1.1 Alumina Crystal Estrikti
Alumina gen yon estrikti relativman konplèks, nan ki li divize an de kategori ki baze sou aranjman nan O2 -: estrikti kib (fcc) oswa estrikti egzagonal fèmen-chaje (hcp). Nan de gwo kategori sa yo, yo ka fè plis klasifikasyon ki baze sou Al3+, pami ki (kib), η (kib), θ (monoklinik), ak δ (orthorhombic) estrikti yo baze sou lasi fcc la, pandan y ap (trigonal), κ (orthorhombic), ak χ (egzagonal) se estrikti hcp.
-Estrikti kristal Al2O3 la gen O2- ranje nan yon estrikti egzagonal fèmen-, ak pati ki rete yo fòme sit entèrstisyèl oktaedrik, ak Al3+ ranpli 2/3 nan sit entèrstisyèl yo, kidonk asire ke fòmil chimik nan alumina se -Al2O3. Prensip ranpli Al3+ nan sit entèstisyèl oktaedrik yo satisfè règ Pauling yo, sa vle di, distans ant Al3+ nan menm kouch la ak ant kouch yo ta dwe kenbe otank posib [1].
-Al2O3 plis divize an flak-tankou -Al2O3 ak esferik -Al2O3. Flake-tankou -Al2O3 montre yon estrikti plan de-nan espas, ak yon ti epesè ak yon gwo dyamèt-a-rapò epesè. Anjeneral, li prepare pa twa metòd: chimi mouye, reyaksyon solid-, ak metòd sèl fonn. Estrikti -Al2O3 esferik la sitou ranje nan espas twa -dimansyon, epi kwasans li nan direksyon de -dimansyon yo dwe siprime pandan preparasyon an, kidonk metòd tankou presipitasyon omojèn, metòd idrotèmal, metòd boul degoute, metòd modèl, metòd flite, ak elektwoliz plasma yo pwensipalman itilize isit la. Esferik -Al2O3 relativman pi difisil pou prepare.
-Estrikti kristal Al2O3 la karakterize pa anbalaj kib fèmen nan O2-, kidonk fòme yon estrikti oktaedrik. Estrikti sa a plis evolye nan yon estrikti spinèl, nan ki 32 atòm O kib ki chaje fèmen konstitye selil inite a. Nan estrikti spinèl la, 32 atòm O fòme 8 vid tetraedral ak 16 vid oktaedral, kote 67/3 atòm aliminyòm yo distribye owaza nan espas vid yo, pandan y ap 8/3 pòs vid egziste [2].
Karakteristik estrikti kristal -Al2O3 la chita nan gwo sifas espesifik li yo ak sant aktif lajman distribiye. Nan tanperati katalitik apwopriye, materyèl sa a montre bon estabilite. Se poutèt sa, -katalis Al2O3 gen gwo kandida aplikasyon nan endistri ak rechèch syantifik akòz selektivite segondè yo.
-Al2O3 se fòm kristal ki pi estab nan alumina, ak lòt fòm kristal yo enstab epi yo rele faz tranzisyon. Faz tranzisyon sa yo pral evantyèlman transfòme nan estrikti ki estab -Al2O3 nan sèten kondisyon, kidonk -Al2O3 se tou faz final transfòmasyon alumina. Se poutèt sa, sèlman -Al2O3 ki egziste nan lanati, sou fòm mineral natirèl tankou korundon natirèl, ruby, ak safi. Yo rele estrikti sa a tou estrikti kristal korundon [3-4].
1.2 Alumina Seramik
Seramik alumina yo se yon materyèl seramik ki gen gwo -pèfòmans. Akòz ekselan pwopriyete fizik ak chimik yo, yo lajman ki itilize nan anviwònman piman bouk tankou tanperati ki wo, gwo fòs, segondè rezistans mete, ak segondè izolasyon. Istwa devlopman yo ka remonte nan fen 19yèm syèk la. Akòz gwo fòs yo ak rèd, seramik alumina yo se youn nan seramik oksid ki pi popilè. An menm tan an, akòz pwopriyete jeneral mekanik, elektrik ak optik yo, seramik alumina yo itilize nan anpil jaden endistriyèl modèn.
Seramik Alumina gen dite segondè, ak yon dite Rockwell nan HRA80-90, ki se dezyèm sèlman dyaman. Rezistans mete nan seramik alumina ekivalan a 266 fwa sa yo ki nan asye Manganèz ak 171.5 fwa sa yo ki nan segondè -kwòm jete fè. Anba menm kondisyon travay yo, li ka pwolonje lavi sèvis ekipman pa omwen dis fwa. Dansite materyèl seramik alumina se 3.7 ~ 3.95 g / cm³, sèlman mwatye nan asye, ki kapab tou redwi anpil chaj ekipman. An menm tan an, li tou gen avantaj tankou konduktiviti tèmik segondè, bon rezistans ak estabilite tèmik, ak yon ti konstan dielectric. Li se materyèl pi pito pou yon nouvo jenerasyon aparèy ak sistèm mikwo-elektwonik e li te vin materyèl prensipal pou substrats sikwi nan domèn tankou ayewospasyal, kominikasyon 5G, segondè -semi-conducteurs pouvwa, ak gwo pouvwa dirije ekleraj [5].
Segondè -pite ultrafin teknoloji preparasyon poud alumina se youn nan faktè kle yo mete restriksyon sou devlopman rapid nan materyèl espesyal alumina seramik epi li se tou yon lyen kle nan diminye depans ak ogmante efikasite nan pwodiksyon endistriyèl. Devlopman nouvo metòd pou prepare poud seramik kalite siperyè-se yon gwo siyifikasyon nan devlopman materyèl seramik ak domèn teknoloji segondè ki gen rapò ak-.
2
Teknoloji Preparasyon poud Alumina
2.1 Klasifikasyon Précurseurs Alumina
Preparasyon alumina anjeneral enplike nan dekonpozisyon tèmik idrat alumina, ki presipite nan solisyon ki gen iyon Al3+ oswa konpoze organometalik. Etid yo montre ke pwosesis konvèsyon sa a (tankou dezidratasyon boehmite nan -Al2O3) se yon reyaksyon topotaktik, ki pèmèt mòfoloji mikwoskopik précurseur a kenbe nan alumina a. Se poutèt sa, karakteristik sa yo nan alumina yo pre relasyon ak précurseur idrat la.
Dapre diferans ki genyen nan estrikti ak kontni dlo, précurseurs alumina sitou gen ladan gibbsite, bayerit, nordstrandite, ak dyaspore, nan mitan ki diaspore se plis divize an dyaspore ak boehmite. Gibbsite se eleman prensipal boksit nan rejyon twopikal yo. Kòm pwodwi final la nan pwosesis komèsyal Bayer la, li pwodui sou yon gwo echèl pa presipitasyon alkalin nan Al3+ epi li lajman itilize kòm yon rezistan flanm dife, aditif pou polymère ak papye, filler dantifris, ak estabilize pou diyoksid Titàn. Estrikti kristal gibbsite fè pati sistèm monoklinik la, ak oktaèd aliminyòm-oksijèn ki konekte pa kwen pou fòme yon estrikti kouch, epi aranjman doub-kouch anpile ka eksprime kòm AB BA AB BA.... Boehmite, ke yo rele tou pseudo-boehmite. Li ka sentèz idrothermal lè l sèvi avèk gibbsite kòm yon matyè premyè, oswa jwenn pa kontwole torréfaction nan bayerit. Boehmite fè pati sistèm orthorhombic la, ak oktaèd aliminyòm-oksijèn ki konekte pa kwen epi ki ranje nan yon fason etap, epi kouch li yo konekte pa lyezon idwojèn. Nan estrikti oktaedrik la, atòm oksijèn yo ranje nan fason ABC ABC....
Pami plizyè précurseur idroksid aliminyòm, pseudo-boehmite se yon kalite idrat ki gen relativman ba kristalinite. Li karakterize pa gwo sifas espesifik, porositë abondan, yon sifas ki chaje pozitivman, fasil dispèsyon nan dlo ak idroksil-ki gen solvang, ak bon solubilite jèl anba kondisyon asid. Karakteristik sa yo fè pseudo-boehmite lajman itilize kòm yon konpayi asirans katalis ak lyan, epi li se tou yon pwodwi entèmedyè enpòtan pou pwodwi aktive alumina [6].
2.2 Metòd preparasyon poud alumina
2.2.1 Metòd faz gaz
Metòd faz gaz la itilize dirèkteman gaz oswa vaporize reyaktif atravè diferan metòd chofaj, sa ki lakòz reyaksyon fizikochimik rive nan eta gaz la, epi finalman kondansasyon pou fòme poud ultrafin. Sa a ki kalite metòd gen kondisyon reyaksyon modere, kontwòl fasil nan aglomerasyon, bon dispèsibilite patikil, ti gwosè patikil, ak distribisyon etwat; dezavantaj la se sede trè ba, ak pri pwodiksyon yo difisil pou kontwole.
Nan metòd faz gaz la, matyè premyè yo dwe konplètman vaporize anvan reyaksyon, ki konsome anpil enèji, ak reyaksyon an mande pou yon gwo kantite gaz inaktif ak imidite ki ba anpil, sa ki lakòz pri relativman wo pou metòd faz gaz la.
Depozisyon chimik vapè (CVD) se yon metòd faz gaz souvan itilize pou prepare nano-alumina. Metòd sa a sèvi ak klori aliminyòm ak vapè dlo pou reyaji nan yon chanm reyaksyon pou jenere nanopoud alumina. Metòd CVD komen yo enkli CVD flanm dife, CVD piroliz lazè, ak lòt moun. Han Shizhong et al. [7] prepare gwo -poud alumina pite ak yon gwosè patikil mwayèn nan 5.6 nm pa plasma organometalik CVD, reyaji nan yon anviwònman oksijèn nan 1000 degre ak 5.3 kPa pou jwenn esferik nano-alumina poud.
2.2.2 Metòd faz likid
Metòd faz likid la enplike nan fonn sèl aliminyòm nan yon sòlvan sèten, separe solut la ak sòlvan atravè evaporasyon, sublimasyon, adisyon nan presipitant, idroliz, ak lòt metòd pou jwenn patikil nan yon sèten fòm ak gwosè, se sa ki, prepare précurseur nan poud Al2O3, epi finalman chofaj ak dekonpoze précurseur la.
Premyèman, eleman aliminyòm nan egziste nan solisyon an nan fòm iyonik epi yo ka fonn nan solvang dlo oswa solvang òganik tankou trichloromethyl, etanòl, ak toluèn nan sèl aliminyòm tankou silfat aliminyòm, sek-butoksid aliminyòm, ak metaaluminate sodyòm. Imedyatman, iyon aliminyòm yo ka depoze ak presipite nan fòm oksid kovalan atravè metòd tankou idroliz ak evaporasyon sèl aliminyòm, oswa lè l sèvi avèk presipitant tankou kabonat amonyòm, idroksid sodyòm, ure, ak asid silfirik. Finalman, presipite a lave epi sèk oswa kalsine nan tanperati ki wo pou jwenn fòm kristal alumina vle [8-9].
Flite piroliz teknoloji
Teknoloji piroliz flite, ke yo rele tou teknoloji piroliz flanm dife, se yon metòd pou prepare poud alumina ultrafin ki baze sou ti gout ayewosòl ki te pwodwi ultrasons -gwosè ki chofe ak dekonpoze nan 400 degre ~ 800 degre. Laine et al. [10] avèk siksè pirifye poud alumina multifaz lè l sèvi avèk teknoloji piroliz espre, jwenn gwo -pite nano- poud alumina ak yon gwosè patikil nan 50 nm ~ 80 nm ak -faz pite nan 50% ~ 85%.
Metòd alkoksid idwoliz
Metòd idroliz alkoksid la enplike nan prepare yon solisyon ki soti nan yon sèl dlo apwopriye -idrosolubl aliminyòm dapre pwopòsyon esteyyometrik, Lè sa a, chwazi yon presipitant ki ka reyaji ak iyon metal yo fòme yon presipite, epi finalman chofe ak dezidrate presipite a pou jwenn poud ultrafin [11]. Metòd idwoliz alkoksid komen yo enkli souf -emisyon- metòd silfat amonyòm aliminyòm gratis ak metòd kabonat amonyòm aliminyòm, elatriye [12-13].
Zhong Lianyun et al. [14] te itilize analiz nitrat aliminyòm pi bon kalite ak bikabonat amonyòm kòm prensipal matyè premyè pou prepare nano-Al2O3 poud pa metòd ko-presipitasyon an. Gwosè an mwayèn patikil nan nano-Al2O3 poud prepare te 20 nm ~ 30 nm. Ajoute surfactant PEG6000 amelyore pèfòmans dispèsyon -Al2O3 poud.
Pwosesis Bayer amelyore
Pwosesis Bayer itilize chanjman nan solubility nan oksid aliminyòm nan solisyon alkalin, lè l sèvi avèk solisyon idroksid sodyòm konsantre pou konvèti idroksid aliminyòm nan aluminate sodyòm, Lè sa a, separe sibstans ki pa idrosolubl nan presipitasyon, epi finalman re{0}}presipite idroksid aliminyòm pa dilution ak adisyon nan idroksid aliminyòm, pitit pitit pitit yo jwenn ak dezidratasyon. poud.
Nan dènye ane yo, atravè rafineman kontinyèl nan pwosesis Bayer, yo te devlope nouvo metòd ki kapab efikas desilikasyon [15]. Pwosesis Bayer amelyore sitou amelyore preparasyon idroksid sodyòm ak retire sodyòm, fè desilikasyon ak retire fè sou aluminat sodyòm, epi kontwole kondisyon dekonpozisyon pou jwenn idroksid aliminyòm pite segondè. Pandan pwosesis sa a, idroksid aliminyòm presipite tou dousman, efektivman diminye ensidan an nan nwayo kristal nòmal ak tou diminye enkòporasyon nan enpurte sodyòm ak Silisyòm. Finalman, gwo -alumina pite yo jwenn nan kalsinasyon segondè -tanperati ak fanm k'ap pile.
Sol{0}}Metòd jèl
Metòd sol-jèl la se yon metòd senp epi efikas pou fè sentèz nano-alumina. Kontrèman ak metòd presipitasyon an, ki okòmansman konvèti nan sol ak jèl, sèl aliminyòm ak gwo -pite amine oswa solisyon sèl amonyòm sibi idroliz oswa polymérisation pou fòme yon jèl précurseur, ki se Lè sa a, alkòl -lave, aje, epi finalman kalsine pou jwenn poud alumina.
Gen kèk chèchè ki te fè tou amelyorasyon teknik ki baze sou metòd tradisyonèl sol-jèl la. Pou egzanp, Zhu Zuoyuan [16] te adopte yon pwosesis ibrid nan idwoliz metal alkoksid ak metòd sol-jèl pou prepare segondè-pite poud alumina ultrafin. Premyèman, yo te chofe poud aliminyòm ak pite Pi gran pase oswa egal a 2N pou fè sentèz solisyon alkoksid aliminyòm, enpurte patikil ensolubl yo te retire pa mikrofiltrasyon, epi apre aje, idroliz te pote soti. Yo te jwenn yon jèl sèk pa distilasyon, epi finalman te gen gwo -poud alumina pite yo te jwenn pa kalsinasyon segondè-tanperati.
Metòd alkoksid aliminyòm
Metòd alkoksid aliminyòm fè pati iterasyon teknolojik metòd idroliz alkoksid. Li enplike ajoute flak aliminyòm metal nan solisyon izopropanol pou reyaksyon pou jenere izopropoksid aliminyòm, Lè sa a, idrolize izopropoksid aliminyòm pou jenere alumina idrate, epi apre etap tankou aje, filtraj, siye, ak dezidratasyon aktivasyon, finalman jwenn poud alumina ak aktivite relativman wo SINTERING.
Yang Conglin et al. [17] te itilize metal aliminyòm ak alkòl kabòn kòm matyè premyè pou fè sentèz segondè -alkoksid aliminyòm pite, epi prepare alumina idrate pa idroliz alkoksid, elimine pwosesis distilasyon vakyòm ak kondisyon ekipman segondè, epi finalman jwenn 5N-klas segondè{-pite pite ak pite alumina pite ak kalsyòm ki pi bon pase pirasyon kalsyòm. 99.999% ak gwosè patikil nan 0.1 µm ~ 0.3 µm. Poud alumina prepare pa metòd sa a gen pite segondè, epi pwosesis preparasyon an se senp ak kontwòl fò nan pwodwi a.
2.2.3 Metòd Faz Solid
Metòd faz solid la se yon metòd kote de oswa plis poud melanje ak reyaji dirèkteman anba yon sèten tanperati ak atmosfè pou jenere nano-alumina.
Metòd kraze mekanik
Metòd kraze mekanik la sèvi ak divès kalite brwayeur ultrafin (wo -moulen boul enèji, moulen boul planèt, moulen gwo kay won, moulen jè, elatriye) dirèkteman kraze ak moulen matyè premyè nan poud ultrafin. Pami yo, gwo -moulen boul enèji yo lajman itilize. Yo kraze mekanikman poud alumina nan dlo oswa medya alkòl pou prepare segondè -poud alumina ultrafin pite. Atravè Vibration ak wotasyon moulen boul la, enèji yo bay matyè premyè yo, sa ki lakòz matyè premyè yo dwe fòtman afekte pa boul difisil, kraze nan patikil amann, oswa aktive sibi reyaksyon chimik, kidonk prepare poud ultrafin.
Metòd detonasyon
Metòd deksplozyon an ka itilize tou kòm yon metòd solid-faz pou prepare poud alumina. Metòd sa a fè reyaksyon ki degaje konbisyon andedan yon veso volim konstan-epi jenere yon gwo kantite gaz. Se poutèt sa, reyaksyon enstantane a souvan kontinye anba presyon ki wo, siprime presyon vapè satire nan reyaktif yo ak ogmante tanperati tranzisyon faz la anba presyon nòmal, ki se fezab nan fòmasyon an ki estab nan yon sèl -faz metastab alumina poud. Metòd detonasyon an gen gwo kondisyon pou ekipman pwodiksyon, kontwòl pwosesis pwodiksyon difisil, sede ba, ak pri pwodiksyon relativman wo.
Peng et al. [18] te jwenn rezilta deksplozyon diferan lè yo kontwole valè pH sistèm nitrat aliminyòm glizin-. Rezilta yo te montre ke yon anviwònman alkalin ka efektivman kontwole gwosè grenn, redwi pwopòsyon faz amorphe, ak ogmante zòn sifas espesifik, pandan y ap aglomerasyon nan diferan degre rive nan anviwònman ki gen pH mwens pase oswa egal a 6.
3
Rezime
Segondè -pite ultrafin poud alumina, akòz pwopriyete avanse fizik ak chimik li yo, te elaji anpil senaryo aplikasyon yo nan poud alumina e li se yon matyè premyè kle nan manifakti modèn avanse. Kounye a, metòd pwodiksyon prensipal yo nan gwo -poud alumina ultrafin pite nan Lachin gen dezavantaj tankou pwosesis konplèks, kontwòl difisil nan kondisyon teknik, gwo pri, ak polisyon grav. Avèk devlopman kontinyèl nan ekonomi Lachin nan, demann pou gwo -pite alumina ultrafin ap kontinye ogmante, ak kondisyon nan lavni pou presizyon ekipman, pwosesis preparasyon, teknoloji kontwòl, ekonomize enèji, ak pwoteksyon anviwònman an ap vin pi wo ak pi wo tou.