氧化鋁晶須作為陶瓷質(zhì)晶須，具有高強(qiáng)度、高彈性模量、高溫抗氧化性等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于制備陶瓷基復(fù)合材料 、金屬基復(fù)合材料等領(lǐng)域，成為目前極有發(fā)展前途的無機(jī)鹽晶須材料。下面小編簡要介紹氧化鋁晶須制備方法及應(yīng)用。

一、氧化鋁晶須制備方法

氧化鋁晶須制備方法主要有助熔劑法、濕氫法、Al-SiO₂法、模板法、前驅(qū)體法等。

1、助熔劑法

助熔劑法是采用硫酸鋁鉀為原料，以硫酸鉀為助熔劑，將硫酸鋁鉀和硫酸鉀按一定比例混合研磨均勻，放入高溫爐中以一定速率升至900～1200℃，焙燒 2～6 h，自然冷卻后對產(chǎn)物進(jìn)行溶浸處理，得到氧化鋁晶須。

氧化鋁晶須SEM圖

助熔劑法優(yōu)點是工藝簡單，成本低廉，且硫酸鋁鉀分解過程中能夠得到副產(chǎn)品硫酸鉀，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

2、濕氫法

濕氫法是將Al 粉置于Al₂O₃中，在適當(dāng)?shù)奈恢梅湃雴尉?/span>Al₂O₃以誘導(dǎo)晶須生長，放入管式爐內(nèi)，在濕氫氣氛下加熱至1400℃，保持2h，濕氫露點控制為-30℃。通過控制氫氣露點起到對其中水蒸氣含量的控制，制備得到的氧化鋁晶須。

濕氫法制備氧化鋁晶須SEM圖

濕氫法優(yōu)點是氧化鋁晶須以螺旋位錯機(jī)理生長，產(chǎn)品品質(zhì)較好。缺點是露點不易控制，受環(huán)境濕度因素干擾大，且對實驗設(shè)備影響很大。

3、模板法

目前，研究報道模板法主要是采用棉花纖維和碳納米管為模板，制備氧化鋁晶須。主要工藝過程是首先將棉花纖維浸入5%的AlCl₃溶液中2min，80℃下干燥24 h，放入剛玉坩鍋置于烘箱中分別在 800℃、1000℃和1200℃下燒制2h，即得到多晶的氧化鋁陶瓷晶須。

模板法制備氧化鋁晶須SEM圖（采用棉花纖維為模板）

4、Al-SiO₂法

Al-SiO₂法是目前制備氧化鋁晶須中采用最多的方法。該方法將Al金屬和SiO₂粉體混合均勻后，在Ar氣條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度一般為1300～1500 ℃
，反應(yīng)時間為2～4h，制備得到氧化鋁晶須。

Al-SiO₂法優(yōu)點是原料價格低廉，工藝操作簡單易行。缺點是：制備過程中需要通入保護(hù)氣體，限制了其工業(yè)應(yīng)用。

5、前驅(qū)體法

化學(xué)反應(yīng)前驅(qū)體法在水熱條件下進(jìn)行，原料在高壓釜內(nèi)發(fā)生反應(yīng)得到前驅(qū)體，前驅(qū)體已經(jīng)具有晶須或是纖維狀結(jié)構(gòu)，為最終產(chǎn)物的出現(xiàn)提供了骨架。在水熱制備氧化鋁晶須中，勃姆石纖維為常見中間體。主要工藝過程是采用 Al（OH）₃為前驅(qū)體，膠體經(jīng)水熱反應(yīng)生成纖維狀勃姆石晶粒，再經(jīng)常壓下煅燒，得到 α-Al₂O₃微粉，晶粒仍保持了纖維形狀。

前驅(qū)體法優(yōu)點是：產(chǎn)物尺寸均一，品質(zhì)好。缺點是：前驅(qū)體的處理比較繁瑣，無法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

6、模板誘導(dǎo)-水熱法

模板誘導(dǎo)-水熱法是將模板法和水熱法結(jié)合起來，以硫酸鋁為前驅(qū)體加入模板劑制備了薄水鋁石晶須，并經(jīng)1200℃煅燒制得了α-Al₂O₃晶須。

模板劑加入的作用是：（1）降低水熱反應(yīng)的溫度；（2）控制前驅(qū)體形貌，制備高長徑比Al₂O₃晶須。

二、氧化鋁晶須應(yīng)用

1、金屬基復(fù)合材料

氧化鋁晶須與金屬具有良好的界面相容性，被認(rèn)為是金屬基復(fù)合材料最佳的增強(qiáng)材料。氧化鋁晶須增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和耐磨、耐熱沖擊能力及低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良性能，已在汽車活塞槽部件和旋轉(zhuǎn)氣體壓縮機(jī)葉片中得到應(yīng)用，有利于改善汽車發(fā)動機(jī)性能，提高發(fā)動機(jī)使用效率和燃燒速率，減少廢氣排放量。

氧化鋁晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備汽車活塞部件

2、工業(yè)高溫窯爐

氧化鋁晶須具有優(yōu)異的耐高溫、熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率低、熱容小、耐機(jī)械振動等性能，導(dǎo)熱系數(shù)和容重分別只有傳統(tǒng)耐火材料的1/10和1/15，綜合性能好，是理想的節(jié)能增效耐火材料，用于工作溫度高于1400 ℃的鋼鐵工業(yè)各種熱處理爐，陶瓷燒成窯，石油化工中的裂解爐、燃燒爐等的隔熱爐襯材料。

氧化鋁晶須制備隔熱爐襯材料應(yīng)用于高溫工業(yè)爐

3、航空航天

氧化鋁晶須應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機(jī)噴管，使噴管設(shè)計大大簡化，部件數(shù)量減少50%，質(zhì)量減輕50%。也可應(yīng)用于航天飛機(jī)的隔熱材料，美國“哥倫比亞”號航天飛機(jī)隔熱板襯墊用的是Saffil氧化鋁晶須，能經(jīng)受1600 ℃的高溫。

氧化鋁晶須應(yīng)用于航天飛機(jī)隔熱板襯墊

4、陶瓷基復(fù)合材料

采用高強(qiáng)度、高彈性的氧化鋁晶須與陶瓷基體復(fù)合技術(shù)，能制備韌性優(yōu)良的陶瓷基復(fù)合材料，可明顯提高陶瓷產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，帶動高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：1、汪家銘，孔亞琴，氧化鋁纖維發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

2、尹衍升，張景德，氧化鋁陶瓷及其復(fù)合材料。

3、梁邦兵，黃志良，張聯(lián)盟等，模板誘導(dǎo)/水熱法制備α-氧化鋁晶須及其表征。

作者：李波濤