片狀氧化鋁是近年來出現(xiàn)的一種性能優(yōu)良的功能微粉材料，它屬于α-Al₂O₃，具有明顯的鱗狀結(jié)構(gòu)特征和較大的徑厚比。氧化鋁有多種不同的類型，常規(guī)的氧化鋁與其他金屬氧化物一樣，本身的硬度大、熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度好、且耐腐蝕抗氧化。而片狀氧化鋁還因其獨(dú)特的片狀結(jié)構(gòu)和晶體形狀，從而具備了微米粉體和納米材料的雙重特性。

目前，片狀氧化鋁晶粒的徑向尺度一般為5-50 μm，厚度一般在100-500 nm之間，晶型發(fā)育良好的微粒還表現(xiàn)出規(guī)則的六角形貌。

片狀氧化鋁的微觀形貌

片狀氧化鋁的性能特點(diǎn)

與大多數(shù)天然的基體材料相比，通過人工方法合成的片狀氧化鋁微粉的徑厚比例可調(diào)，并且具有純度高，表面平整光滑，在水中分散性良好的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)級(jí)的片狀氧化鋁粉體的粒徑大小可以達(dá)到微米尺寸，厚度更是達(dá)到了納米級(jí)或接近納米尺度。這不僅使它具有顯著的光線反射能力和屏蔽效應(yīng)，還使其體現(xiàn)出了良好的表面活性和優(yōu)越的附著力。

在片狀氧化鋁粉體表面涂抹高折射率的二氧化鈦、氧化鐵或其他性能優(yōu)越的金屬氧化物材料，既可以強(qiáng)化它的折光率，耐腐蝕抗氧化性能等多種物化特性，又能使其具有光澤柔和，裝飾性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此片狀氧化鋁作為一種復(fù)合材料在耐火材料、化妝品行業(yè)、珠光顏料、和增韌陶瓷、等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

復(fù)合其他顏料的片狀氧化鋁

（圖源：閩江學(xué)院?jiǎn)尉瑺钛趸X研究中心）

片狀氧化鋁的制備方法

片狀氧化鋁的制備方法有很多種，通常采用的有熔鹽法、液相間接法（如溶膠-凝膠法）、水熱（醇熱）法、涂膜法、機(jī)械法以及高溫?zé)Y(jié)等方法。無論是熔鹽法、溶膠凝膠法、還是水熱（醇熱）法都屬于粉體液相合成的范疇，固相法和氣相法相對(duì)應(yīng)用較少。

一、水熱（醇熱）法

水熱法是指在密閉的壓力環(huán)境下，以水作為溶劑，讓物質(zhì)在高溫高壓的容器（高壓釜）中進(jìn)行成核，生長(zhǎng)結(jié)晶，以此生成所需產(chǎn)物的一類化學(xué)反應(yīng)。到目前為止，用水熱法已制備出了百余種晶體，包括硫化鎘、祖母綠，氧化鋅、氧化鋁等多種用途廣泛的高性能材料，水熱結(jié)晶是片狀氧化鋁早期的常用制備方法。

水熱法制備出來的片狀氧化鋁粉體純度高、分散性好且具有較薄的平板狀結(jié)構(gòu)和均勻優(yōu)良的晶體形貌。但是水熱合成不僅周期長(zhǎng)，而且在反應(yīng)過程需要高溫高壓的反應(yīng)釜，且晶體的相變溫度較高(＞400 ℃)，因此有研究者通過改善反應(yīng)介質(zhì)和添加劑等條件來降低反應(yīng)能耗。

二、熔鹽法

熔鹽法一般是用溶膠凝膠和球磨混合使原料與熔鹽充分混合，將產(chǎn)物原料在高溫下溶解于熔鹽熔體中，由相應(yīng)氧化物在原子級(jí)重新排布并迅速擴(kuò)散到液相環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，冷卻后將鹽類溶解，經(jīng)過濾洗滌得到純凈的氧化鋁粉體。在熔鹽法合成過程中，球磨和隨后干燥的后進(jìn)入孔洞的熔鹽增加了鋁源和熔鹽的接觸面積，這有利于片狀α-Al₂O₃單晶顆粒的形成和生長(zhǎng)。

該法相校于常規(guī)的固相法，具有合成溫度低、反應(yīng)周期短、晶體形貌可控、粉體各組分均勻無偏析、物相純度高以及工藝簡(jiǎn)單污染小的特點(diǎn)。

三、液相間接法（溶膠-凝膠法）

和水熱法類似，液相間接法也利用了液相合成出的粉體純度高，分散性好的特點(diǎn)。液相間接法中用的最多的就是溶膠-凝膠法，以可溶性鹽為鋁源（硫酸鋁或者氫氧化鋁），在液相體系中水解縮合并結(jié)晶，經(jīng)過干燥處理后可以制得前驅(qū)體γ-Al₂O₃，再經(jīng)高溫環(huán)境中燒結(jié)固化完成由γ相向α相轉(zhuǎn)變的過程。

該法可以克服水熱工藝中需要高溫高壓的反應(yīng)釜的缺點(diǎn)，因此對(duì)設(shè)備的要求較低，應(yīng)用得也較為廣泛。

除了上述的幾種方法，實(shí)際生產(chǎn)過程中還會(huì)使用到涂膜法、高溫?zé)Y(jié)法和機(jī)械法等其他實(shí)驗(yàn)方法。涂膜法制備出的片晶雜質(zhì)少但機(jī)械強(qiáng)度差，粒度分布廣；機(jī)械法制得的粉體無團(tuán)聚但是純度低；高溫?zé)Y(jié)法晶體各向異性生長(zhǎng)良好但對(duì)設(shè)備要求較高。因此，現(xiàn)代市場(chǎng)中常用熔鹽法和溶膠凝膠法來制備片狀氧化鋁粉體。

片狀氧化鋁的應(yīng)用

一、磨料拋光液

對(duì)于材料加工行業(yè)來說，無論是材料拋光，還是電子產(chǎn)品的精細(xì)打磨，都離不開性能優(yōu)良的磨料。目前國(guó)內(nèi)市面上還多采用SiO₂磨料拋光液，與SiO₂硬度較小、拋光速率低相比，片狀氧化鋁具有堅(jiān)硬的晶體結(jié)構(gòu)和平齊的板狀結(jié)構(gòu)，粉體微粒排列整齊，可以使磨料與產(chǎn)品間的磨擦力增大，加快了磨削速度，可以大大縮減工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中磨片機(jī)的數(shù)量、人工成本和磨削時(shí)間。而常見的氧化鋁磨料在實(shí)際使用中存在易劃傷、拋光液不穩(wěn)定等問題，與常規(guī)的納米氧化鋁相比，平整光滑的片形表面對(duì)于被磨對(duì)象（如半導(dǎo)體硅晶片，智能手機(jī)外殼等等）來說不易劃傷，可提高產(chǎn)品的合格品率。所以，片狀氧化鋁已經(jīng)成為了高精密微電子行業(yè)、寶石加工業(yè)和金屬陶瓷行業(yè)的新寵。

二、珠光顏料

珠光顏料的基片材質(zhì)，本質(zhì)上可以用任何穩(wěn)定存在的細(xì)小片狀物。而片狀氧化鋁化學(xué)性能穩(wěn)定、覆蓋面積廣、折射率高，并且其特有的光學(xué)性能使顏料能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的珠光效應(yīng)，因此片狀氧化鋁作為珠光顏料的基材已經(jīng)成為開發(fā)性能優(yōu)越的珠光顏料的新熱點(diǎn)和行業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

目前使用最多的珠光顏料常用天然云母薄片造出，但天然云母薄片常含有有色雜質(zhì)離子，分離較為困難，且其過厚的邊緣會(huì)使珠光顏料易發(fā)生散射現(xiàn)象，對(duì)其視覺效果造成不良的影響。而用片狀氧化鋁代替天然片狀云母制備出來的珠光顏料，不僅純度高，制備工藝簡(jiǎn)單，而且能夠創(chuàng)造出細(xì)膩柔滑的驚艷色彩。這種珠光顏料能呈現(xiàn)出絲綢或琺瑯彩的色澤，具有濃厚的三維質(zhì)感和亮麗的邊緣幻色，被稱為“第二代新型效應(yīng)材料”。

三、無機(jī)填充劑

片狀氧化鋁在工業(yè)生產(chǎn)中是一種不可缺少的填充劑，在功能陶瓷、塑料和橡膠制品中，能起到增加硬度和剛度、調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的作用。剛玉型的結(jié)構(gòu)可以增加它的耐熱性和顯著提高其熱傳導(dǎo)性能，并改善制品的外觀。

相比于柱形晶體的橋聯(lián)和裂紋偏轉(zhuǎn)效應(yīng)，片晶材料的這種特性使劈裂作用沿層間解理分叉蔓延，增寬了裂紋的裂變路徑，抑制了主裂紋的生長(zhǎng)，可以顯著提高材料的抗折強(qiáng)度和斷裂韌性。此外，利用熱傳導(dǎo)性能優(yōu)越的氧化鋁作為填料制備出的聚合物-復(fù)合陶瓷應(yīng)用于電子元件領(lǐng)域可以大大延長(zhǎng)其電子產(chǎn)品的使用壽命。

四、化妝品

片狀氧化鋁具有較小的粒度和厚度分布以及較大的徑厚比，它的化學(xué)性能穩(wěn)定，幾乎無色而且表面光滑平整，在水中具有良好的分散性，最為重要的是，這種粉體無毒無味，因此也被廣泛應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域。

片狀氧化鋁作為一種可以改良化妝品性質(zhì)的添加劑，不僅可以使化妝品呈現(xiàn)出較高的光澤度和明亮的色彩體驗(yàn)，而且貼服在皮膚表面有著很好的舒適度，還具有優(yōu)越的鋪展性和粘附性能，能夠有效的防止油脂分泌或皮膚出汗造成的粉

妝脫落。

五、功能涂膜

性能優(yōu)越的片狀氧化鋁無團(tuán)聚現(xiàn)象，且具有良好的附著力，易于與其他功能微粉相結(jié)合，制備成出各種前景誘人的新型功能涂膜。

用于毛細(xì)管的氧化鋁涂層可以顯著提高其逆轉(zhuǎn)電滲流性能和目標(biāo)分析的選擇性及穩(wěn)定性能；用于隱形飛機(jī)的功能涂膜可以吸收電波以防止被雷達(dá)搜尋到；此外，氧化鋁涂膜還有阻隔紫外線，進(jìn)行光催化等功能，因此在太陽能電板上也有著不錯(cuò)的應(yīng)用前景。

參考來源：

片狀氧化鋁的發(fā)展歷程與應(yīng)用前景，王玲、王千瑞、劉沖、熊焰（湖北工業(yè)大學(xué)材料與工程學(xué)院）。

粉體圈 小吉

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