Application et transition de phase de différentes alumines cristallines
Dans les domaines de l’exploitation minière, de la céramique et de la science des matériaux, l’oxyde d’aluminium (formule chimique Al2O3), également connu sous le nom de bauxite, est un composé ionique doté de fortes liaisons chimiques. Il présente d’excellentes caractéristiques telles qu’une dureté élevée, une résistance mécanique élevée, une résistance à la corrosion chimique, une bonne résistance à l’usure et une bonne conductivité thermique. C’est une matière première chimique importante dans l’industrie.
Il existe deux principales façons d’organiser la structure cristalline de l’oxyde d’aluminium : l’une consiste à disposer les atomes d’oxygène en empilement hexagonal, et l’autre consiste à disposer les atomes d’oxygène en empilement cubique.
(1) Propriétés et applications de l’α-Al2O3
L’α-Al2O3 est communément appelé corindon. L’α-Al2O3 est un cristal blanc et est le type de cristal d’alumine le plus courant et le plus stable. Il appartient à la structure compacte trigonale. Dans la structure cristalline de l’α-Al2O3, les ions oxygène sont disposés selon un motif hexagonal compact, se répétant dans deux couches d’ABABAB… pour former plusieurs formes octaédriques, tandis que les ions aluminium remplissent les espaces entre chaque octaèdre.
Actuellement, l’α-Al2O3 est largement utilisé dans les matériaux abrasifs, les matériaux réfractaires, les substrats de circuits intégrés et les céramiques fonctionnelles structurelles.
(2) Propriétés et applications du β-Al2O3
Le β-Al2O3 est en fait un aluminate, qui est un composé composite composé d’oxydes métalliques et d’oxyde d’aluminium. Les ions métalliques tels que Na+ peuvent diffuser rapidement dans cette couche plane, de sorte que les cristaux de β-Al2O3 peuvent conduire l’électricité et constituent un type important d’électrolyte solide. Par conséquent, le β-Al2O3 peut être utilisé pour préparer des matériaux de diaphragme d’électrolyte solide dans les batteries sodium-soufre, et peut également jouer un rôle important dans la conduction ionique et l’isolation des électrodes positives et négatives de la batterie.
(3) Propriétés et applications de γ-Al2O3
Le γ-Al2O3 est l’oxyde d’aluminium à l’état de transition le plus couramment utilisé. Il n’existe pas dans la nature. Dans sa structure, les ions oxygène peuvent être approximés comme cubiques et étroitement regroupés, tandis que les ions aluminium sont répartis de manière irrégulière dans les vides octaédriques et tétraédriques formés par les ions oxygène, appartenant à la structure spinelle. Le processus de préparation du γ-Al2O3 est relativement simple et sa température de formation est relativement basse, généralement dans la plage de 500 à 700 °C. Le γ-Al2O3 est insoluble dans l’eau mais peut généralement être dissous dans un acide ou un alcali.
Transformation de phase de différentes alumines cristallines
Parmi les différentes formes cristallines, seul l’α-Al2O3 est une phase cristalline stable, et toutes les autres phases sont des phases de transition, qui sont dans un état thermodynamiquement instable. À mesure que la température augmente, l’alumine de transition instable peut se transformer en une phase stable, ce qui constitue une transformation irréversible de la reconstruction du réseau.
Pour obtenir de l’α-Al2O3 stable, un contrôle parfait du processus est nécessaire depuis le criblage initial du minerai, la synthèse de la poudre jusqu’au frittage. La préparation de l’alumine à haute température au pays et à l’étranger utilise généralement de l’hydroxyde d’aluminium industriel ou de l’alumine industrielle comme matières premières, forme une phase de transition par déshydratation, puis subit de multiples transformations de phase à haute température, et se transforme finalement en phase α-Al2O3.
La gibbsite (Al(OH)3) et la boehmite (AlOOH) sont les précurseurs les plus couramment utilisés pour la préparation de l’α-Al2O3. Dans le processus de traitement thermique initial, l’hydroxyde d’aluminium se transforme en alumine de transition sous la forme d’une structure métastable, et se termine finalement par la phase thermodynamiquement stable de l’α-Al2O3.
Dans l’industrie, différentes méthodes de calcination sont généralement utilisées pour transformer la phase métastable γ-Al2O3 en phase α-stable afin de préparer de l’α-Al2O3 de différentes morphologies. L’α-Al2O3 de différentes morphologies peut être produit en contrôlant différentes températures de calcination, en ajoutant différents types d’additifs, en utilisant des méthodes de broyage, etc. En général, des cristaux d’α-Al2O3 de différentes formes telles que des cristaux en forme de ver, de flocon, en forme de colonne, sphériques, sphériques et fibreux sont inclus.
Avec le développement rapide de l’industrie céramique, de l’industrie pharmaceutique, de l’industrie électronique et de l’industrie des machines, la demande du marché en alumine a encore beaucoup de marge de développement, de sorte que la recherche sur l’alumine revêt une importance capitale. La compréhension et la maîtrise de la structure cristalline et des propriétés de l’alumine sont une condition préalable importante à la préparation de poudre d’alumine. Différentes formes cristallines d’alumine ont des domaines d’application différents. L’α-Al2O3 est la plus stable de toutes les formes d’alumine. Lors de la production, différents types de cristaux d’α-Al2O3 sont généralement préparés en contrôlant l’environnement de croissance des cristaux d’α-Al2O3 pour répondre aux besoins des céramiques, des matériaux réfractaires et d’autres nouveaux matériaux fonctionnels pour différentes microstructures cristallines d’α-Al2O3.