过程影响组份,结构。举个例子:沉降法获从铝土矿中获得Al2O3往往是絮状的;进一步干燥脱水结块形成γ晶相和α晶相混合相,看起来是一团粉末,微观上其实存在很多范德华力作用,是一种结构松散材料。当温度升高到1200℃时候,会有部分Al-O的化学键形成,γ-晶型团簇会进一步熔结形成更致致密的α-晶型团簇。松散的结构意味着很大表面面积,所以γ-晶相有一个牛逼的特点是就是比表面积特别大,可达300m2/g(我们常用的竹炭350m2/g),因此它基本是化工催化,气体吸附行业中的明星产品。耐腐蚀,耐高温这一点,足以秒杀其他催化剂触媒了。但拿来镀膜做防护膜用就白瞎(可惜、浪费~~)了。想享受氧化铝带高强度的保护怎么办?只能选择更致密的α-相氧化铝陶瓷。然而两者外观来看都是白色的,使用须谨慎。

3、下面对不同维度的氧化铝应用做个简介

3维材料:球啊、块啊,各种陶瓷件啊

三维材料有很多成型方法,可采用HIP/CIP(热等静压/冷等静压),将粉体在高压下进行压缩。强迫粉末之间形成作用力。这种方式常用于制作靶材或者砖坯,力学性质很差。无法直接应用在承载结构中,但也是由于其不紧密的结构,热力学性质会显著变化,从而在隔热材料中广泛应用。也可以与其它陶瓷粉末/有机溶剂混合后进行铸造,再干燥成型。同样这种方法之制备的材料也无法直接使用,后续需要进一步加工,随着5G时代的来领,LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic)这一技术已经陡然走俏,势必会带来一波氧化铝应用高潮。

将成型的胚材再高温条件进行烧结可获得力学性能优秀的成品。不同的应用领域对成品会有不同的要求,在半导体集行业应用中,需要很关注陶瓷中是碱金属含量,长期的电流&发热环境这些碱金属会对绝缘性造成影响(想想β-Al2O3的用途)总的来讲,3维材料我们关注的氧化铝关键点是(纯度,晶型,热导率,机械强度,热熔介电常数这些参量)。

 

 2维材料:薄膜材料

制备方法

a、PVD(physicvapordeposition):将靶材再低真空中采用等离子轰击成纳米颗粒,或者热蒸发方式让氧化铝沉积再表面。经热处理后形成有一定的强度/硬度/透过率的膜。。

b、So-Gel(溶胶-凝胶法):使用含有Al2O3的胶体,涂敷在表面上,然后再凝胶沉积在材料表面。随后经过热处理形成一层薄薄的陶瓷膜。

c、ALD(atomlayerdeposition)原子层沉积:采用还有铝的有机化合物,与水在超高真空内在表面上进行反应,这种工艺可形成品质优良是氧化铝纳米薄膜,无论在光学,电学力学上都具有异常优秀的品质。因此,它在半导体行业中由非常重要的应用。

d、氧化法:用氧化性物质对铝金属表面进行氧化处理。形成致密的氧化铝薄膜。助融法,将K2SO4KAl(SO4)2混合焙烧,冷却后溶浸处理得到。

以上前4种的方法都是需要将被处理表面与氧化铝陶瓷(源)放置再一个环境下加工,被加工物体表面就获得了氧化铝所具有的功能。最后一个生产的2维材料仅仅是材料而已,必须要进一步是设计使用,与1维材料类型的用法相同(复合材料添加剂)

 1维材料:晶须啊,线啊

制备方法

a、诱导法,Al2O3单晶放置于与Al2O3Al,H2O氛围内升温,使Al2O3沿着原来单晶方向进行生长形成纳米线。

b、Al-SiO2法:Al粉与SiO2粉体混合在保护气体中进行反应生长出Al2O3纳米线。

c、助融法,将K2SO4KAl(SO4)2混合焙烧,冷却后溶浸处理得到纳米线。

d、模板法,将有机纤维饱和吸附AlCl3后干燥放入氧化铝干过中灼烧得到纳米线。

纳米晶须是一种非常优秀的复合材料基材,优秀的力,热学特性让其在高温,摩擦平频繁的结构中应用广泛(发动机,涡轮扇叶等等)。

顺便再提出一个名词:复合功能材料这又是人类材料学上的一个壮举,类似生物的杂交,可达到“一物多能”的效果。复合功能材料是未来一个重要的行业,尤其是航空航天航海,军工,半导体等产业发挥举足轻重的作用。

 0维材料:纳米颗粒

制备方法

a、球磨法,将氧化铝粉体球磨进一步研磨成纳米颗粒。

b、热分解法,将含有铝氧的物质进行热裂解。

c、铝盐水解法等其他方法。

总的来讲,目前在制备0维氧化铝纳米材料很难克服团聚现象以及粒度均一性。球型纳米颗粒的氧化铝陶瓷具有优异力学特性及流动性,可以广泛应用于流体填充润滑及调节材料的流动型及保护涂层中。但是因为他有很强的自聚性,这个制备纳米颗粒带来很多不便目前还没有广泛的应用。

通过以上的介绍,想必您应该对氧化铝陶瓷这个大白鹅各种。“烹饪”方法有了大致的了解了吧?小编现在只能悄默默告诉大家,后面5G的发展,LTCC将是一个不错的切入点。相信随着科技的不断发展,后面肯定会有越来越多烹饪方式。

顺便再吐槽一点,我们的精细化工还需要努力,目前高端一点的氧化铝大多依赖进口的。

反过来看,高规氧化铝提出也是一个不错吃法(需求大&价格还高)。

文末彩蛋一枚:如何鉴别蓝宝石。镇楼图中的宝石有自然的也有人工的,小编奉上一个专业的检测方式[拉曼光谱法],原理如下:

人工与自然的蓝宝石因为外界经历的环境不同。导致蓝宝石内部的晶格应力稍有差异。而拉曼光谱可以>99%准确度上将2者分开。如下2张图。欢迎大家留言回复2张图的差一点在哪。回答正确将有“意外惊喜”

天然蓝宝石拉曼光谱人工蓝宝石拉曼光谱

作者:青鸟飞鱼

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