一文看懂火焰法制备球形氧化铝、球形氧化硅粉末装备

氧化铝（Al₂O₃）是性能优异的化工原料，有α、γ、θ、δ等八种晶型。其中球形氧化铝粉体因其独特的形貌，较好的流动性，高的比表面积和大的堆积密度等优点，展现出耐腐蚀、耐高温、耐酸碱、耐磨损、耐氧化、高硬度、易分散优越性能，在电子、化工、军工等领域得到广泛的应用。图1a展示为陶瓷材料领域，球形氧化铝是氧化铝的众多形貌中致密性能、稳定性能、改善烧结性能优异的一种，其制备的氧化铝陶瓷具有良好的耐高温、耐腐蚀、高的化学稳定性，较好的介电性能，硬度大，熔点高且耐磨损的优良性能。

图1 球形氧化铝的应用

图1b展示为研磨抛光材料领域，球形氧化铝作为研磨抛光材料可以更好的增加材料的分散性，还有流动的速率以及粒度尺寸的大小，广泛地应用在化学机械抛光技术(CMP)中。图1c展示为锂电池隔膜涂层，作为表面防护层材料，可以避免正负极接触并促进锂离子在电极之间穿梭，提高了电池的性能和安全性。

球形氧化硅（SiO₂）是航空、航天、电子信息等高端产业的重要材料，同时也在新型涂料、特种陶瓷、高档化妆品等领域有着广泛的应用，具有很高的实用价值。图2a展示的是电子封装领域，用球形硅微粉填充的环氧树脂塑封料的导热系数小，膨胀系数小，用作微电子元件基板及封装的填充率可达到90%，可作为大规模、超大规模集成电路理想的基板材料和封装材料。

图2 球形氧化硅的应用

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除此之外，球形硅微粉因为具有高电绝缘性、高热稳定性、耐酸碱性、耐磨性等，作为功能填料应用于覆铜板中，可以明显改善覆铜板的力学、热学、和电学性能。高纯球形硅微粉具有极强的紫外吸收，红外反射特性，添加到涂料中能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料的隔热性、强度和光洁度，提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。

随着现代工业的迅猛发展，对氧化铝/氧化硅粉末的纯度、粒径特别是颗粒形状提出了较高的要求。火焰球化制备球形氧化铝、氧化硅粉末，具有易操控、易实现大规模生产、球化效果好的优点，得到广泛的应用。该方法主要采用乙炔气、氢气、天然气等工业燃料气体作为熔融粉体的洁净无污染热源，高温熔化普通微粉制备球形氧化铝/氧化硅粉末。

图3 设备组成及示意图

火焰球化法基本原理是结晶氧化硅/氧化铝微粉在火焰焰流中经传导、辐射和对流吸收大量的热量而收缩成球状液滴，经冷却收集获得球形氧化硅/氧化铝粉末。粉体能否被熔融取决于两方面：火焰温度要高于粉体材料的熔融温度以及保证粉体颗粒熔融所需要的热量。

火焰球化法的优点：

天际智慧自主研发了粉末材料燃气火焰球化装备，可用于高效处理氧化铝/氧化硅粉末，设备参数如表1所示。燃烧器的功率型号及选型可调，球化率可达到95%。

表1 设备参数

图5展示了进行火焰球化法处理后的氧化铝粉末示意图，原料粉体为极不规则的角形颗粒，且棱角分明；火焰球化处理后，颗粒呈球形，表面光滑，处理效果理想。

图5 (a) 球化前形貌     (b) 球化后形貌