氧化鋁粉的微觀形貌控制

    對于超細(xì)粉體的制備，粉體的高性能是生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。顆粒的微觀結(jié)構(gòu)特征直接決定了最終產(chǎn)品氧化鋁陶瓷的應(yīng)用性能，對顆粒微觀形貌的控制尤為重要。實(shí)現(xiàn)對粉末形態(tài)的控制是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及多個(gè)學(xué)科，如固體化學(xué)、界面反應(yīng)和動力學(xué)。
    本質(zhì)上，控制納米粒子的形態(tài)就是控制晶體生長的動力學(xué)。因?yàn)榫w的形貌取決于不同晶相表面的生長速度，而晶體某一表面的生長程度一方面受晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷的控制，另一方面受周圍環(huán)境條件的影響。另一方面。因此，可以從兩個(gè)角度控制納米粉體的形貌。
    如果在晶體形成過程中加入一些可以選擇性作用于微晶表面的表面改性劑，就可以調(diào)節(jié)晶體在不同晶軸上的生長速度，達(dá)到控制納米顆粒形貌的目的。同時(shí)，還可以通過改變結(jié)晶過程中周圍環(huán)境條件的諸多因素，如pH值、溫度、離子強(qiáng)度、溶劑或有機(jī)添加劑、配比等，來控制納米顆粒的形貌、反應(yīng)物。 

    1、添加劑對粉末微觀結(jié)構(gòu)的影響
    Al2O3的微觀結(jié)構(gòu)，尤其是晶粒的形貌，對Al2O3陶瓷的性能影響很大。因此，尋找新的添加劑來改善Al2O3晶粒的形貌一直是人們研究的目標(biāo)之一。合適的添加劑不僅影響顆粒的形貌和尺寸，還能促進(jìn)氧化鋁的α相轉(zhuǎn)化，但不同添加劑的作用明顯不同。添加劑的影響主要?dú)w因于生長晶體對添加劑的吸附，導(dǎo)致晶體生長速率的變化，最終體現(xiàn)在晶體形貌上；第二個(gè)是添加劑在溶液中的活性程度。目前，添加劑對粉體微觀結(jié)構(gòu)影響的機(jī)理還停留在初級階段，缺乏深入的研究。
    2、水解凝膠技術(shù)對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響
液體沉淀過程中影響顆粒形態(tài)的因素包括過飽和度、流體力學(xué)、反應(yīng)時(shí)間等。在溶液中，晶體生長速率最小的習(xí)性表面決定了晶體生長形態(tài)。溶劑與沉淀物之間的相互作用決定了最低能面，晶粒生長的動態(tài)條件對晶態(tài)表面的生長有影響，從而影響晶體形態(tài)。
    水解和凝膠過程中的溫度控制會影響粉末的形貌。當(dāng)反應(yīng)溫度較高時(shí)，成核速率和生長速率相應(yīng)增加。晶體常發(fā)育成細(xì)長的柱狀、針狀、鱗片狀聚集體，有時(shí)甚至長成特殊形狀的骨骼晶體。這是因?yàn)榫w在極不平衡的狀態(tài)下生長，晶體的界面有很大的表面能，本身也不穩(wěn)定。結(jié)果，它沿某些晶體邊緣或頂角生長，形成骨架晶體。如果晶體在接近平衡狀態(tài)下生長，則生長速度相對較慢。一般情況下，晶體可以獲得比較完整的結(jié)晶多面體。
    Al2O3 的各向異性表明，C 軸的生長速率遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)坐標(biāo)軸的生長速率。也就是說，當(dāng)溫度較高且整體增長率較大時(shí)，C軸上的增長率大于整體增長率。這時(shí)容易形成棒狀、針狀顆粒；使用冰水浴時(shí)，整體生長速度較小，C軸上的生長速度與整體生長速度相差不大，此時(shí)容易形成球形顆粒。
    在Al2O3納米顆粒的生長過程中，得到的膠體在長期高溫凝膠作用下，較高的溫度有利于Al2O3納米顆粒的微觀熱運(yùn)動，再加上Al2O3納米顆粒尺寸極小，表面能非常高，較長的反應(yīng)時(shí)間有利于納米晶的重新定向和排列。結(jié)果是許多球形Al2O3納米粒子相互靠近，結(jié)合排列在一個(gè)統(tǒng)一的晶面上，最終形成更大的片狀結(jié)構(gòu)。 

    3、干燥方式對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響
    據(jù)科研人員研究，使用相同的原料、表面活性劑和制備方法，當(dāng)干燥方法不同時(shí)，所得氧化鋁粉的形貌差異很大。采用常溫自然干燥時(shí)，溶劑從表面緩慢蒸發(fā)，使顆粒有足夠的時(shí)間相互接觸，顆粒在表面活性劑的作用下發(fā)生交聯(lián)。由于靜態(tài)干燥，形成片狀晶體或堆疊體。
     用自制的簡易噴霧裝置干燥時(shí)，將稀釋的溶膠溶液噴成細(xì)小的液滴。小液滴在下落過程中干燥，表面收縮，但樣品在此過程中并未完全干燥。到達(dá)接收盤后，繼續(xù)蒸發(fā)表面的溶劑。由于表面活性劑的存在，當(dāng)溶劑蒸發(fā)時(shí)，表面活性劑與氫氧化鋁交聯(lián)形成長鏈。表面溶劑完全蒸發(fā)后，借助表面活性劑的作用是形成長條狀的氫氧化鋁。然而，也有部分不能交聯(lián)，形成液滴狀的球體。
    4. 煅燒工藝對粉末微觀結(jié)構(gòu)的影響
溫度的影響
    通過在不同溫度下煅燒，可以獲得不同形態(tài)的粉末。研究人員在制備納米纖維狀A(yù)l2O3粉末時(shí)，在500℃煅燒后的粉末微觀結(jié)構(gòu)為略微拉伸的纖維網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)煅燒溫度升至1200℃時(shí)，樣品不再出現(xiàn)纖維狀，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐?。這是因?yàn)槔w維狀物體的表面能較高，隨著溫度的升高，它會轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢越档捅砻婺艿那蝮w。
 操作系統(tǒng)的影響
    操作體系也影響Al2O3粉末的形貌和粒徑。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道：在煅燒過程中加入晶種或氧化鋁膠體是降低氧化鋁α轉(zhuǎn)變溫度最常見、最有效的方法。除α-Al2O3外，選用的晶種還可以是α-Fe2O3、α-Cr2O3和MgO等，它們的晶體結(jié)構(gòu)與α-Al2O3相同或相似，否則對α相沒有影響或影響很小過渡。 

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