低温熔盐法制备片状氧化铝*

王同乐

(陕西理工学院材料学院陕西汉中723003)

低温熔盐法制备片状氧化铝*

王同乐

(陕西理工学院材料学院陕西汉中723003)

研究了以氢氧化铝为原料，氯化钠－氯化钾为熔盐，以及熔盐加入量对试样物相的影响。研究结果表明，熔盐加入量为67%时，在1000℃保温4 h，得到了结晶完整的，边长为5～10μm，厚度为0.6～1.4μm的片状α－Al2O3;熔盐加入量为50%时，不能得到片状氧化铝。

氢氧化铝 氯化钠－氯化钾 制备 片状氧化铝

前言

氧化铝是一种常见的陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、高强度、耐腐蚀和低成本的特点，可用作高硬度研磨材料、陶瓷材料和耐火材料等［1］。氧化铝主要有α、β、γ－Al2O33种晶型。α－Al2O3(刚玉型)可以在任何温度下稳定存在，其他晶形均为过渡相或不稳定相。α－Al2O3熔点为 2 050 ℃、硬度为 8.8、密度为 3.97 g/cm－3，属于三方晶系六方紧密堆积构型，在自由的生长环境中结晶，晶体能沿着c轴生长时，可生长出表面非常平坦的片状晶体［2］。

片状氧化铝熔点高、硬度大、还具有较高的机械强度和易分散的特点，可作为金属、陶瓷和玻璃基复合材料的增强相，提高复合材料的弹性模量、韧性和强度［3］。研究发现，用片状氧化铝增强的陶瓷基复合材料较用颗粒氧化铝增强的陶瓷基复合材料的断裂韧性高，片状氧化铝在基体中产生桥接作用，提高了材料的韧性［4］。制备片状氧化铝的方法主要有水热法、高温烧结法和熔盐法。水热法的制备工艺较复杂，原材料的价格较贵;高温烧结法的制备温度(通常为1 900℃)较高，对设备要求也较高;熔盐法制备工艺简单，原材料成本较低，适合片状氧化铝的制备。笔者以氢氧化铝为原料，氯化钠－氯化钾为熔盐，在1 000℃下制备片状氧化铝，研究熔盐的加入量对片状氧化铝生成产生的影响。

1 实验

在陶瓷坩锅中加入氢氧化铝(Al(OH)3)，在500℃预烧1 h。在预烧后的试样中加入氯化钠－氯化钾(2种熔盐的质量比为1∶1)和片状氧化铝形核剂，加入少量的水将其混合均匀，将得到的试样在60℃烘干、在1 000℃煅烧4 h，随炉冷却。将煅烧后的试样用蒸馏水洗去多余的盐，烘干备用。

采用DX－2500型X射线衍射仪(丹东方圆仪器有限公司生产)进行XRD分析试样的物相;采用JSM－6390LV型扫描电子显微镜(日本电子株式会社生产)观察试样的形貌。

2 结果与分析

不同熔盐(氯化钠－氯化钾)加入量试样，在1 000℃保温4 h后，用蒸馏水洗涤后的XRD图谱见图1。从图1可以看出，当熔盐加入量为67%时，试样的物相为α－Al2O3;当熔盐加入量为50%的试样的物相为κ－Al2O3。氢氧化铝在500℃预烧后，其物相为 Al2O3。Al2O3首先在氯化钠－氯化钾熔盐中熔解，得到含铝的熔盐，随着氧化铝的不断熔解，熔盐液相中的铝的含量大于其过饱和浓度，再以其他的晶型析出。当熔盐加入量为67%时，液相较多，液相中的铝易以α相析出;当熔盐加入量为50%时，可能因为液相较少，液相中的铝以κ相析出较容易。

图1 不同熔盐加入量试样的XRD图谱Fig.1 XRD patterns of the product added different flux content

图2 熔盐加入量为67%试样的SEM照片Fig.2 SEM images of the sample with a 67%flux

熔盐加入量为67%的试样的SEM照片见图2。由图2可以看出，α－Al2O3的形貌是边长为5～10μm，厚度为0.6～1.4μm较规整的六边形片状。

α－Al2O3倾向于形成片状晶的原因，可能是液相主要吸附在(0001)晶面上，使(0001)晶面的表面能降低。这一原因导致生成同样面积的(0001)面所需的驱动力比(10ī0)面的小，另一方面导致它对氧化铝分子的吸引力小，从而使10ī0方向的生长速率明显大于0001方向。α－Al2O3晶体生长示意图见图3［5］。

图3 α－Al2 O3晶体的生长示意图［5］Fig.3 Schematic diagram for growing ofα －Al2 O3(b－Growth direction of spire step)

在本实验中，熔盐的加入量为67%，为α－Al2O3提供了自由的生长环境，则生长基元Al－O6八面体在相互联结时完全遵循鲍林规则，以最稳定的共顶方式联结，形成规则的六角形片状晶体。

熔盐加入量为50%的试样的SEM照片如图4所示。从图4可以看出，κ－Al2O3颗粒的形貌不规则，有少量片状的氧化铝。

图4 熔盐加入量为50%的试样的SEM照片Fig.4 SEM images of the sample with a 50wt%flux

3 结论

以氢氧化铝为原料，氯化钠－氯化钾为熔盐，当熔盐加入量为67%时，在1 000℃保温4 h，得到了边长为5～10μm，厚度为0.6～14μm 片状 α 型氧化铝;当熔盐加入量为50%时，试样的物相为κ型氧化铝，其形貌无规则。

1 谭宏斌，马小玲.用高岭土制备片状氧化铝粉体.耐火材料，2009，43(6)：453 ～455

2 谭宏斌.粉煤灰制备片状氧化铝粉体.全国性建材科技期刊——陶瓷，2010(2)：20～22

3 黎少华，袁方利，胡鹏，等.固相法制备片状α－Al2O3粉体及影响因素的研究.中国稀土学报，2006，24：310～313

4 张倩影，朱丽慧，刘伟，等.添加剂在熔盐法合成片状α－Al2O3中的作用.材料研究学报，2008，22(2)：205～208

5 董岩，蒋建清，于金，等.小粒径α－Al2O3粉体的表征及其晶体生长机制.硅酸盐学报，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

王同乐(1961－)大专，实验师;研究方向为材料制备与检测。E－mail：t－h.b@163.com