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什么是氣相氧化鋁？

氣相氧化鋁是利用AlCl₃氣體在氫氧焰中燃燒，經高溫水解而生成的一種蓬松的白色粉末，原生粒徑在7～40nm之間，粒子之間不是孤立存在，而是團聚成幾百納米大小的軟團聚“顆�！�，也就是所說的“附聚體”。

圖片來源：廣州匯富

01.氣相氧化鋁在這些領域很“管用”

氣相法合成的氧化鋁具有顆粒細、純度高、良好的分散性以及表面帶正電性的特性，廣泛應用于鋰電、熒光節(jié)能燈、粉末涂料、相片打印紙、有機調色劑、化學拋光、電子工業(yè)以及催化工業(yè)等領域，是一種重要的無機化工原料。

鋰電領域

應用于鋰電池隔膜材料，提高耐高溫性和安全性；也可用于鋰電池正極，提高導電性和可逆放電電容；用于負極包覆，提高耐溫和安全性。

噴墨打印領域

氣相氧化鋁由于顆粒細小，比表面積高，具有很高的孔隙結構，對水性油墨的吸收速度快，吸墨量高使打印顏色飽滿，圖像層次感好。其表面帶正電性，不僅能提高其在水中的分散，在打印圖像時還能與水性油墨中的負電性染料很好地結合在一起，提高了墨水的固著力，從而保證了圖像的質量。

粉末涂料領域

氣相氧化鋁用于粉末涂料可防止涂料結塊，增加粉末涂料的流動性，提高上粉率，提升涂料耐磨性能。在卷鋼涂料中，還可做為熱和輻射的保護劑。由于它帶有正電荷，氣相氧化鋁可以使無法摩擦起電的產品帶上摩擦靜電荷，極其適合于靜電摩擦法施工。

照明領域

氣相氧化鋁作為熒光粉層無機粘結劑。熒光粉相互之間以及和玻璃表面的粘合性較差，容易產生脫粉問題，因此在熒光粉料漿中添加2%~5%的氣相法氧化鋁作為無機粘結劑，可以明顯的增強熒光粉相互之間以及和燈管之間的粘結力，避免熒光粉的脫落。

氣相氧化鋁作為汞擴散的阻擋層。氧化鋁在燈管內側作為有效的汞阻擋層，可將所需的有毒重金屬用量減少，同時延長燈的使用壽命。

氣相氧化鋁作為選擇性紫外線反射材料。氧化鋁粉末呈白色不透明狀，光在氧化鋁表面上會發(fā)生光散射現(xiàn)象。熒光燈管內側的氧化鋁保護膜對于可見光近乎透明，但卻會反射透過熒光粉層的紫外光，使其繼續(xù)激發(fā)熒光粉發(fā)光，提高了熒光燈的發(fā)光效率。

催化領域

在化學催化方面，氣相氧化鋁粒徑小，表面所占的體積分數(shù)大，表面原子配位不全等導致表面活性位置增加，而且隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凸凹不平的原子臺階，增加了化學反應的接觸面，可用作尾氣凈化、催化燃燒、石油煉制、加氫脫酸、高分子合成等理想的催化劑或催化劑載體。

微電子、電子和信息領域

氣相氧化鋁由于具有巨大的表面和界面，對外界濕度變化敏感，而且穩(wěn)定性高，是理想的濕敏傳感器和濕電溫度計材料。同時，它還具有良好的電絕緣性、化學耐久性、耐熱性、抗輻射能力強、介電常數(shù)高、表面平整均勻，可用作半導體材料和大規(guī)模集成電路的襯底材料。

陶瓷領域

在陶瓷領域，添加氣相氧化鋁可以改善陶瓷材料的多種性質。例如:添加到粗晶粉體中，可以提高氧化鋁陶瓷的致密度和耐冷熱疲勞性能。在其它陶瓷基體中，力學性能可成倍提高。

復合材料領域

氣相氧化鋁可以在復合材料中作為結構材料的彌散相，增強基體材料的強度、剛度等性能。例如我國在制備鋁合金時，加入氣相納米氧化鋁粒子，使鋁的強度得到很大改善。同時，作為復合材料，在人體正常生理條件下不腐蝕，與機體組織的結構相容性較好，且強度高，摩擦系數(shù)小，磨損率低，因而在醫(yī)學中有廣泛的應用，可制成承力的人工骨、關節(jié)修復體、牙根種植體、折骨夾板與內固定器件等;還可用于頜面骨缺損重建、五官矯形與修復及牙齒美容等方面。將氣相納米氧化鋁粒子噴涂在塑料、玻璃、漆料及硬質合金的表面上作為表面防護涂層材料，可提高表面強度、耐磨性和耐腐蝕性，且有防污、防塵、防水等功能。

保溫隔熱領域

氣相氧化鋁基輕質隔熱材料是指以氣相氧化鋁為主要原料，通過在材料成型或高溫燒結過程中，使其內部形成大量彼此連通或閉合的孔洞，由于其有較高氣孔率因而具有較低的導熱系數(shù)，再加上氣相氧化鋁固有的耐高溫，抗腐蝕，較高的化學穩(wěn)定性等特點，因而在保溫隔熱領域中有著廣泛的應用前景。

這么棒的材料是咋做出來的？

合成原理

氣相法合成氧化鋁Al₂O₃所用的主要原料是氯化鋁，氯化鋁的蒸氣或溶于非極性溶劑中或處于熔融狀態(tài)時，都以共價的二聚分子Al₂Cl₆形式存在，在空氣中極易吸收水分并部分水解放出氯化氫而形成酸霧。因此，合成氣相氧化鋁時首先把氯化鋁AlCl₃加熱使其升華變成氣體，然后在氫氧焰中高溫水解，生成原生粒子，經碰撞聚集后形成聚集體，聚集體與高溫水解生成的廢氣一起進入高效分離器進行氣固分離，然后進入解吸塔脫除HCl氣體，解吸后的氧化鋁即為成品，就可以進入料倉進行包裝。氣相法合成氧化鋁的方程式可表述為下式：

AlCl₃(固體)→AlCl₃(氣體)

2AlCl₃(氣體)＋3H₂＋1.5O₂→Al₂O₃＋6HCl

合成工藝

氣相法合成氧化鋁的工藝過程包括以下工序：氯化鋁AlCl₃的升華、反應前各反應物的預處理、合成爐中燃燒水解、聚集、氣固分離、HCl的解吸、包裝、廢氣處理。

合成工藝流程

在整個工藝中，氣固分離與HCl的解吸工序是氣相法氧化鋁生產工藝中最重要的步驟。

氣固分離是利用高效分離器分離從聚集器出來的氧化鋁和廢氣的過程，氣固分離的效果與高效分離器本身的結構以及控制分離器內部的氣固相、氣相平衡這些操作工藝有很大的關系。因此，生產過程的工藝操控的效率直接影響產品的收率，沒有分離出來的氧化鋁將隨廢氣一道進入廢氣處理系統(tǒng)，不但導致產品收率降低，而且還會造成廢氣處理系統(tǒng)的嚴重堵塞。

經過氣固分離后的氧化鋁送入解吸塔脫除氯化氫氣體，在解吸過程中通入少量水蒸汽有利于氯化氫的解吸，采取電加熱保證解吸時的溫度，經解吸后的氧化鋁pH測量值在4.5~5.5之間才算合格。

總之，氣相氧化鋁作為一種重要的功能材料，具有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿Α?span style="color: rgb(192, 0, 0);">9月27日，中國粉體網將在江蘇·揚州舉辦2024全國高純氧化鋁粉體制備技術及應用交流大會。我們邀請到廣州匯富研究院有限公司研究院副院長段先健博士出席本次大會并作題為《氣相法氧化鋁的制備及其應用》的報告。

（中國粉體網編輯整理/山川）

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