1.1 Strwythur Grisial Alwmina
Mae gan alwmina strwythur cymharol gymhleth, lle mae wedi'i rannu'n ddau gategori yn seiliedig ar drefniant O2-: strwythur ciwbig (fcc) neu strwythur hecsagonol llawn pacio agos (hcp). O fewn y ddau gategori mawr hyn, gellir gwneud dosbarthiad pellach yn seiliedig ar Al3+, ymhlith y mae strwythurau (ciwbig), η (ciwbig), θ (monoclinig), ac δ (orthorhombig) yn seiliedig ar y dellt fcc, tra bod (trigonol), κ (orthorhombig), a χ (hecsagonol) yn strwythurau hcp.
Mae gan y -strwythur grisial Al2O3 O2- wedi'i threfnu'n strwythur llawn hecsagonol agos, gyda'r rhannau sy'n weddill yn ffurfio safleoedd interstitial octahedrol, ac Al3+ yn llenwi 2/3 o'r safleoedd interstitial, gan sicrhau mai fformiwla gemegol alwmina yw -Al2O3. Mae egwyddor llenwi Al3+ mewn safleoedd interstitial octahedrol yn bodloni rheolau Pauling, hynny yw, dylid cadw'r pellter rhwng Al3+ o fewn yr un haen a rhwng haenau mor bell oddi wrth ei gilydd â phosibl [1].
-Mae Al2O3 wedi'i rannu ymhellach yn fflawiau-fel -Al2O3 ac sfferig -Al2O3. Mae Flake-fel -Al2O3 yn arddangos strwythur planar dau ddimensiwn yn y gofod, gyda thrwch bach a chymhareb diamedr mawr i-drwch. Fel arfer caiff ei baratoi gan dri dull: cemeg gwlyb, adwaith cyflwr solid, a dull halen tawdd. Mae'r strwythur sfferig Al2O3 wedi'i drefnu'n bennaf mewn gofod tri dimensiwn, a rhaid atal ei dwf yn y cyfeiriad dau ddimensiwn wrth baratoi, felly defnyddir dulliau megis dyddodiad homogenaidd, dull hydrothermol, dull peli drip, dull templed, dull chwistrellu, ac electrolysis plasma yn bennaf yma. Spherical -Mae Al2O3 yn gymharol anoddach i'w baratoi.
Mae adeiledd grisial -Al2O3 wedi'i nodweddu gan bacio ciwbig agos o O2-, gan ffurfio strwythur wythhedrol. Mae'r adeiledd hwn yn esblygu ymhellach yn adeiledd asgwrn cefn, lle mae 32 atom O ciwbig wedi'u pacio'n glos yn ffurfio'r gell uned. Yn y strwythur asgwrn cefn, mae 32 o atomau O yn ffurfio 8 gwag tetrahedrol ac 16 gwagle octahedrol, lle mae 67/3 o atomau alwminiwm yn cael eu dosbarthu ar hap yn y gwagleoedd, tra bod 8/3 o leoedd gwag yn bodoli [2].
Mae nodwedd strwythur grisial -Al2O3 yn gorwedd yn ei arwynebedd arwyneb penodol uchel a chanolfannau gweithredol sydd wedi'u dosbarthu'n eang. Ar dymheredd catalytig addas, mae'r deunydd hwn yn dangos sefydlogrwydd da. Felly, -Mae gan gatalyddion Al2O3 ragolygon cymhwyso eang mewn diwydiant ac ymchwil wyddonol oherwydd eu bod yn ddetholus iawn.
-Al2O3 yw'r ffurf grisial fwyaf sefydlog o alwmina, ac mae'r ffurfiau crisial eraill yn ansefydlog ac fe'u gelwir yn gyfnodau pontio. Yn y pen draw, bydd y cyfnodau trosglwyddo hyn yn trawsnewid yn strwythur sefydlog -Al2O3 o dan amodau penodol, felly -Al2O3 hefyd yw cam trawsnewid olaf alwmina. Felly, dim ond -Al2O3 sy'n bodoli mewn natur, ar ffurf mwynau naturiol fel corundum naturiol, rhuddem, a saffir. Gelwir y strwythur hwn hefyd yn strwythur grisial corundum [3-4].
1.2 Serameg Alwmina
Mae serameg alwmina yn-ddeunydd seramig perfformiad uchel. Oherwydd eu priodweddau ffisegol a chemegol rhagorol, fe'u defnyddir yn helaeth mewn amgylcheddau llym megis tymheredd uchel, cryfder uchel, ymwrthedd gwisgo uchel, ac inswleiddio uchel. Gellir olrhain eu hanes datblygiad yn ôl i ddiwedd y 19eg ganrif. Oherwydd eu cryfder a'u stiffrwydd uchel, mae cerameg alwmina yn un o'r cerameg ocsid mwyaf poblogaidd. Ar yr un pryd, oherwydd eu priodweddau mecanyddol, trydanol ac optegol cyffredinol, defnyddir cerameg alwmina mewn llawer o feysydd diwydiannol modern.
Mae gan serameg alwmina galedwch uchel, gyda chaledwch Rockwell o HRA80-90, sy'n ail i ddiemwnt yn unig. Mae ymwrthedd traul cerameg alwmina yn cyfateb i 266 gwaith yn fwy na dur manganîs a 171.5 gwaith yn fwy na haearn bwrw cromiwm uchel. O dan yr un amodau gwaith, gall ymestyn oes gwasanaeth offer o leiaf ddeg gwaith. Dwysedd deunydd cerameg alwmina yw 3.7 ~ 3.95 g / cm³, dim ond hanner y dur, a all hefyd leihau llwyth offer yn fawr. Ar yr un pryd, mae ganddo hefyd fanteision megis dargludedd thermol uchel, gwrthedd da a sefydlogrwydd thermol, a chysonyn dielectrig bach. Dyma'r deunydd a ffefrir ar gyfer cenhedlaeth newydd o ddyfeisiau a systemau microelectroneg ac mae wedi dod yn brif ddeunydd ar gyfer swbstradau cylched mewn meysydd fel awyrofod, cyfathrebu 5G, lled-ddargludyddion pŵer uchel, a goleuadau LED pŵer uchel [5].
Mae technoleg paratoi powdr alwmina ultrafine purdeb uchel yn un o'r ffactorau allweddol sy'n cyfyngu ar ddatblygiad cyflym deunyddiau ceramig alwmina arbennig ac mae hefyd yn gyswllt allweddol wrth leihau costau a chynyddu effeithlonrwydd mewn cynhyrchu diwydiannol. Mae datblygu dulliau newydd o baratoi powdrau ceramig o ansawdd uchel yn arwyddocaol iawn i ddatblygiad deunyddiau cerameg a meysydd uwch-dechnoleg cysylltiedig.
2
Technoleg Paratoi Powdwr Alwmina
2.1 Dosbarthiad Rhagflaenwyr Alwmina
Mae paratoi alwmina fel arfer yn cynnwys dadelfeniad thermol o hydradau alwmina, sy'n cael eu gwaddodi o doddiannau sy'n cynnwys ïonau Al3+ neu gyfansoddion organometalaidd. Mae astudiaethau wedi dangos bod y broses drawsnewid hon (fel dadhydradu boehmite i - Al2O3) yn adwaith topotactig, sy'n caniatáu cadw morffoleg microsgopig y rhagflaenydd yn yr alwmina. Felly, mae nodweddion alwmina yn perthyn yn agos i'r rhagflaenydd hydrate.
Yn ôl gwahaniaethau mewn strwythur a chynnwys dŵr, mae rhagflaenwyr alwmina yn bennaf yn cynnwys gibbsite, bayerite, nordstrandite, a diaspore, ymhlith y mae diaspore wedi'i rannu ymhellach yn diaspore a boehmite. Gibbsite yw prif gydran bocsit mewn rhanbarthau trofannol. Fel cynnyrch terfynol y broses Bayer fasnachol, fe'i cynhyrchir ar raddfa fawr trwy wlybaniaeth alcalïaidd Al3+ ac fe'i defnyddir yn helaeth fel gwrth-fflam, ychwanegyn ar gyfer polymerau a phapur, llenwad past dannedd, a sefydlogwr ar gyfer titaniwm deuocsid. Mae adeiledd grisial gibbsite yn perthyn i'r system monoclinig, gydag ymylon wedi'u cysylltu gan ymylon i ffurfio strwythur haenog, sef pentyrru haen dwbl, a gellir mynegi trefniant pentyrru haen dwbl fel AB BA AB BA.... Boehmite, a elwir hefyd yn ffug-boehmite. Gellir ei syntheseiddio'n hydrothermally gan ddefnyddio gibbsite fel deunydd crai, neu ei gael trwy rostio baeerit dan reolaeth. Mae Boehmite yn perthyn i'r system orthorhombig, gydag alwminiwm wedi'i gysylltu gan ymylon a'i drefnu'n raddol, ac mae ei haenau wedi'u cysylltu gan fondiau hydrogen. Yn y strwythur octahedrol, trefnir atomau ocsigen yn y modd ABC ABC....
Ymhlith rhagflaenwyr alwminiwm hydrocsid amrywiol, mae ffugboehmite yn fath o hydrad gyda grisialu cymharol isel. Fe'i nodweddir gan arwynebedd arwyneb penodol uchel, mandyllau toreithiog, arwyneb â gwefr bositif, gwasgariad hawdd mewn dŵr a hydrocsyl-sy'n cynnwys toddyddion, a hydoddedd gel da o dan amodau asidig. Mae'r nodweddion hyn yn gwneud ffug-boehmite yn cael ei ddefnyddio'n helaeth fel cludwr catalydd a rhwymwr, ac mae hefyd yn gynnyrch canolradd pwysig ar gyfer cynhyrchu alwmina actifedig [6].
2.2 Dulliau Paratoi Powdwr Alwmina
2.2.1 Dull Cyfnod Nwy
Mae'r dull cam nwy yn defnyddio nwy yn uniongyrchol neu'n anweddu adweithyddion trwy wahanol ddulliau gwresogi, gan achosi i adweithiau ffisiocemegol ddigwydd yn y cyflwr nwyol, ac yn olaf cyddwyso i ffurfio powdrau ultrafine. Mae gan y math hwn o ddull amodau adwaith ysgafn, rheolaeth hawdd ar grynodref, gwasgaredd gronynnau da, maint gronynnau bach, a dosbarthiad cul; mae'r anfantais yn gynnyrch isel iawn, ac mae costau cynhyrchu yn anodd eu rheoli.
Yn y dull cam nwy, rhaid i ddeunyddiau crai gael eu hanweddu'n llwyr cyn adwaith, sy'n defnyddio llawer o egni, ac mae'r adwaith yn gofyn am lawer iawn o nwy anadweithiol gyda lleithder isel iawn, gan arwain at gost gymharol uchel ar gyfer y dull cam nwy.
Mae dyddodiad anwedd cemegol (CVD) yn ddull cam nwy a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer paratoi nano-alwmina. Mae'r dull hwn yn defnyddio alwminiwm clorid ac anwedd dŵr i adweithio mewn siambr adwaith i gynhyrchu nanopopwdwr alwmina. Mae dulliau CVD cyffredin yn cynnwys CVD fflam, CVD pyrolysis laser, ac eraill. Roedd Han Shizhong et al. [7] wedi paratoi powdr alwmina purdeb uchel gyda maint gronynnau cyfartalog o 5.6 nm gan CVD organometalig plasma, yn adweithio mewn amgylchedd ocsigen ar 1000 gradd a 5.3 kPa i gael powdr nano alwmina sfferig.
2.2.2 Dull Cyfnod Hylif
Mae'r dull cyfnod hylif yn cynnwys toddi halwynau alwminiwm mewn toddydd penodol, gwahanu'r hydoddyn a'r toddydd trwy anweddiad, sychdarthiad, ychwanegu gwaddod, hydrolysis, a dulliau eraill i gael gronynnau o siâp a maint penodol, hynny yw, paratoi rhagflaenydd powdr Al2O3, ac yn olaf gwresogi a dadelfennu'r rhagflaenydd.
Yn gyntaf, mae'r elfen alwminiwm yn bodoli yn yr hydoddiant ar ffurf ïonig a gellir ei hydoddi mewn toddyddion dŵr neu doddyddion organig megis trichloromethyl, ethanol, a tolwen trwy halwynau alwminiwm fel sylffad alwminiwm, sec-butoxide alwminiwm, a sodiwm metaalwminiad. Yn dilyn hynny, gellir dyddodi a gwaddodi'r ïonau alwminiwm ar ffurf ocsidau cofalent trwy ddulliau megis hydrolysis ac anweddu halwynau alwminiwm, neu trwy ddefnyddio gwaddodion fel amoniwm carbonad, sodiwm hydrocsid, wrea, ac asid sylffwrig. Yn olaf, mae'r gwaddod yn cael ei olchi a'i sychu neu ei galchynnu ar dymheredd uchel i gael y ffurf grisial alwmina a ddymunir [8-9].
Technoleg Pyrolysis Chwistrellu
Mae technoleg pyrolysis chwistrellu, a elwir hefyd yn dechnoleg pyrolysis chwistrellu fflam, yn ddull ar gyfer paratoi powdr alwmina ultrafine yn seiliedig ar ddefnynnau aerosol maint micron a gynhyrchir yn ultrasonic sy'n cael eu gwresogi a'u dadelfennu ar 400 gradd ~ 800 gradd. Roedd Laine et al. [10] puro powdr alwmina amlwedd yn llwyddiannus gan ddefnyddio technoleg pyrolysis chwistrellu, gan gael powdr nano alwmina purdeb uchel gyda maint gronynnau o 50 nm~80 nm a -purdeb cyfnod o 50% ~ 85%.
Dull Hydrolysis Alcocsid
Mae'r dull hydrolysis alcocsid yn cynnwys paratoi hydoddiant o halen alwminiwm hydawdd mewn dŵr addas yn ôl cyfrannau stoichiometrig, yna dewis gwaddod sy'n gallu adweithio ag ïonau metel i ffurfio gwaddod, ac yn olaf gwresogi a dadhydradu'r gwaddod i gael powdr ultrafine [11]. Mae dulliau hydrolysis alcocsid cyffredin yn cynnwys y dull allyriadau amoniwm sylffad di-alwminiwm a'r dull carbonad amoniwm alwminiwm, ac ati. [12-13].
Mae Zhong Lianyun et al. [14] defnyddio alwminiwm nitrad pur a bicarbonad amoniwm yn ddadansoddol fel y prif ddeunyddiau crai i baratoi powdr nano-Al2O3 trwy'r dull dyddodiad cyd. Maint gronynnau cyfartalog y powdr nano-Al2O3 a baratowyd oedd 20 nm~30 nm. Fe wnaeth ychwanegu'r syrffactydd PEG6000 wella perfformiad gwasgariad powdr -Al2O3.
Gwell Proses Bayer
Mae proses Bayer yn defnyddio'r newid mewn hydoddedd alwminiwm ocsid mewn hydoddiant alcalïaidd, gan ddefnyddio hydoddiant sodiwm hydrocsid crynodedig i drosi alwminiwm hydrocsid yn aluminiad sodiwm, yna gwahanu sylweddau anhydawdd trwy wlybaniaeth, ac yn olaf ail--ddyodiad alwminiwm hydrocsid trwy wanhau ac ychwanegu crisialau had alwminiwm hydrocsid, hydradu i gael powdr rhostio a dad-alwmin.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, trwy fireinio proses Bayer yn barhaus, datblygwyd dulliau newydd sy'n gallu dihysbyddu effeithlon [15]. Mae'r broses Bayer well yn bennaf yn gwella paratoi sodiwm hydrocsid a thynnu sodiwm, yn cyflawni dihysbyddu a thynnu haearn ar aluminate sodiwm, ac yn rheoleiddio amodau dadelfennu i gael alwminiwm hydrocsid purdeb uchel. Yn ystod y broses hon, mae alwminiwm hydrocsid yn gwaddodi'n araf, gan leihau'r achosion o niwclysau grisial annormal yn effeithiol a lleihau ymgorffori amhureddau sodiwm a silicon. Yn olaf, mae alwmina purdeb uchel yn cael ei gael trwy galchynnu a malu tymheredd uchel.
Sol-Dull Gel
Mae'r dull sol-gel yn ddull syml ac effeithiol ar gyfer syntheseiddio nano-alwmina. Yn wahanol i'r dull dyddodiad, sy'n trosi i sol a gel i ddechrau, mae halwynau alwminiwm a thoddiannau amin purdeb uchel neu halen amoniwm yn cael eu hydrolysis neu eu polymeroli i ffurfio gel rhagflaenydd, sydd wedyn yn cael ei olchi'n alcohol, ei heneiddio, ac yn olaf ei galchynnu i gael powdr alwmina.
Mae rhai ymchwilwyr hefyd wedi gwneud gwelliannau technegol yn seiliedig ar y dull gel sol traddodiadol. Er enghraifft, mabwysiadodd Zhu Zuoyuan [16] broses hybrid o hydrolysis alcocsid metel a dull gel sol i baratoi powdr alwmina ultrafine purdeb uchel. Yn gyntaf, powdr alwminiwm â purdeb Roedd mwy na neu'n hafal i 2N ei gynhesu i syntheseiddio ateb alcocsid alwminiwm, amhureddau gronynnol anhydawdd eu tynnu gan microfiltration, ac ar ôl heneiddio, hydrolysis ei gynnal. Cafwyd gel sych trwy ddistylliad, ac yn olaf cafwyd powdr alwmina purdeb uchel trwy -galchynnu tymheredd uchel.
Dull Alcocsid Alwminiwm
Mae'r dull alkocsid alwminiwm yn perthyn i iteriad technolegol y dull hydrolysis alcocsid. Mae'n golygu ychwanegu naddion alwminiwm metel i hydoddiant isopropanol ar gyfer adwaith i gynhyrchu isopropocsid alwminiwm, yna hydrolyzing isopropocsid alwminiwm i gynhyrchu alwmina hydradol, ac ar ôl camau megis heneiddio, hidlo, sychu, ac actifadu dadhydradu, yn olaf cael powdr alwmina gyda gweithgaredd sintro cymharol uchel.
Dywedodd Yang Conglin et al. [17] defnyddio alwminiwm metel ac alcohol carbon fel deunyddiau crai i syntheseiddio alcocsid alwminiwm purdeb uchel, a pharatoi alwmina hydradol gan hydrolysis alcocsi, dileu'r broses distyllu gwactod gyda gofynion offer uchel, ac yn olaf wedi cael 5N-gradd uchel-purdeb powdr alwmina ultrafine drwy calcination, gyda maint powdr Greater a maint rhan 99999 0.1 µm~0.3 µm. Mae gan y powdr alwmina a baratowyd gan y dull hwn burdeb uchel, ac mae'r broses baratoi yn syml gyda rheolaeth gref ar y cynnyrch.
2.2.3 Dull Cyfnod Soled
Mae'r dull cyfnod solet yn ddull lle mae dau bowdwr neu fwy yn cael eu cymysgu a'u hadweithio'n uniongyrchol o dan dymheredd ac awyrgylch penodol i gynhyrchu nano-alwmina.
Dull Malu Mecanyddol
Mae'r dull malu mecanyddol yn defnyddio gwahanol fathau o falu ultrafine (melinau pêl ynni uchel, melinau pêl planedol, melinau twr, melinau jet, ac ati) i falu a malu deunyddiau crai yn bowdr ultrafine yn uniongyrchol. Yn eu plith, defnyddir melinau pêl ynni uchel yn eang. Maen nhw'n malu powdr alwmina yn fecanyddol mewn dŵr neu gyfryngau alcohol i baratoi powdr alwmina pur iawn. Trwy ddirgryniad a chylchdroi'r felin bêl, mae ynni'n cael ei ddarparu i'r deunyddiau crai, gan achosi i'r deunyddiau crai gael eu heffeithio'n gryf gan beli caled, eu malu'n gronynnau mân, neu eu hactifadu i gael adweithiau cemegol, a thrwy hynny baratoi powdr ultrafine.
Dull Tanio
Gellir defnyddio'r dull tanio hefyd fel dull-cyfnod solet ar gyfer paratoi powdr alwmina. Mae'r dull hwn yn perfformio adweithiau hylosgi y tu mewn i lestr cyfaint cyson ac yn cynhyrchu llawer iawn o nwy. Felly, mae'r adwaith ar unwaith yn mynd yn ei flaen yn aml o dan bwysau uchel, gan atal pwysedd anwedd dirlawn yr adweithyddion a chodi'r tymheredd trawsnewid cam o dan bwysau arferol, sy'n ffafriol i ffurfio powdr alwmina metasefydlog un cyfnod yn sefydlog. Mae gan y dull tanio ofynion uchel ar gyfer offer cynhyrchu, rheoli proses gynhyrchu anodd, cynnyrch isel, a chost cynhyrchu cymharol uchel.
Mae Peng et al. Cafodd [18] ganlyniadau tanio gwahanol trwy reoli gwerth pH y system alwminiwm nitrad glycin. Dangosodd y canlyniadau y gall amgylchedd alcalïaidd reoli maint grawn yn effeithiol, lleihau cyfran y cyfnodau amorffaidd, a chynyddu arwynebedd arwyneb penodol, tra bod crynhoad o wahanol raddau yn digwydd mewn amgylcheddau â pH Llai na neu'n hafal i 6.
3
Crynodeb
Mae powdr alwmina ultrafine purdeb uchel, oherwydd ei briodweddau ffisegol a chemegol datblygedig, wedi ehangu'n fawr y senarios cymhwyso powdr alwmina ac mae'n ddeunydd crai allweddol mewn gweithgynhyrchu uwch modern. Ar hyn o bryd, mae gan y prif ddulliau cynhyrchu o bowdr alwmina ultrafine purdeb uchel yn Tsieina anfanteision megis prosesau cymhleth, rheolaeth anodd ar amodau technegol, cost uchel, a llygredd difrifol. Gyda datblygiad parhaus economi Tsieina, bydd y galw am alwmina ultrafine purdeb uchel yn parhau i gynyddu, a bydd gofynion y dyfodol ar gyfer cywirdeb offer, prosesau paratoi, technoleg rheoli, arbed ynni, a diogelu'r amgylchedd hefyd yn dod yn uwch ac yn uwch.