王同樂

(陜西理工學(xué)院材料學(xué)院陜西漢中723003)

低溫熔鹽法制備片狀氧化鋁*

王同樂

(陜西理工學(xué)院材料學(xué)院陜西漢中723003)

研究了以氫氧化鋁為原料，氯化鈉－氯化鉀為熔鹽，以及熔鹽加入量對(duì)試樣物相的影響。研究結(jié)果表明，熔鹽加入量為67%時(shí)，在1000℃保溫4 h，得到了結(jié)晶完整的，邊長(zhǎng)為5～10μm，厚度為0.6～1.4μm的片狀α－Al2O3;熔鹽加入量為50%時(shí)，不能得到片狀氧化鋁。

氫氧化鋁 氯化鈉－氯化鉀 制備 片狀氧化鋁

前言

氧化鋁是一種常見的陶瓷材料，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、耐腐蝕和低成本的特點(diǎn)，可用作高硬度研磨材料、陶瓷材料和耐火材料等［1］。氧化鋁主要有α、β、γ－Al2O33種晶型。α－Al2O3(剛玉型)可以在任何溫度下穩(wěn)定存在，其他晶形均為過渡相或不穩(wěn)定相。α－Al2O3熔點(diǎn)為 2 050 ℃、硬度為 8.8、密度為 3.97 g/cm－3，屬于三方晶系六方緊密堆積構(gòu)型，在自由的生長(zhǎng)環(huán)境中結(jié)晶，晶體能沿著c軸生長(zhǎng)時(shí)，可生長(zhǎng)出表面非常平坦的片狀晶體［2］。

片狀氧化鋁熔點(diǎn)高、硬度大、還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和易分散的特點(diǎn)，可作為金屬、陶瓷和玻璃基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，提高復(fù)合材料的彈性模量、韌性和強(qiáng)度［3］。研究發(fā)現(xiàn)，用片狀氧化鋁增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料較用顆粒氧化鋁增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性高，片狀氧化鋁在基體中產(chǎn)生橋接作用，提高了材料的韌性［4］。制備片狀氧化鋁的方法主要有水熱法、高溫?zé)Y(jié)法和熔鹽法。水熱法的制備工藝較復(fù)雜，原材料的價(jià)格較貴;高溫?zé)Y(jié)法的制備溫度(通常為1 900℃)較高，對(duì)設(shè)備要求也較高;熔鹽法制備工藝簡(jiǎn)單，原材料成本較低，適合片狀氧化鋁的制備。筆者以氫氧化鋁為原料，氯化鈉－氯化鉀為熔鹽，在1 000℃下制備片狀氧化鋁，研究熔鹽的加入量對(duì)片狀氧化鋁生成產(chǎn)生的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

在陶瓷坩鍋中加入氫氧化鋁(Al(OH)3)，在500℃預(yù)燒1 h。在預(yù)燒后的試樣中加入氯化鈉－氯化鉀(2種熔鹽的質(zhì)量比為1∶1)和片狀氧化鋁形核劑，加入少量的水將其混合均勻，將得到的試樣在60℃烘干、在1 000℃煅燒4 h，隨爐冷卻。將煅燒后的試樣用蒸餾水洗去多余的鹽，烘干備用。

采用DX－2500型X射線衍射儀(丹東方圓儀器有限公司生產(chǎn))進(jìn)行XRD分析試樣的物相;采用JSM－6390LV型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社生產(chǎn))觀察試樣的形貌。

2 結(jié)果與分析

不同熔鹽(氯化鈉－氯化鉀)加入量試樣，在1 000℃保溫4 h后，用蒸餾水洗滌后的XRD圖譜見圖1。從圖1可以看出，當(dāng)熔鹽加入量為67%時(shí)，試樣的物相為α－Al2O3;當(dāng)熔鹽加入量為50%的試樣的物相為κ－Al2O3。氫氧化鋁在500℃預(yù)燒后，其物相為 Al2O3。Al2O3首先在氯化鈉－氯化鉀熔鹽中熔解，得到含鋁的熔鹽，隨著氧化鋁的不斷熔解，熔鹽液相中的鋁的含量大于其過飽和濃度，再以其他的晶型析出。當(dāng)熔鹽加入量為67%時(shí)，液相較多，液相中的鋁易以α相析出;當(dāng)熔鹽加入量為50%時(shí)，可能因?yàn)橐合噍^少，液相中的鋁以κ相析出較容易。

圖1 不同熔鹽加入量試樣的XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of the product added different flux content

圖2 熔鹽加入量為67%試樣的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of the sample with a 67%flux

熔鹽加入量為67%的試樣的SEM照片見圖2。由圖2可以看出，α－Al2O3的形貌是邊長(zhǎng)為5～10μm，厚度為0.6～1.4μm較規(guī)整的六邊形片狀。

α－Al2O3傾向于形成片狀晶的原因，可能是液相主要吸附在(0001)晶面上，使(0001)晶面的表面能降低。這一原因?qū)е律赏瑯用娣e的(0001)面所需的驅(qū)動(dòng)力比(10ī0)面的小，另一方面導(dǎo)致它對(duì)氧化鋁分子的吸引力小，從而使10ī0方向的生長(zhǎng)速率明顯大于0001方向。α－Al2O3晶體生長(zhǎng)示意圖見圖3［5］。

圖3 α－Al2 O3晶體的生長(zhǎng)示意圖［5］Fig.3 Schematic diagram for growing ofα －Al2 O3(b－Growth direction of spire step)

在本實(shí)驗(yàn)中，熔鹽的加入量為67%，為α－Al2O3提供了自由的生長(zhǎng)環(huán)境，則生長(zhǎng)基元Al－O6八面體在相互聯(lián)結(jié)時(shí)完全遵循鮑林規(guī)則，以最穩(wěn)定的共頂方式聯(lián)結(jié)，形成規(guī)則的六角形片狀晶體。

熔鹽加入量為50%的試樣的SEM照片如圖4所示。從圖4可以看出，κ－Al2O3顆粒的形貌不規(guī)則，有少量片狀的氧化鋁。

圖4 熔鹽加入量為50%的試樣的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of the sample with a 50wt%flux

3 結(jié)論

以氫氧化鋁為原料，氯化鈉－氯化鉀為熔鹽，當(dāng)熔鹽加入量為67%時(shí)，在1 000℃保溫4 h，得到了邊長(zhǎng)為5～10μm，厚度為0.6～14μm 片狀 α 型氧化鋁;當(dāng)熔鹽加入量為50%時(shí)，試樣的物相為κ型氧化鋁，其形貌無規(guī)則。

1 譚宏斌，馬小玲.用高嶺土制備片狀氧化鋁粉體.耐火材料，2009，43(6)：453 ～455

2 譚宏斌.粉煤灰制備片狀氧化鋁粉體.全國(guó)性建材科技期刊——陶瓷，2010(2)：20～22

3 黎少華，袁方利，胡鵬，等.固相法制備片狀α－Al2O3粉體及影響因素的研究.中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，2006，24：310～313

4 張倩影，朱麗慧，劉偉，等.添加劑在熔鹽法合成片狀α－Al2O3中的作用.材料研究學(xué)報(bào)，2008，22(2)：205～208

5 董巖，蔣建清，于金，等.小粒徑α－Al2O3粉體的表征及其晶體生長(zhǎng)機(jī)制.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2005，33(11)：1 344～1 347

Preparation Plate－Like Alum ina in Flux at Low Temperature

Wang Tongle(School of Materials Science and Engineering，Shaanxi，University of Technology，Shaanxi，Hanzhong，723003)

The effect of flux addition content on product phase was studied，using aluminium hydroxide as raw materials in molten sodium chloride－potassium chloride.The result indicates the crystal plate－likeα－Al2O3were obtained at1000℃ for4h by adding 67%molten salt，which size range from 5 ～10μm and the thickness range from 0.6 ～1.4μm.But，the plate－likeα －A12O3were notobtained atsame condition by adding 50%molten salt.

Aluminium hydroxide;Sodium chloride－potassium chloride;Preparation;Plate－like alumina power

TQ174.4

A

1002－2852(2011)05－0021－02

王同樂(1961－)大專，實(shí)驗(yàn)師;研究方向?yàn)椴牧现苽渑c檢測(cè)。E－mail：t－h(huán).b@163.com