片状颗粒氧化铝粉的制备技术研究

论文总字数：14802字

摘 要

2O₃，研究了搅拌速度、盐离子、氟含量、煅烧温度等工艺参数和熔盐处理法制备片状氧化铝对片状α-Al₂O₃颗粒尺寸及形貌的影响。研究表明：α-Al₂O₃颗粒的尺寸随着搅拌速度的增加先增大后减小，在200r/min时，得到尺寸稍大的规则片状六边形颗粒；NaCl的加入使得α-Al₂O₃颗粒尺寸增大，得到不规则片状颗粒；NH₄Cl的加入使得α-Al₂O₃颗粒尺寸减小，得到规则片状六边形颗粒；过多和过少的氟含量都会使得α-Al₂O₃颗粒尺寸减小，适当的氟含量可以得到3μm左右的规则片状六角形颗粒；煅烧温度的提高会减小α-Al₂O₃的颗粒尺寸；在含熔盐环境中制备片状氧化铝时，熔盐的种类会影响片状氧化铝的尺寸和形貌。

前面补充一些片状氧化铝的简介。

目录

摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………………………Ⅱ

1. 绪论

1.1引言

1.2氧化铝

1.2.1氧化铝的结构及性质

1.2.2氧化铝的分类与应用

1.3片状氧化铝及其应用

1.3.1片状氧化铝的特性

1.3.2片状氧化铝的应用

1.4片状氧化铝的制备方法

1.4.1片状氧化铝的制备方法

1.4.2碳铵沉淀法制备片状氧化铝

1.5 本文选题意义和研究内容

第二章 实验方法及分析手段

2.1实验试剂及仪器设备

2.2实验方法和步骤

2.3表征手段

第三章 碳铵沉淀法制备片状氧化铝

3.1搅拌速度对片状氧化铝颗粒尺寸及形貌的影响

3.2盐离子对片状氧化铝颗粒尺寸及形貌的影响

3.3氟含量对片状氧化铝颗粒尺寸及形貌的影响

3.4煅烧温度对片状氧化铝颗粒尺寸及形貌的影响

第四章 熔盐处理法制备片状氧化铝

4.1含氟熔盐环境中制备氧化铝

4.2片状氧化铝在熔盐中的熟化处理

第五章 结论

参考文献

致谢

1. 绪论

1.1引言

氧化铝是化学键作用力很强的离子化合物，具有熔点高、硬度高、耐热性好、耐腐蚀、抗氧化、电阻率高、导热性能好等特点，是工业生产中应用十分广泛的一种很重要的材料。而片状氧化铝不仅具备普通氧化铝所具备的优异性能，还因为其本身特殊的二维平面结构，使得片状氧化铝拥有了普通氧化铝所不具备的优异性能：适中的表面活性、显著的屏蔽效应、良好的附着能力以及优良的光反射能力。因为片状氧化铝独特的结构和优异的性能，使其在颜料、涂料、化妆品、汽车漆料、增韧陶瓷等领域得到了广泛的应用。为了更好地展示片状氧化铝的应用性能，实现片状氧化铝结构和功能的可设计性，可以通过改变晶体的形貌和尺寸。

本文采用碳铵沉淀法制备片状氧化铝，研究制备过程中各因素对氧化铝颗粒形貌和尺寸的影响。碳铵沉淀法具有设备要求简单、药品成本低且无毒无害，制备出的片状氧化铝具有优异的性能指标，是实验室及现代工业生产中最常用的一种方法。

1.2氧化铝

1.2.1氧化铝的结构与性质

氧化铝的晶体结构是O原子作紧密堆积排列，Al原子处于O原子紧密堆积而形成的白面体间隙或四面体间隙中。根据堆积方式的不同，使得氧化铝有多种不同的晶型，包括α-Al₂O₃、β-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、η-Al₂O₃、κ-Al₂O₃、ρ-Al₂O₃、χ-Al₂O₃等。其中α-Al₂O₃和β-Al₂O₃分别是高温稳定态和低温稳定相态，其他相态均为不稳定的过渡相态。烧结氢氧化铝得到氧化铝时，随着温度的升高，一般会按照勃姆石（AlOOH）--γ--δ--θ--α-Al₂O₃，而实际中的相变次序和相变温度则要取决于前驱体的结构。在经过1000～1300℃热处理后，不稳定的过渡晶型都会不可逆转地转变为高温稳定相α-Al₂O₃。其中在实际工业生产中得到应用的主要有三种晶型，分别是α-Al₂O₃、β-Al₂O₃和γ-Al₂O₃。自然界中只存在氧化铝的α相，其他相态的氧化铝只能由人工方法制出。

α-Al₂O₃为刚玉结构，属于三方晶系。其中O原子按近似六方密堆积排列，六个O原子围成一个八面体结构，而Al原子占据了整个晶体中2/3的八面体空穴，组成共面的Al-O₆配位八面体结构，其中空位均匀分布，六层这样的结构构成一个完整的周期，如图1-1所示，无数个周期结构堆积而形成刚玉结构。由于α-Al₂O₃结构上属于紧密堆积，再加上晶体中的Al³ 和O^2-之间的吸引力较强，导致α-Al₂O₃的晶格能较大，所以α-Al₂O₃的熔点（2050℃）和硬度（8.8）都很高。α-Al₂O₃的沸点为2980℃，密度为3.95～4.02g·cm^-3，化学性质稳定，不溶于水及强酸强碱，耐腐蚀性能和电绝缘性能好。

图1-1 α-Al₂O₃原子结构排布图

β-Al₂O₃实际上不是单纯的氧化铝，而是一种氧化铝含量很高的多铝硅酸盐，并不是氧化铝的同质异构体。β-Al₂O₃的化学式可近似表示为RO·6Al₂O₃或R₂O·11Al₂O₃（RO表示碱土金属氧化物，R₂O表示碱金属氧化物），其结构由碱土金属或碱金属离子层的尖石结构单元交替堆叠形成。其中钠β-Al₂O₃的离子电导率最高，其结构为O离子成密方堆积排列，Na 被完全包含在水平方向的松散堆积平面内。在这个平面内Na 可以很快地进行扩散，表现为离子型导体。钠β-Al₂O₃为非化学计量化合物，含有β和β”两种变体。β-Al₂O₃为六方晶系，属于层状结构，单位晶胞内含有两个铝氧尖晶石基块；而β”-Al₂O₃为三方晶系，也属于层状结构，单位晶胞内含有三个尖晶石基块^[1]。其中β”-Al₂O₃比β-Al₂O₃具备更高的钠离子导电率，可用为蓄电池的隔膜材料。

γ-Al₂O₃为六方面心的紧堆积型，Al原子不规则地排布在由O原子围成的八面体和四面体间隙中。γ-Al₂O₃不溶于水，但可以溶于酸和碱中，它只能在低温下保持稳定状态，属于低温稳定态。它是一种多孔型的固体，拥有大的比表面积和大的孔隙率，因此具有很强的吸附性能和催化活性，可用作吸附剂、催化剂以及它们的载体。

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