1.1 Struttura tal-Kristall tal-Alumina
L-alumina għandha struttura relattivament kumplessa, li fiha hija maqsuma f'żewġ kategoriji bbażati fuq l-arranġament ta 'O2-: struttura kubika (fcc) jew struttura eżagonali ippakkjata mill-qrib (hcp). Fi ħdan dawn iż-żewġ kategoriji ewlenin, tista 'ssir klassifikazzjoni ulterjuri bbażata fuq Al3+, li fosthom (kubi), η (kubi), θ (monokliniċi), u δ (ortorombiċi) strutturi huma bbażati fuq il-kannizzata fcc, filwaqt li (trigonali), κ (ortorombiċi), u χ (eżagonali) huma strutturi hcp.
L-istruttura tal-kristall -Al2O3 għandha O2- rranġata fi struttura eżagonali ppakkjata mill-qrib-, bil-partijiet li jifdal jiffurmaw siti interstizjali ottaedriċi, u Al3+ jimla 2/3 tas-siti interstizjali, biex b'hekk jiġi żgurat li l-formula kimika tal-alumina hija -Al2O3. Il-prinċipju tal-mili ta' Al3+ f'siti interstizjali ottaedriċi jissodisfa r-regoli ta' Pauling, jiġifieri, id-distanza bejn Al3+ fl-istess saff u bejn is-saffi għandha tinżamm kemm jista' jkun 'il bogħod minn xulxin [1].
-Al2O3 huwa aktar maqsum fi saffi-bħal -Al2O3 u sferiku -Al2O3. Flake-bħal -Al2O3 juri struttura planari bi-dimensjonali fl-ispazju, bi ħxuna żgħira u dijametru kbir-għall--proporzjon tal-ħxuna. Normalment jiġi ppreparat bi tliet metodi: kimika mxarrba, reazzjoni ta' stat solidu-, u metodu ta' melħ imdewweb. L-istruttura sferika -Al2O3 hija rranġata prinċipalment fi spazju tridimensjonali, u t-tkabbir tagħha fid-direzzjoni bi-dimensjonali għandu jiġi mrażżan waqt il-preparazzjoni, għalhekk metodi bħal preċipitazzjoni omoġenja, metodu idrotermali, metodu ta 'taqtir ballun, metodu mudell, metodu bexx, u elettroliżi tal-plażma huma prinċipalment użati hawn. -Al2O3 sferiku huwa relattivament aktar diffiċli biex jiġi ppreparat.
L-istruttura tal-kristall -Al2O3 hija kkaratterizzata minn ippakkjar kubiku mill-qrib ta 'O2-, u b'hekk tifforma struttura ottaedrika. Din l-istruttura tevolvi aktar fi struttura spinel, li fiha 32 atomu kubu ippakkjat mill-qrib O jikkostitwixxu ċ-ċellula unità. Fl-istruttura spinel, 32 atomu O jiffurmaw 8 vojt tetrahedral u 16 vojt ottaedriku, li fihom 67/3 atomi tal-aluminju huma mqassma b'mod każwali fil-vojt, filwaqt li jeżistu 8/3 vojt [2].
Il-karatteristika tal-istruttura tal-kristall -Al2O3 tinsab fl-erja tal-wiċċ speċifika għolja tagħha u fiċ-ċentri attivi distribwiti b'mod wiesa '. F'temperaturi katalitiċi xierqa, dan il-materjal juri stabbiltà tajba. Għalhekk, -katalisti Al2O3 għandhom prospetti wesgħin ta 'applikazzjoni fl-industrija u r-riċerka xjentifika minħabba s-selettività għolja tagħhom.
-Al2O3 hija l-aktar forma tal-kristall stabbli ta 'alumina, u l-forom tal-kristall l-oħra huma instabbli u jissejħu fażijiet ta' transizzjoni. Dawn il-fażijiet ta 'tranżizzjoni eventwalment se jittrasformaw fl-istruttura stabbli -Al2O3 taħt ċerti kundizzjonijiet, għalhekk -Al2O3 hija wkoll il-fażi finali ta' trasformazzjoni tal-alumina. Għalhekk, -Al2O3 biss jeżisti fin-natura, fil-forma ta' minerali naturali bħal kurundun naturali, ruby, u żaffir. Din l-istruttura tissejjaħ ukoll l-istruttura tal-kristall tal-kurundun [3-4].
1.2 Ċeramika tal-Alumina
Iċ-ċeramika ta' l-alumina hija materjal taċ-ċeramika ta'-prestazzjoni għolja. Minħabba l-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi eċċellenti tagħhom, huma użati ħafna f'ambjenti ħarxa bħal temperatura għolja, saħħa għolja, reżistenza għolja għall-ilbies u insulazzjoni għolja. L-istorja tal-iżvilupp tagħhom tista’ tiġi ntraċċata lura sa tmiem is-seklu 19. Minħabba s-saħħa u l-ebusija għolja tagħhom, iċ-ċeramika tal-alumina hija waħda miċ-ċeramika tal-ossidu l-aktar popolari. Fl-istess ħin, minħabba l-proprjetajiet mekkaniċi, elettriċi u ottiċi ġenerali tagħhom, iċ-ċeramika tal-alumina tintuża f'ħafna oqsma industrijali moderni.
Iċ-ċeramika ta 'l-alumina għandha ebusija għolja, b'ebusija Rockwell ta' HRA80-90, li hija t-tieni biss għad-djamant. Ir-reżistenza għall-ilbies taċ-ċeramika tal-alumina hija ekwivalenti għal 266 darba dik tal-azzar tal-manganiż u 171.5 darbiet dik tal-ħadid fondut tal--kromju għoli. Taħt l-istess kundizzjonijiet tax-xogħol, jista 'jestendi l-ħajja tas-servizz tat-tagħmir b'mill-inqas għaxar darbiet. Id-densità tal-materjal taċ-ċeramika tal-alumina hija 3.7 ~ 3.95 g/cm³, nofs biss dik tal-azzar, li tista 'wkoll tnaqqas ħafna t-tagħbija tat-tagħmir. Fl-istess ħin, għandu wkoll vantaġġi bħal konduttività termali għolja, resistività tajba u stabbiltà termali, u kostanti dielettrika żgħira. Huwa l-materjal preferut għal ġenerazzjoni ġdida ta' apparati u sistemi mikroelettroniċi u sar il-materjal ewlieni għas-sottostrati taċ-ċirkwiti f'oqsma bħall-ajruspazju, komunikazzjonijiet 5G, semikondutturi ta'-qawwa għolja, u dawl LED ta' qawwa għolja [5].
It-teknoloġija tal-preparazzjoni tat-trab tal-alumina ultrafina ta 'purità għolja-hija waħda mill-fatturi ewlenin li jirrestrinġu l-iżvilupp mgħaġġel ta' materjali taċ-ċeramika tal-alumina speċjali u hija wkoll rabta ewlenija fit-tnaqqis tal-ispejjeż u ż-żieda tal-effiċjenza fil-produzzjoni industrijali. L-iżvilupp ta' metodi ġodda għall-preparazzjoni ta' trab taċ-ċeramika ta'-kwalità għolja huwa ta' sinifikat kbir għall-iżvilupp ta' materjali taċ-ċeramika u oqsma ta'-teknoloġija għolja relatati.
2
Teknoloġija tal-Preparazzjoni tat-Trab tal-Alumina
2.1 Klassifikazzjoni tal-Prekursuri tal-Alumina
Il-preparazzjoni tal-alumina ġeneralment tinvolvi d-dekompożizzjoni termali tal-idrati tal-alumina, li huma preċipitati minn soluzzjonijiet li fihom joni Al3+ jew komposti organometalliċi. Studji wrew li dan il-proċess ta 'konverżjoni (bħad-deidrazzjoni ta' boehmite għal -Al2O3) huwa reazzjoni topotattika, li tippermetti li l-morfoloġija mikroskopika tal-prekursur tinżamm fl-alumina. Għalhekk, il-karatteristiċi tal-alumina huma relatati mill-qrib mal-prekursur tal-idrat.
Skont id-differenzi fl-istruttura u l-kontenut tal-ilma, il-prekursuri tal-alumina jinkludu prinċipalment gibbsite, bayerite, nordstrandite, u diaspore, li fosthom id-diaspore hija maqsuma aktar f'diaspore u boehmite. Gibbsite huwa l-komponent ewlieni tal-boksajt fir-reġjuni tropikali. Bħala l-prodott finali tal-proċess kummerċjali Bayer, huwa prodott fuq skala kbira minn preċipitazzjoni alkalina ta 'Al3+ u huwa użat ħafna bħala ritardant tal-fjammi, addittiv għal polimeri u karta, mili tat-toothpaste, u stabilizzatur għad-dijossidu tat-titanju. L-istruttura tal-kristall ta 'gibbsite tappartjeni għas-sistema monoklinika, bl-aluminju-ossiġnu octahedra konnessi minn truf biex jiffurmaw struttura f'saffi, u l-arranġament ta' stivar ta 'saff doppju- jista' jiġi espress bħala AB BA AB BA.... Boehmite, magħruf ukoll bħala pseudo-boehmite. Jista 'jiġi sintetizzat b'mod idrotermal bl-użu ta' gibbsite bħala materja prima, jew miksub permezz ta 'inkaljar ikkontrollat ta' bayerite. Boehmite jappartjeni għas-sistema orthorhombic, bl-aluminju-ossiġnu octahedra konnessi bi truf u rranġati b'mod gradwali, u s-saffi tiegħu huma konnessi minn bonds idroġenu. Fl-istruttura ottaedrika, l-atomi tal-ossiġnu huma rranġati bil-mod ABC ABC....
Fost diversi prekursuri tal-idrossidu tal-aluminju, pseudo-boehmite huwa tip ta' idrat b'kristallinità relattivament baxxa. Huwa kkaratterizzat minn erja tal-wiċċ speċifika għolja, pori abbundanti, wiċċ iċċarġjat b'mod pożittiv, tixrid faċli fl-ilma u solventi li fihom hydroxyl-, u solubilità tajba tal-ġel f'kundizzjonijiet aċidużi. Dawn il-karatteristiċi jagħmlu l-psewdo-boehmite użat ħafna bħala trasportatur tal-katalizzatur u li jgħaqqad, u huwa wkoll prodott intermedju importanti għall-produzzjoni tal-alumina attivata [6].
2.2 Metodi ta 'Preparazzjoni ta' Trab tal-Alumina
2.2.1 Metodu tal-Fażi tal-Gass
Il-metodu tal-fażi tal-gass juża direttament il-gass jew jivvaporizza r-reaġenti permezz ta 'metodi ta' tisħin differenti, li jikkawża li jseħħu reazzjonijiet fiżikokimiċi fl-istat gassuż, u finalment jikkondensaw biex jiffurmaw trabijiet ultrafini. Dan it-tip ta 'metodu għandu kundizzjonijiet ta' reazzjoni ħafifa, kontroll faċli ta 'agglomerazzjoni, dispersibbiltà tajba tal-partiċelli, daqs żgħir tal-partiċelli, u distribuzzjoni dejqa; l-iżvantaġġ huwa rendiment baxx estremament, u l-ispejjeż tal-produzzjoni huma diffiċli biex jiġu kkontrollati.
Fil-metodu tal-fażi tal-gass, il-materja prima għandha tkun kompletament vaporizzata qabel ir-reazzjoni, li tikkonsma ħafna enerġija, u r-reazzjoni teħtieġ ammont kbir ta 'gass inert b'umdità baxxa ħafna, li tirriżulta fi spiża relattivament għolja għall-metodu tal-fażi tal-gass.
Id-depożizzjoni tal-fwar kimiku (CVD) hija metodu tal-fażi tal-gass użat b'mod komuni għall-preparazzjoni tan-nano-alumina. Dan il-metodu juża klorur tal-aluminju u fwar tal-ilma biex jirreaġixxi f'kamra ta 'reazzjoni biex jiġġenera nanotrab tal-alumina. Metodi CVD komuni jinkludu CVD tal-fjamma, CVD tal-piroliżi tal-lejżer, u oħrajn. Han Shizhong et al. [7] ipprepara trab tal-alumina ta' purità għolja-b'daqs medju tal-partiċelli ta' 5.6 nm permezz ta' CVD organometalliku tal-plażma, li jirreaġixxi f'ambjent ta 'ossiġnu f'1000 grad u 5.3 kPa biex jikseb trab ta' nano-alumina sferiku.
2.2.2 Metodu tal-Fażi Likwida
Il-metodu tal-fażi likwida jinvolvi t-tħoll tal-melħ tal-aluminju f'ċertu solvent, is-separazzjoni tas-solut u s-solvent permezz ta 'evaporazzjoni, sublimazzjoni, żieda ta' preċipitant, idroliżi, u metodi oħra biex jinkisbu partiċelli ta 'ċerta forma u daqs, jiġifieri, it-tħejjija tal-prekursur ta' trab Al2O3, u finalment tisħin u dekompożizzjoni tal-prekursur.
L-ewwel, l-element tal-aluminju jeżisti fis-soluzzjoni f'forma jonika u jista 'jiġi maħlul f'solventi tal-ilma jew solventi organiċi bħal trichloromethyl, etanol, u toluene permezz ta' melħ tal-aluminju bħal sulfat tal-aluminju, aluminju sec-butossidu, u metaaluminat tas-sodju. Sussegwentement, il-jonji tal-aluminju jistgħu jiġu depożitati u preċipitati fil-forma ta 'ossidi kovalenti permezz ta' metodi bħall-idroliżi u l-evaporazzjoni tal-melħ tal-aluminju, jew bl-użu ta 'preċipitanti bħal karbonat tal-ammonju, idrossidu tas-sodju, urea u aċidu sulfuriku. Fl-aħħarnett, il-preċipitat huwa maħsul u mnixxef jew kalċinat f'temperatura għolja biex tinkiseb il-forma mixtieqa tal-kristall tal-alumina [8-9].
Spray Piroliżi Teknoloġija
It-teknoloġija tal-piroliżi tal-isprej, magħrufa wkoll bħala teknoloġija tal-piroliżi tal-isprej tal-fjammi, hija metodu għall-preparazzjoni ta 'trab tal-alumina ultrafin ibbażat fuq qtar tal-ajrusol ta' daqs mikron -ġġenerat ultrasonikament li jissaħħan u dekompost f'400 grad ~ 800 grad. Laine et al. [10] trab tal-alumina b'ħafna fażijiet purifikat b'suċċess bl-użu tat-teknoloġija tal-piroliżi tal-isprej, li jikseb trab ta 'nano-alumina ta' purità għolja b'daqs ta 'partiċelli ta' 50 nm ~ 80 nm u -purità tal-fażi ta '50% ~ 85%.
Metodu ta' Idroliżi ta' Alkoxide
Il-metodu tal-idroliżi tal-alkoxide jinvolvi l-preparazzjoni ta' soluzzjoni minn melħ tal-aluminju adattat fl-ilma-solubbli skont proporzjonijiet stojkjometriċi, imbagħad tagħżel preċipitant li jista' jirreaġixxi ma' joni tal-metall biex jifforma preċipitat, u fl-aħħar issaħħan u deidrat il-preċipitat biex jinkiseb trab ultrafin [11]. Metodi komuni ta' idroliżi ta' alkoxide jinkludu l-metodu ta' sulfat ta' l-aluminju ta' l-ammonju ta' l-aluminju ħieles mill--emissjoni- u l-metodu tal-karbonat ta' l-ammonju ta' l-aluminju, eċċ. [12-13].
Zhong Lianyun et al. [14] uża nitrat tal-aluminju analitikament pur u bikarbonat tal-ammonju bħala l-materja prima ewlenija biex jipprepara trab tan-nano-Al2O3 bil-metodu ta 'ko-preċipitazzjoni. Id-daqs medju tal-partiċelli tat-trab nano-Al2O3 ippreparat kien 20 nm ~ 30 nm. Iż-żieda tas-surfactant PEG6000 tejbet il-prestazzjoni tat-tixrid ta '-Al2O3 trab.
Proċess Bayer imtejjeb
Il-proċess Bayer jutilizza l-bidla fis-solubilità tal-ossidu tal-aluminju f'soluzzjoni alkalina, billi juża soluzzjoni konċentrat tal-idrossidu tas-sodju biex jikkonverti idrossidu tal-aluminju f'aluminat tas-sodju, imbagħad jissepara s-sustanzi li ma jinħallux permezz tal-preċipitazzjoni, u finalment jerġa' jippreċipita l-idrossidu tal-aluminju bid-dilwizzjoni u ż-żieda ta 'żerriegħa tal-idrossidu tal-aluminju permezz ta' deidratazzjoni u deidratazzjoni. trab.
F'dawn l-aħħar snin, permezz ta' rfinar kontinwu tal-proċess Bayer, ġew żviluppati metodi ġodda kapaċi ta' desilikazzjoni effiċjenti [15]. Il-proċess imtejjeb ta 'Bayer itejjeb prinċipalment il-preparazzjoni ta' idrossidu tas-sodju u tneħħija tas-sodju, iwettaq desilikazzjoni u tneħħija tal-ħadid fuq aluminat tas-sodju, u jirregola l-kundizzjonijiet ta 'dekompożizzjoni biex jikseb idrossidu tal-aluminju ta' purità għolja-. Matul dan il-proċess, l-idrossidu tal-aluminju jippreċipita bil-mod, inaqqas b'mod effettiv l-okkorrenza ta 'nuklei tal-kristall anormali u jnaqqas ukoll l-inkorporazzjoni ta' impuritajiet tas-sodju u tas-silikon. Fl-aħħarnett, alumina ta'-purità għolja tinkiseb permezz ta'-kalċinazzjoni u tħin f'temperatura għolja.
Metodu -Ġel Sol
Il-metodu sol-ġell huwa metodu sempliċi u effettiv għas-sintetizzazzjoni tan-nano-alumina. B'differenza mill-metodu ta 'preċipitazzjoni, li inizjalment jikkonverti f'sol u ġel, melħ ta' l-aluminju u soluzzjonijiet ta '-purità għolja ta' amina jew melħ ta 'l-ammonju jgħaddu minn idroliżi jew polimerizzazzjoni biex jiffurmaw ġel prekursur, li mbagħad jinħasel bl-alkoħol-, imetà, u finalment kalċinat biex jinkiseb trab ta' l-alumina.
Xi riċerkaturi għamlu wkoll titjib tekniku bbażat fuq il-metodu tradizzjonali tas-sol-ġel. Pereżempju, Zhu Zuoyuan [16] adotta proċess ibridu ta 'idroliżi tal-alkoxide tal-metall u metodu ta' sol-ġel biex jipprepara trab tal-alumina ultrafina ta 'purità għolja-. L-ewwel, trab ta 'l-aluminju b'purità akbar minn jew ugwali għal 2N ġie msaħħan biex jissintetizza soluzzjoni ta' alkoxide ta 'l-aluminju, impuritajiet ta' partikuli li ma jinħallux tneħħew permezz ta 'mikrofiltrazzjoni, u wara t-tixjiħ, saret idroliżi. Ġell niexef inkiseb bid-distillazzjoni, u fl-aħħar inkiseb trab tal-alumina ta'-purità għolja permezz ta' kalċinazzjoni ta'-temperatura għolja.
Metodu tal-Alkoxide tal-Aluminju
Il-metodu tal-alkoxide tal-aluminju jappartjeni għall-iterazzjoni teknoloġika tal-metodu tal-idrolisi tal-alkoxide. Tinvolvi ż-żieda ta 'qxur tal-aluminju tal-metall għal soluzzjoni tal-isopropanol għal reazzjoni biex tiġġenera isopropossidu tal-aluminju, imbagħad idrolizzar tal-isopropossidu tal-aluminju biex tiġġenera alumina idratata, u wara passi bħal tixjiħ, filtrazzjoni, tnixxif u attivazzjoni ta' deidrazzjoni, fl-aħħar tikseb trab tal-alumina b'attività ta 'sinterizzazzjoni relattivament għolja.
Yang Conglin et al. [17] uża l-aluminju tal-metall u l-alkoħol tal-karbonju bħala materja prima biex jissintetizza alkoxide tal-aluminju ta 'purità għolja, u pprepara alumina idratata bl-idroliżi tal-alkoxide, elimina l-proċess ta' distillazzjoni fil-vakwu b'rekwiżiti ta 'tagħmir għoli, u finalment kiseb 5N-grad għoli -purità ta' purità ta 'alumina ultrafina, daqsxejn ta' purità ta 'alumina ultrafina jew daqsxejn ta' kalċju. 99.999% u daqs tal-partiċelli ta '0.1 µm ~ 0.3 µm. It-trab tal-alumina ppreparat b'dan il-metodu għandu purità għolja, u l-proċess ta 'preparazzjoni huwa sempliċi b'kontrollabbiltà qawwija tal-prodott.
2.2.3 Metodu tal-Fażi Solida
Il-metodu tal-fażi solida huwa metodu li fih żewġ trab jew aktar huma mħallta u jirreaġixxu direttament taħt ċertu temperatura u atmosfera biex tiġġenera nano-alumina.
Metodu tat-tgħaffiġ mekkaniku
Il-metodu tat-tgħaffiġ mekkaniku juża diversi crushers ultrafini (imtieħen tal-boċċi ta '-enerġija għolja, imtieħen tal-ballun planetarji, imtieħen tat-torri, imtieħen tal-ġett, eċċ.) biex tfarrak u tħin direttament il-materja prima fi trab ultrafin. Fosthom, l-imtieħen tal-ballun ta'-enerġija għolja huma użati ħafna. Huma jfarrak mekkanikament it-trab tal-alumina fl-ilma jew fil-midja tal-alkoħol biex jippreparaw trab tal-alumina ultrafin ta 'purità għolja-. Permezz tal-vibrazzjoni u r-rotazzjoni tal-mitħna tal-ballun, l-enerġija tiġi pprovduta lill-materja prima, u tikkawża li l-materja prima tiġi affettwata b'mod qawwi minn blalen iebsin, imfarrak f'partiċelli fini, jew attivata biex tgħaddi minn reazzjonijiet kimiċi, u b'hekk tipprepara trab ultrafin.
Metodu ta' Detonazzjoni
Il-metodu ta' detonazzjoni jista' jintuża wkoll bħala metodu ta'-fażi solida għall-preparazzjoni tat-trab tal-alumina. Dan il-metodu jwettaq reazzjonijiet ta' kombustjoni ġewwa bastiment ta'-volum kostanti u jiġġenera ammont kbir ta' gass. Għalhekk, ir-reazzjoni istantanja ħafna drabi tipproċedi taħt pressjoni għolja, trażżan il-pressjoni tal-fwar saturat tar-reaġenti u tgħolli t-temperatura ta 'transizzjoni tal-fażi taħt pressjoni normali, li twassal għall-formazzjoni stabbli ta' trab tal-alumina metastabbli ta 'fażi waħda-. Il-metodu ta 'detonazzjoni għandu rekwiżiti għoljin għal tagħmir ta' produzzjoni, kontroll tal-proċess ta 'produzzjoni diffiċli, rendiment baxx, u spiża tal-produzzjoni relattivament għolja.
Peng et al. [18] kisbu riżultati ta' detonazzjoni differenti billi kkontrollaw il-valur tal-pH tas-sistema ta' glycine-nitrat tal-aluminju. Ir-riżultati wrew li ambjent alkalin jista 'jikkontrolla b'mod effettiv id-daqs tal-qamħ, inaqqas il-proporzjon ta' fażijiet amorfi, u jżid l-erja tal-wiċċ speċifika, filwaqt li l-agglomerazzjoni ta 'gradi varji sseħħ f'ambjenti b'pH Inqas minn jew ugwali għal 6.
3
Sommarju
Trab tal-alumina ultrafin ta 'purità għolja-, minħabba l-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi avvanzati tiegħu, espandiet ħafna x-xenarji ta' applikazzjoni tat-trab tal-alumina u huwa materja prima ewlenija fil-manifattura avvanzata moderna. Fil-preżent, il-metodi ewlenin ta 'produzzjoni ta' trab tal-alumina ultrafin ta 'purità għolja- fiċ-Ċina għandhom żvantaġġi bħal proċessi kumplessi, kontroll diffiċli ta' kundizzjonijiet tekniċi, spiża għolja u tniġġis serju. Bl-iżvilupp kontinwu tal-ekonomija taċ-Ċina, id-domanda għal alumina ultrafina ta 'purità għolja-se tkompli tiżdied, u rekwiżiti futuri għall-preċiżjoni tat-tagħmir, proċessi ta' preparazzjoni, teknoloġija ta 'kontroll, iffrankar tal-enerġija, u protezzjoni ambjentali se jsiru wkoll ogħla u ogħla.