Aplicación y transición de fase de diferentes alúminas cristalinas.
En los campos de la minería, la cerámica y la ciencia de los materiales, el óxido de aluminio (fórmula química Al2O3), también conocido como bauxita, es un compuesto iónico con fuertes enlaces químicos. Tiene excelentes características como alta dureza, alta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión química, buena resistencia al desgaste y buena conductividad térmica. Es una materia prima química importante en la industria.
Hay dos formas principales de organizar la estructura cristalina del óxido de aluminio: una es que los átomos de oxígeno están dispuestos en apilamiento hexagonal, y la otra es que los átomos de oxígeno están dispuestos en apilamiento cúbico.
(1) Propiedades y aplicaciones del α-Al2O3
El α-Al2O3 se conoce comúnmente como corindón. El α-Al2O3 es un cristal blanco y es el tipo más común y estable de cristal de alúmina. Pertenece a la estructura compacta trigonal. En la estructura cristalina de α-Al2O3, los iones de oxígeno están dispuestos en un patrón hexagonal compacto, que se repite en dos capas de ABABAB… para formar varias formas octaédricas, mientras que los iones de aluminio llenan los espacios entre cada octaedro.
Actualmente, α-Al2O3 se utiliza ampliamente en materiales abrasivos, materiales refractarios, sustratos de circuitos integrados y cerámicas funcionales estructurales.
(2) Propiedades y aplicaciones de β-Al2O3
β-Al2O3 es en realidad un aluminato, que es un compuesto compuesto de óxidos metálicos y óxido de aluminio. Los iones metálicos como Na+ pueden difundirse rápidamente en esta capa plana, por lo que los cristales de β-Al2O3 pueden conducir electricidad y son un tipo importante de electrolito sólido. Por lo tanto, β-Al2O3 se puede utilizar para preparar materiales de diafragma de electrolito sólido en baterías de sodio-azufre, y también puede desempeñar un papel importante en la conducción de iones y el aislamiento de los electrodos positivo y negativo de la batería.
(3) Propiedades y aplicaciones del γ-Al2O3
El γ-Al2O3 es el óxido de aluminio en estado de transición más utilizado. No existe en la naturaleza. En su estructura, los iones de oxígeno pueden aproximarse como cúbicos y compactados, mientras que los iones de aluminio se distribuyen irregularmente en los huecos octaédricos y tetraédricos formados por iones de oxígeno, que pertenecen a la estructura de espinela. El proceso de preparación del γ-Al2O3 es relativamente simple y su temperatura de formación es relativamente baja, generalmente en el rango de 500~700℃. El γ-Al2O3 es insoluble en agua, pero generalmente se puede disolver en ácido o álcali.
Transformación de fase de diferentes alúminas cristalinas
Entre las diferentes formas cristalinas, solo el α-Al2O3 es una fase cristalina estable, y todas las demás fases son fases de transición, que se encuentran en un estado termodinámicamente inestable. A medida que aumenta la temperatura, la alúmina de transición inestable se puede transformar en una fase estable, que es una transformación irreversible de la reconstrucción de la red.
Para obtener α-Al2O3 estable, se requiere un control perfecto del proceso desde el cribado inicial del mineral, la síntesis del polvo hasta la sinterización. La preparación de alúmina de alta temperatura en el país y en el extranjero generalmente utiliza hidróxido de aluminio industrial o alúmina industrial como materia prima, forma una fase de transición a través de la deshidratación y luego sufre múltiples transformaciones de fase a alta temperatura, y finalmente se transforma en Al2O3 de fase α.
La gibbsita (Al(OH)3) y la boehmita (AlOOH) son los precursores más utilizados para la preparación de α-Al2O3. En el proceso de tratamiento térmico inicial, el hidróxido de aluminio se transforma en alúmina de transición en forma de una estructura metaestable y finalmente termina con la fase termodinámicamente estable de α-Al2O3.
En la industria, se suelen utilizar diferentes métodos de calcinación para transformar la fase metaestable γ-Al2O3 en la fase α-estable para preparar α-Al2O3 con diferentes morfologías. El α-Al2O3 con diferentes morfologías se puede producir controlando diferentes temperaturas de calcinación, añadiendo diferentes tipos de aditivos, métodos de molienda, etc. Por lo general, se incluyen cristales de α-Al2O3 en diversas formas, como en forma de gusano, en forma de escamas, columnares, esféricos, esféricos y fibrosos.
Con el rápido desarrollo de la industria cerámica, la industria farmacéutica, la industria electrónica y la industria de la maquinaria, la demanda del mercado de alúmina todavía tiene mucho margen de desarrollo, por lo que la investigación sobre la alúmina es de gran importancia. Comprender y dominar la estructura cristalina y las propiedades de la alúmina es un prerrequisito importante para la preparación de polvo de alúmina. Las diferentes formas cristalinas de alúmina tienen diferentes áreas de aplicación. α-Al2O3 es la más estable de todas las formas de alúmina. En la producción, generalmente se preparan diferentes tipos de cristales de α-Al2O3 controlando el entorno de crecimiento de los cristales de α-Al2O3 para satisfacer las necesidades de cerámicas, materiales refractarios y otros nuevos materiales funcionales para diferentes microestructuras cristalinas de α-Al2O3.