片狀氧化鋁作為一種重要的特種氧化鋁材料，不僅具備普通氧化鋁的優良性能而且還由于具有特殊的二維片狀結構、適中的表面活性、良好的附著力、反射光線的能力以及顯著的屏蔽效應等。同時，由于其價格是冶金級氧化鋁的數十倍，因此片狀氧化鋁制備理論和工藝具有巨大的研究意義。

應用上，片狀氧化鋁作為氧化鋁工業新的增長點已被廣泛應用到顏料、化妝品、汽車漆料、耐火材料、增韌陶瓷等各個領域。比如說下圖展示的默克公司的Xirallic?高彩度水晶珠光效果顏料，據說售價高達2000元/kg，使用的正是片狀氧化鋁基材。

Xirallic?水晶珠光效果顏料片狀氧化鋁基材電鏡圖

據默克的官網介紹，這種獨特的閃爍效果的生產秘訣是金屬氧化物對片狀氧化鋁基材的完美包覆，重點是每一片基材都擁有平整光滑的表面，因此可有效明顯地增加了顏料對光的反射效果。

要制造出類似上述這種實現特定功能的片狀氧化鋁，關鍵就在于制備工藝的參數調整。接下來本文將以張鶴等以熔鹽法制備片狀氧化鋁的實驗為例，闡述氧化鋁的片狀形貌的形成機理，以及在實際應用中該如何通過改變條件來控制片狀氧化鋁的晶體形貌。

關于熔鹽法

熔鹽法又稱助熔劑法，是1973年開始發展起來的一種合成氧化物陶瓷粉體的技術。它是將所需組分的反應物與兩種鹽按照一定比例混合，然后在高于鹽的熔點的溫度下進行煅燒，由于氧化物重新排布并迅速擴散到液態鹽中進行反應而生成產物，冷卻后經去離子水清洗除去其中的鹽分得到純凈產物的一種粉體合成方法。

熔鹽法是合成片狀α-Al₂O₃最重要的方法之一，相比于直接燒結的高溫固相法，熔鹽法制備Al₂O₃的煅燒溫度更低，燒結時間更短，制備出的片狀Al₂O₃尺寸均勻，團聚低，是制備珠光顏料最理想的方法。

片狀氧化鋁的制備關鍵

作為最主要的片狀氧化鋁制備工藝之一，業界對熔鹽法的制備工藝已有一定的研究。關鍵在于在熔鹽法制備片狀氧化鋁時可以通過晶種的加入量、熔鹽用量以及煅燒的溫度和時間等參數對粉體的形貌進行控制。

首先需明確片狀Al₂O₃的形成機理：鋁鹽和碳酸鹽在溶液具有較高的流動性和擴散速率，可以迅速反應生成均勻的Al(OH)₃凝膠。Al(OH)₃進一步形成[Al(OH)₆]^3-八面體，構成二聯（Al₂O₁₁）、三聯（Al₃O₁₄）、六聯（Al₆O₃₆）等不同維度的生長基元，這些生長基元的疊合規律遵循Pauling晶體化學規則。

由于晶體的生長受限于晶面結構和基元間的不同疊加方式，不加以限制會生長成板狀晶體。如圖所示，Al₂O₃晶體的形成主要以[0001]面簇為主要顯露面，菱面體[112(—)3]亦常顯露；六方柱[112(—)0]有一定程度顯露，無添加劑的Al₂O₃晶體會容易生長成板狀結構，而加入添加劑能使片狀厚度和團聚減小（磷酸鹽），形狀規則（鈦鹽）。在Al₂O₃結晶過程中引入添加劑，對晶面實現定向禁阻作用，控制生長基元的疊加方向，最終制備可以出形狀規則、分散性好、粒徑均勻的片狀Al₂O₃。

①添加劑的影響

鈦鹽：從晶粒的生長基元分析，添加鈦鹽能使Al₂O₃形狀更加規則，團聚降低。下圖是Al₂O₃晶體形貌轉化機理，當加入鈦鹽時，會抑制紅框圈住的兩個晶面的生長。這是因為Ti⁴⁺的半徑（60pm）與Al³⁺的半徑（53pm）接近，且Ti⁴⁺呈四價，Al³⁺呈三價，3個Ti⁴⁺容易擴散進入Al2O3晶體中取代4個Al³⁺，造成了Al³⁺的空位。空位會導致晶格缺陷，有利于擴散，加快[0001]面的生長，使其余兩個晶面的生長速度減小，Al₂O₃從板狀結構轉化成柱狀結構。

但同時也要注意添加量的大小，下圖張鶴等在不同TiO₂添加量下制備出來的片狀氧化鋁，可發現2%（質量分數）時形成的片狀Al₂O₃粒徑分布均勻，平均粒徑最大（4.0μm），分散性好，呈現規則的正六邊形。

磷酸鹽：從晶粒生長基元分析，添加適量磷酸鹽能使Al₂O₃由較厚的柱狀結構轉變為六邊片狀結構。這是由于PO₄^3?離子強度較大，具有較高的庫侖力，容易吸附在帶負電粒子的[0001]面上，會產生靜電阻力與空間位阻，抑制了生長基元在[0001]面上的疊加，限制了Al₂O₃在厚度上的生長，最終會得到薄而分散性好的片狀Al₂O₃。

但隨著磷酸鹽過量增多時，磷酸根離子不僅會阻礙生長基元在[0001]面疊加，還會阻礙在其他晶面上的疊加，使各晶面生長不再是各向異性，晶體生長成不規則片狀，晶粒難以長大。

②煅燒溫度的影響

張鶴等研究了煅燒溫度對片狀Al₂O₃的重要影響，溫度促進物質的傳遞速率和結合速率，過高的溫度會使制備出的片狀Al₂O₃尺寸較大。當溫度為1200℃時，粉體晶型轉變較好，對改善片狀Al₂O₃的分散性有促進作用，所制得的六邊片狀Al₂O₃分散明顯，粒徑均勻。

不同煅燒溫度下片狀Al₂O₃形貌的SEM圖

③熔鹽比的影響

熔鹽比對形成片狀Al₂O₃的影響在熔鹽法制備過程中，液相間傳質作用對晶粒的形成過程有重要影響。因此，對熔鹽用量的研究至關重要。張鶴等人采用熔鹽體系為Na₂SO₄-K₂SO₄，適當的液相可以為晶粒的移動提供足夠的空間，當鋁鹽與熔鹽摩爾比為1:4時，制備出的晶粒尺寸均勻，分散性好。

資料來源：

張鶴,邵國強,史和邦,等. 片狀氧化鋁的熔鹽法制備關鍵參數[J]. 化工展,2021,40(8):4187-4195. DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1864.

張倩影,朱麗慧,劉偉,等. 片狀氧化鋁粉體的制備及應用[J]. 材料導報,2007,21(z1):384-387. DOI:10.3321/j.issn:1005-023X.2007.z1.117.

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