亚微米氧化铝粉末应用及制备技术

  亚微米氧化铝是目前纳米材料研究的热点之一，它比普通氧化铝熔点高，耐火度高，高温力学性能好，且电绝缘性能好，耐酸碱侵蚀性能强，硬度高，粒径微小（1 nm~1μm）。在传统行业，如建筑陶瓷领域，随着氧化铝粒径减少,比表面积增大，接近于可见光波长范围的亚微米级氧化铝比微米级氧化铝对坯体的增白作用会更强。且亚微米氧化铝粉体因其轻质、高强度和耐高温的特性，在航空航天领域中被用于制造飞机和航天器的结构部件。这些材料的应用有助于减轻结构重量，提高燃料效率和飞行性能。在新兴行业中，亚微米氧化铝在锂离子电池隔膜涂层中也有应用。研究表明，将亚微米级α-氧化铝粉体应用于锂离子电池PE隔膜涂层，可以显著改善隔膜的性能。此外亚微米氧化铝粉体在先进陶瓷领域中的应用也在不断扩大。由于其耐高温、高强度和耐磨性，亚微米氧化铝粉体被用于制造高密度耐磨陶瓷、精细抛光材料和电子基板等。
  亚微米氧化铝粉末的制备技术有气相法、固相法、液相法，气相法包括化学气相沉积法、激光诱导气相沉积法、等离子气相合成法等等。在亚微米氧化铝粉体材料的制备过程中，如何有效控制产品的纯度、粒度和形貌，避免引入杂质，提高材料的一致性和稳定性，是当前面临的主要技术挑战。
  在这些制备技术中，等离子体雾化制粉技术发挥了重要的作用，其利用电离气体的导电性，使电弧能量迅速转移并变成气体的热能，形成一种高温气体射流（温度5000℃以上），从而可以用作高强度热源。金属及其合金、陶瓷（丝材、棒材、固转液）通过特殊设计的送料装置使物料经过等离子体发生器产生的超高温射流中熔融雾化蒸发，让气体中的氧离子与蒸发过程中的铝离子快速合成，最后通过控制冷却速率，从而得到球形亚微米或纳米氧化铝粉体。由于制备过程无坩埚，因此可以避免原材料与坩埚接触造成的材料污染。
  天际智慧的等离子体雾化制备粉末材料生产装备（图2）具备射频等离子体、直流转移弧等离子体、直流非转移弧等离子体及微波等离子体应用技术。
  其它应用如射频等离子体技术通过在高频电源将惰性气体或氧化气体电离，形成稳定的高温气体等离子体然后将被运载气体运输的原料送入等离子炬中。原料在高温等离子体中吸收大量的热从而迅速熔化和雾化或汽化、并以极高的速度进入反应器，在气氛下快速冷却，并且在表面张力的作用下，冷却凝固成球形微纳米粉末再进入收料室中收集。这三种技术制备原理图如下所示：
  通过天际智慧等离体雾化制备粉末材料生产装备制备的粉末除了开始提到的无杂质污染外，还具备如下优势：
  ▶可制备微米、纳米、纯金属、合金以及陶瓷粉末等材料，适用范围广。
  ▶加热温度高、冷却速度快。可以制备钨、钼、钛、镍、碳化钨、氧化铝、氧化硅、氧化锆等高温难熔金属及其它化合物粉体材料。
  ▶粉末致密性和堆积密度增大。
  ▶制备的材料具有粒径分布均匀、低氧含量、无卫星球/空心球等特点。
  ▶反应物在等离子体中动态分散，可以避免粉体的团聚和长大，无冷态雾化介质，粉末形状规则球化率高，表面光洁，流动性好。制备出的粉末形貌如图4所示：