α-Al₂O₃因其特殊的結構和性質特點，使其在電子、化工、航空航天等領域得到廣泛的應用。而在實際的工業生產中，即使是同一種粉體，不同的生產廠家、不同的生產工藝及不同的生產設備所生產出的粉體，其物理、化學性能指標也不盡相同，甚至會有較大差別。只有正確、全面地表征粉體及顆粒的各項性能指標才能更好地指導生產和應用。

對于α-Al₂O₃粉體來說，在生產和使用中除了化學成分，常見的表征項目有：粒度、粒度分布、晶體形貌、原晶粒度、比表面積、真密度、松裝密度、吸油率、吸水率、PH值、電導等。上述不同性能實際上也是相互關聯、相互影響的，并且直接影響粉體的加工性能和應用。理論上產品要達到質量完全一致，粉體的各 項性能指標也必須相同，但是在α-Al₂O₃的實際生產和應用中，大部分情況下并 不需要對所有表征項目進行分析檢測，不同用戶在不同條件下所要求的表征項目也不相同，根據經驗只需分析幾個關鍵指標即可。

為了α-Al₂O₃更好的生產和應用，就要對α-Al₂O₃的基本性能有所了解，并能全面、正確的對其進行表征。

α-Al₂O₃的基本概念

通常，自然界有天然的α-Al₂O₃礦物，稱為剛玉，采用電弧爐高溫熔融生產的α-Al₂O₃一般稱為白剛玉，用工業氧化鋁作原料，在1300~1500℃煅燒生成的α-Al₂O₃稱為煅燒氧化鋁，也即行業內常指代的α-Al₂O_3。

電熔法生產白剛玉

氧化鋁煅燒回轉窯

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2.α-氧化鋁大家族：從性質、制備到應用

除了納米級α-Al₂O₃（原晶或D₅₀≤40nm），一般工業高溫煅燒生產常用的α-Al₂O₃其原晶粒度為0.3~100.0μm，原晶小于1μm的稱之為微晶α-Al₂O₃，原晶大于10μm的稱之為大晶體α-Al₂O₃，超過50μm的稱為超大晶體α-Al₂O₃。

Ps：原晶又稱初始晶粒、一次晶粒等，原晶粒度并不是粉體顆粒的粒度，如α-Al₂O₃原粉的原晶粒度為2μm，工業生產時研磨以后一般大于2μm，也可能小于2μm（依晶體形貌和研磨設備、研磨程度、工藝而定）。

隧道窯生產原晶~1.5μm

回轉窯生產原晶4~5μm

高溫大晶體原晶~15μm

粉體表征技術在α-Al₂O₃檢測及生產中的應用

α-Al₂O₃主要有三大典型應用領域：陶瓷、耐火材料和研磨拋光，不同用途對α-Al₂O₃性能的要求和表征內容也不相同。下面為不同應用領域所要求的一些基本表征項目：

1.粉體的粒度、形貌分析

常用的粉體粒度、形貌分析方法、測試樣品的用量見下表。

常用粉體粒度、形貌分析方法

測試樣品的用量

使用激光粒度儀可以精確測量材料顆粒的大小分布，深入分析材料的結構和性能，因而成為應用廣泛的粉體粒度測試儀器，但使用時重點應注意的問題如下：

（1）分析模式：一定要采用多峰模式，觀察右邊有無小峰，若有即為團聚體，說明研磨工藝有問題，可指導生產；

粒度分布圖

（2）粗顆粒：不能用超聲波進行分散，攪拌時要盡可能使用小轉速以免團聚體破碎，這樣才能反映粉體的真實粒度；

（3）標準篩：325目（53μｍ）、400目（38μｍ）、500目（25μｍ）、625目（20μｍ），篩網選擇要標準或者校驗。可用于判斷研磨情況：研磨工藝參數是否合理，產品有無團聚體等。

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2.粉體的性能表征之--粒度及其分布

2.粉體的顯微結構分析

現代顯微結構分析的定義為：在光學和電子顯微鏡下分辨出試樣中所含有各相的種類和各相的數量、形狀、大小、分布取向以及它們相互之間的關系。對粉體檢測來說，可以觀察粉體樣品中α-Al₂O₃晶體的大小、形狀、生長情況及微量雜質等，是否片狀、球形、針狀，厚徑比、長徑比、發育程度等。

片狀氧化鋁顯微結構

光學顯微鏡分辨率為0.2μm（采取輔助措施后可達20nm），電子顯微鏡分辨率為0.3nm。

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2.超強分析手段：掃描電鏡在電池材料領域的應用

3.α-Al₂O₃粉體的比表面積

通常采用BET氮氣吸附法測定α-Al₂O₃的比表面積，α-Al₂O₃的比表面積的大小與其晶體形狀、大小及α-Al₂O₃轉化率有關，常用微米級的α-Al₂O₃微粉比表面積為0.3~25m²/g，粒度越小，比表面積越大；轉化率越高，比表面積越小；納米α-Al₂O₃比表面積則較大，一般在100m²/g以上。

幾種型號α-Al2O3比表面積與原晶大小對照

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4.α-Al₂O₃粉體的密度

（1）真密度

真密度也稱有效密度，通常采用比重瓶法測量。采用比重瓶法測定最好是測原粉（粗粉）的真密度，微粉誤差較大，一般工業常用的α-Al₂O₃真密度為3.92~3.98g/cm³，因為Al₂O₃不同相中的α相真密度最高，所以，真密度越高，α-Al₂O₃含量越高，轉化率亦越高。

比重瓶法真密度測試儀

（2）α-Al₂O₃粉松裝密度

松裝密度的測定方法為國家標準GB/T6609.25-2004，同樣是測定原粉，微粉誤差大。從粉體松裝密度大小可以定性判斷粉體的比表面積、轉化率和原晶相對大小，另外，也可以簡單判斷出生產工藝，一般隧道窯原粉的松裝密度為0.7~0.9g/cm³，回轉窯的松裝密度為0.9~1.1g/cm³。

松裝密度測試儀

（3）壓實密度

壓實密度一般用于測定微粉。α-Al₂O₃微粉壓實密度的測定方法：不同廠家略有差別，壓實密度與粉體的粒度、比表面積、轉化率、原晶大小、形狀、真密度都有關系，對于下游用戶來說，壓實密度越大越好。

5.α-Al₂O₃的α相轉化率

通常采用Ｘ射線衍射法檢測α-Al₂O₃，依循國家標準GB/T6609.32-2009。轉化率愈高，真密度愈大，采用工業氧化鋁生產的α-Al₂O₃其轉化率與真密度有以下近似關系：即當轉化率≥92％時，真密度的小數點后兩位與轉化率相同；如轉化率為95％，則真密度為3.95g/cm³；轉化率為98％，則真密度為3.98g/cm³；轉 化 率為100％，則真密度為3.99~4.00g/cm³。

另外相同生產工藝條件下，轉化率愈高，α-Al₂O₃的松裝密度愈大，則比表面愈小。

一般來說，在沒有礦化劑情況下，工業氧化鋁或氫氧化鋁從1200℃開始生成α-Al₂O₃，同樣條件下溫度越高轉化率越高，且α-Al₂O₃晶體越大，在實際生產中同樣的設備，同樣的保溫時間，如隧道窯1300℃某種原料的轉化率為90%，α-Al₂O₃晶體單晶為0.7～0.8μm；而1520℃則轉化率可達到96%，α單晶可達到1.3~1.5μm。

如回轉窯，受限于設備本身工藝條件保溫時間較短，以氫氧化鋁為原料，同等條件下，在溫度為1300℃時生產的α-Al₂O₃的轉化率為87%左右，α-Al₂O₃晶體為0.6μm；當溫度達到1420℃時，α-Al₂O₃的轉化率為90%~92%，α-Al₂O₃原晶大約為1μm。

總結

在α-Al₂O₃粉體的生產和應用中，粉體及顆粒性能的表征非常重要，顯微圖像法 是研究α-Al₂O₃粉體顆粒的一個重要表征方法。不同工藝，設備生產出的產品物理化學性能也有所不同，各種性能之間存在一定的關聯并相互影響，只有充分了解和掌握才能更好地生產和應用。

參考來源：

1.粉體表征技術在α-Al₂O₃檢測及生產中的應用，孫志昂、沈樂、田春華（陶瓷）；

2.氧化鋁α相變及其相變控制的研究，吳玉程、宋振亞、楊曄、李勇、崔平（合肥工業大學材料學院、中國科學院固體物理研究所納米材料研究中心）。

粉體圈小吉

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