在眾多Al₂O₃晶型和形貌中，片狀氧化鋁(α-Al₂O₃)因其獨特的性能引起了廣泛關注，其鱗狀結構和較大的徑厚比使其具有微米和納米材料的雙重特性，還具備高熔點、大硬度、高機械強度、耐磨、耐化學侵蝕、抗氧化和耐熱等優良綜合性能，在珠光顏料、導熱材料及增韌陶瓷等領域具有廣泛的應用前景。隨著新技術和新材料的不斷涌現，對片狀α-Al₂O₃制備方法的研究也在不斷深入，以滿足不斷變化的需求和挑戰，那么隨著市場發展，片狀α-Al₂O₃的制備、性能優化和市場應用還有哪些創新和提升的空間呢？下面就跟著小編一起來探討一二吧。

片狀α-Al₂O₃的形成機理

氧化鋁片晶形貌是晶體內部結構的外在反映，α-Al₂O₃屬于菱方晶系。如果按六方定位，將其三次軸作為c軸，定向以后，無論哪種取向，其(0001)晶面都為六角形狀。具有六方晶體結構的α-Al₂O₃具有晶粒各向異性生長的習性，在一定的工藝條件下可以制備出片狀形貌。

從晶體生長過程來看，晶體的生長特性是由晶粒不同晶面的生長速率決定的，生長速率較快的面逐漸變小或消失，而生長速率較慢的面最后則被保留下來，因此，可通過控制不同晶面生長速率來控制晶體的最終形貌。

在一般情況下，(0001)、(1010)各晶面生長速率基本一致，因此最終形成近似球形顆粒。在有促進劑存在的情況下，它不僅促進了α-Al₂O₃晶體的生長，還改變了其生長習性，使(0001)晶面的表面能降低，這樣新生成同樣面積的(0001)面比(1010)面所需的驅動力要小，因此導致(O001)晶面的擴展速率明顯較快，即(1010)方向的晶體生長較快，因此氧化鋁顆粒傾向于形成規則的六角形片層狀顆粒，且在晶體生長的過程中片層厚度不會增加。

片狀α-Al₂O₃的制備方法

1.熔融鹽法

熔融鹽法是采用一種或數種低熔點的鹽類作為反應介質，通過高溫煅燒生成產物的方法。將氧化物與一種或兩種鹽混合，在高于鹽的熔點溫度下燒結，在此溫度下，氧化物重新排列，在鹽的液態中迅速擴散，隨著進一步加熱，通過成核和生長過程形成片狀顆粒。

熔融鹽法制備的片狀α-Al₂O₃具有較高的純度和分散性，形態發育過程中的環境可以通過選擇合適的鹽來控制，因此，鹽的選擇是獲得理想形貌粉末的關鍵。通常，鹽的熔點要低，適合合成所需的相，在許多情況下，使用幾種共晶成分來降低鹽的熔點，另外，鹽應具有水溶性，以便在合成后易于洗滌去除。

熔融鹽法合成片狀α-Al₂O₃過程示意圖

研究者提出籽晶影響片狀α-Al₂O₃晶粒生長的兩個關鍵因素：①片狀α-Al₂O₃晶粒的最大平均尺寸受熔鹽和籽晶特性的限制；②添加的籽晶數量直接影響α-Al₂O₃片狀晶粒的生長，而籽晶的含量和尺寸共同決定了籽晶的數量。因此，熔融鹽法制備片狀α-Al₂O₃時，可以通過調整晶種加入量、熔融鹽用量以及煅燒的溫度和時間等參數，來控制粉體的形貌，該方法也存在一些缺點，例如一些熔融鹽具有毒性，其揮發物還可能腐蝕或污染爐體，另外，如何提高摻雜的均勻性也是熔融鹽法制備過程中需要解決的問題。

2.固相燒結法

固相燒結法是將Al₂O₃在較高溫度下燒結制備出片狀α-Al₂O₃的方法。通過加入助劑降低燒結溫度，最常用的燒結助劑是含氟化合物。含氟化合物加入后，氟與 Al₂O₃前驅體在高溫下發生反應生成氣態中間化合物，由于在α-Al₂O₃的晶胞中，（0001）及其對稱晶面表面張力小，吸附氣態中間化合物的能力較弱，氣相傳輸轉移的原子變少造成該晶面沿所在軸方向生長緩慢，而（1010）晶面的驅動力大，生長速率相對較快，易于形成規則的片狀α-Al₂O₃晶體。

目前，固相燒結法因其成本低、效率高而被廣泛應用于大規模生產。主要生產廠家包括日本Fujimi公司的PWA系列片狀煅燒α-Al₂O₃、美國Micro Abrasives Corporation的WCA系列片狀α-Al₂O₃、日本DIC株式會社的CeramNex TM AP10板狀α-Al₂O₃等，中鋁鄭州研究院精細氧化鋁材料廠采用固相燒結法以及獨特的生產工藝制備出片狀α-Al₂O₃系列產品，該產品顆粒尺寸均勻，分散性好，徑厚比大，晶體形貌為六角平板狀。

片狀/六角平板狀α-Al₂O₃

3.液相間接制備法

液相間接制備法是以可溶性鋁鹽或氫氧化鋁為原料，在液相中沉淀或結晶后干燥得到氧化鋁前驅體，再經高溫煅燒完成α相轉變的方法。其中前軀體制備方法有溶膠-凝膠法和水熱法等。此外，液相間接制備法還可以通過摻雜不同的添加劑來調控Al₂O₃的性能。

以一水軟鋁石和氫氟酸為原料，通過溶膠-凝膠法在1100℃制備出直徑大于25um 的片狀α-Al₂O₃。在此基礎上，通過控制溶膠的pH值以及凝膠中AlF₃的含量，在1100℃下保溫180min制得了直徑為2um的板狀α-Al₂O₃。

片狀α-Al₂O₃的應用

片狀α-Al₂O₃因其獨特的片狀結構和晶體形狀，綜合性能佳，在多個領域具有廣泛的應用前景。

1.珠光顏料

片狀α-Al₂O₃基珠光顏料是一種高品質的無機顏料，其顏色鮮艷、色彩穩定、亮度高、耐候性強，可以用于各種涂料、塑料、橡膠、印刷油墨等產品中，增加其色彩效果和產品價值。為使其具有更好的珠光性，需要片狀α-Al₂O₃具有較大的徑厚比，同時避免孿晶和聚集，該種片狀α-Al₂O₃主要采用熔融鹽法制備。 例如德國默克公司生產的Xirallic系列珠光粉就是采用片狀α-Al₂O₃作為基材，是默克公司的專利顏料，能夠讓車漆在陽光照射或直射下，呈現出非常靈動閃耀的效果，從不同角度觀察還會有一定的顏色變化。

2.增強增韌材料

片狀α-Al₂O₃在陶瓷中作為填料，可以使裂紋在基體和片狀晶粒間的界面上偏轉，減緩裂紋擴展的速度，增加陶瓷的強度和耐久性。此外，片狀α-Al₂O₃還可以通過橋聯作用，將裂紋兩側的顆粒連接在一起，增加陶瓷的韌性和抗沖擊性。

使用片狀α-Al₂O₃燒結的陶瓷材料不僅緩解了脆性問題，還具有非凡的能量吸收能力，可承受普通α-Al₂O₃陶瓷３倍撞擊而保持結構完整。

3.導熱填充材料

在聚合物中添加少量的片狀α-Al₂O₃，就可以形成Al₂O₃網絡，該網絡能夠把大部分熱量傳出，用這種復合材料制備的電子元件的壽命可以大大提高，片狀α-Al₂O₃的直徑越大，所形成網絡的節點越少，導熱效果就越好。

片狀α-Al₂O₃用于導熱復合材料

4.拋光材料

目前在國內市場上，仍然廣泛采用SiO₂磨料拋光液，與SiO₂硬度較小、拋光速率低相比，片狀α-Al₂O₃具有良好的分散穩定性和平行排列性，當用于拋光粉時，片狀α-Al₂O₃的上下表面基本平行于被拋光材料的表面，在增加磨料與產品間的磨擦力、加快磨削速度的同時可以最大可能地避免表面下的損傷。

Fujimi片狀氧化鋁拋光粉產品

參考來源：

1.片狀α-Al₂O₃制備技術及應用研究進展，王玉琪、康樂、李曉星（現代化工）；

2.高溫固相法制備片狀氧化鋁及表征，趙燕禹、胡興蘭、張志鴻（無機鹽工業）。

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