α-Al₂O₃因其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)，使其在電子、化工、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，即使是同一種粉體，不同的生產(chǎn)廠家、不同的生產(chǎn)工藝及不同的生產(chǎn)設(shè)備所生產(chǎn)出的粉體，其物理、化學(xué)性能指標(biāo)也不盡相同，甚至?xí)休^大差別。只有正確、全面地表征粉體及顆粒的各項(xiàng)性能指標(biāo)才能更好地指導(dǎo)生產(chǎn)和應(yīng)用。

對(duì)于α-Al₂O₃粉體來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)和使用中除了化學(xué)成分，常見(jiàn)的表征項(xiàng)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(dǎo)等。上述不同性能實(shí)際上也是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，并且直接影響粉體的加工性能和應(yīng)用。理論上產(chǎn)品要達(dá)到質(zhì)量完全一致，粉體的各 項(xiàng)性能指標(biāo)也必須相同，但是在α-Al₂O₃的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，大部分情況下并 不需要對(duì)所有表征項(xiàng)目進(jìn)行分析檢測(cè)，不同用戶在不同條件下所要求的表征項(xiàng)目也不相同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)只需分析幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)即可。

為了α-Al₂O₃更好的生產(chǎn)和應(yīng)用，就要對(duì)α-Al₂O₃的基本性能有所了解，并能全面、正確的對(duì)其進(jìn)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(chǎn)的α-Al₂O₃一般稱為白剛玉，用工業(yè)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(yè)內(nèi)常指代的α-Al₂O_3。

電熔法生產(chǎn)白剛玉

氧化鋁煅燒回轉(zhuǎn)窯

擴(kuò)展閱讀：

1.一文看懂工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)與相變過(guò)程

2.α-氧化鋁大家族：從性質(zhì)、制備到應(yīng)用

除了納米級(jí)α-Al₂O₃（原晶或D₅₀≤40nm），一般工業(yè)高溫煅燒生產(chǎn)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(guò)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(yè)生產(chǎn)時(shí)研磨以后一般大于2μm，也可能小于2μm（依晶體形貌和研磨設(shè)備、研磨程度、工藝而定）。

隧道窯生產(chǎn)原晶~1.5μm

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)原晶4~5μm

高溫大晶體原晶~15μm

粉體表征技術(shù)在α-Al₂O₃檢測(cè)及生產(chǎn)中的應(yīng)用

α-Al₂O₃主要有三大典型應(yīng)用領(lǐng)域：陶瓷、耐火材料和研磨拋光，不同用途對(duì)α-Al₂O₃性能的要求和表征內(nèi)容也不相同。下面為不同應(yīng)用領(lǐng)域所要求的一些基本表征項(xiàng)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(cè)試樣品的用量見(jiàn)下表。

常用粉體粒度、形貌分析方法

測(cè)試樣品的用量

使用激光粒度儀可以精確測(cè)量材料顆粒的大小分布，深入分析材料的結(jié)構(gòu)和性能，因而成為應(yīng)用廣泛的粉體粒度測(cè)試儀器，但使用時(shí)重點(diǎn)應(yīng)注意的問(wèn)題如下：

（1）分析模式：一定要采用多峰模式，觀察右邊有無(wú)小峰，若有即為團(tuán)聚體，說(shuō)明研磨工藝有問(wèn)題，可指導(dǎo)生產(chǎn)；

粒度分布圖

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

（3）標(biāo)準(zhǔn)篩：325目（53μｍ）、400目（38μｍ）、500目（25μｍ）、625目（20μｍ），篩網(wǎng)選擇要標(biāo)準(zhǔn)或者校驗(yàn)。可用于判斷研磨情況：研磨工藝參數(shù)是否合理，產(chǎn)品有無(wú)團(tuán)聚體等。

擴(kuò)展閱讀：

1.一組圖看懂激光粒度測(cè)量?jī)x

2.粉體的性能表征之--粒度及其分布

2.粉體的顯微結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)代顯微結(jié)構(gòu)分析的定義為：在光學(xué)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(shù)量、形狀、大小、分布取向以及它們相互之間的關(guān)系。對(duì)粉體檢測(cè)來(lái)說(shuō)，可以觀察粉體樣品中α-Al₂O₃晶體的大小、形狀、生長(zhǎng)情況及微量雜質(zhì)等，是否片狀、球形、針狀，厚徑比、長(zhǎng)徑比、發(fā)育程度等。

片狀氧化鋁顯微結(jié)構(gòu)

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

擴(kuò)展閱讀：

1.顯微分析：特種陶瓷的“相面術(shù)”

2.超強(qiáng)分析手段：掃描電鏡在電池材料領(lǐng)域的應(yīng)用

3.α-Al₂O₃粉體的比表面積

通常采用BET氮?dú)馕椒y(cè)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(zhuǎn)化率有關(guān)，常用微米級(jí)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(zhuǎn)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(hào)α-Al2O3比表面積與原晶大小對(duì)照

擴(kuò)展閱讀：

1.粉體比表面積測(cè)試方法對(duì)比分析及應(yīng)用領(lǐng)域

2.比表面積及孔徑分析儀等全新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布（粉體工業(yè)整理版）

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(cè)量。采用比重瓶法測(cè)定最好是測(cè)原粉（粗粉）的真密度，微粉誤差較大，一般工業(yè)常用的α-Al₂O₃真密度為3.92~3.98g/cm³，因?yàn)锳l₂O₃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(zhuǎn)化率亦越高。

比重瓶法真密度測(cè)試儀

（2）α-Al₂O₃粉松裝密度

松裝密度的測(cè)定方法為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6609.25-2004，同樣是測(cè)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(zhuǎn)化率和原晶相對(duì)大小，另外，也可以簡(jiǎn)單判斷出生產(chǎn)工藝，一般隧道窯原粉的松裝密度為0.7~0.9g/cm³，回轉(zhuǎn)窯的松裝密度為0.9~1.1g/cm³。

松裝密度測(cè)試儀

（3）壓實(shí)密度

壓實(shí)密度一般用于測(cè)定微粉。α-Al₂O₃微粉壓實(shí)密度的測(cè)定方法：不同廠家略有差別，壓實(shí)密度與粉體的粒度、比表面積、轉(zhuǎn)化率、原晶大小、形狀、真密度都有關(guān)系，對(duì)于下游用戶來(lái)說(shuō)，壓實(shí)密度越大越好。

5.α-Al₂O₃的α相轉(zhuǎn)化率

通常采用Ｘ射線衍射法檢測(cè)α-Al₂O₃，依循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6609.32-2009。轉(zhuǎn)化率愈高，真密度愈大，采用工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)的α-Al₂O₃其轉(zhuǎn)化率與真密度有以下近似關(guān)系：即當(dāng)轉(zhuǎn)化率≥92％時(shí)，真密度的小數(shù)點(diǎn)后兩位與轉(zhuǎn)化率相同；如轉(zhuǎn)化率為95％，則真密度為3.95g/cm³；轉(zhuǎn)化率為98％，則真密度為3.98g/cm³；轉(zhuǎn) 化 率為100％，則真密度為3.99~4.00g/cm³。

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

一般來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有礦化劑情況下，工業(yè)氧化鋁或氫氧化鋁從1200℃開(kāi)始生成α-Al₂O₃，同樣條件下溫度越高轉(zhuǎn)化率越高，且α-Al₂O₃晶體越大，在實(shí)際生產(chǎn)中同樣的設(shè)備，同樣的保溫時(shí)間，如隧道窯1300℃某種原料的轉(zhuǎn)化率為90%，α-Al₂O₃晶體單晶為0.7～0.8μm；而1520℃則轉(zhuǎn)化率可達(dá)到96%，α單晶可達(dá)到1.3~1.5μm。

如回轉(zhuǎn)窯，受限于設(shè)備本身工藝條件保溫時(shí)間較短，以氫氧化鋁為原料，同等條件下，在溫度為1300℃時(shí)生產(chǎn)的α-Al₂O₃的轉(zhuǎn)化率為87%左右，α-Al₂O₃晶體為0.6μm；當(dāng)溫度達(dá)到1420℃時(shí)，α-Al₂O₃的轉(zhuǎn)化率為90%~92%，α-Al₂O₃原晶大約為1μm。

總結(jié)

在α-Al₂O₃粉體的生產(chǎn)和應(yīng)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(gè)重要表征方法。不同工藝，設(shè)備生產(chǎn)出的產(chǎn)品物理化學(xué)性能也有所不同，各種性能之間存在一定的關(guān)聯(lián)并相互影響，只有充分了解和掌握才能更好地生產(chǎn)和應(yīng)用。

參考來(lái)源：

1.粉體表征技術(shù)在α-Al₂O₃檢測(cè)及生產(chǎn)中的應(yīng)用，孫志昂、沈樂(lè)、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(yè)大學(xué)材料學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所納米材料研究中心）。

粉體圈小吉

本文為粉體圈原創(chuàng)作品，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載，也不得歪曲、篡改或復(fù)制本文內(nèi)容，否則本公司將依法追究法律責(zé)任。