Применение и фазовый переход различных кристаллических оксидов алюминия
В области горного дела, керамики и материаловедения оксид алюминия (химическая формула Al2O3), также известный как боксит, представляет собой ионное соединение с сильными химическими связями. Он обладает превосходными характеристиками, такими как высокая твердость, высокая механическая прочность, стойкость к химической коррозии, хорошая износостойкость и хорошая теплопроводность. Это важное химическое сырье в промышленности.
Существует два основных способа организации кристаллической структуры оксида алюминия: один заключается в том, что атомы кислорода располагаются в гексагональной укладке, а другой — в том, что атомы кислорода располагаются в кубической укладке.
(1) Свойства и применение α-Al2O3
α-Al2O3 обычно называют корундом. α-Al2O3 представляет собой белый кристалл и является наиболее распространенным и стабильным типом кристалла оксида алюминия. Он относится к тригональной плотноупакованной структуре. В кристаллической структуре α-Al2O3 ионы кислорода расположены в гексагональной плотноупакованной структуре, повторяющейся в двух слоях ABABAB… для образования нескольких октаэдрических форм, в то время как ионы алюминия заполняют промежутки между каждым октаэдром.
В настоящее время α-Al2O3 широко используется в абразивных материалах, огнеупорных материалах, подложках интегральных схем и структурной функциональной керамике.
(2) Свойства и применение β-Al2O3
β-Al2O3 на самом деле является алюминатом, который представляет собой композитное соединение, состоящее из оксидов металлов и оксида алюминия. Ионы металлов, такие как Na+, могут быстро диффундировать в этом плоском слое, поэтому кристаллы β-Al2O3 могут проводить электричество и являются важным типом твердого электролита. Поэтому β-Al2O3 можно использовать для приготовления твердоэлектролитных диафрагменных материалов в натрий-серных батареях, а также он может играть важную роль в ионной проводимости и изоляции положительных и отрицательных электродов батареи.
(3) Свойства и применение γ-Al2O3
γ-Al2O3 является наиболее часто используемым оксидом алюминия в переходном состоянии. Он не существует в природе. В его структуре ионы кислорода можно аппроксимировать как кубические и плотно упакованные, в то время как ионы алюминия нерегулярно распределены в октаэдрических и тетраэдрических пустотах, образованных ионами кислорода, принадлежащими структуре шпинели. Процесс получения γ-Al2O3 относительно прост, а температура его образования относительно низкая, обычно в диапазоне 500~700 ℃. γ-Al2O3 нерастворим в воде, но обычно может растворяться в кислоте или щелочи.
Фазовое превращение различных кристаллических оксидов алюминия
Среди различных кристаллических форм только α-Al2O3 является стабильной кристаллической фазой, а все остальные фазы являются переходными фазами, которые находятся в термодинамически нестабильном состоянии. При повышении температуры нестабильный переходный глинозем может трансформироваться в стабильную фазу, что является необратимым преобразованием реконструкции решетки.
Для получения стабильного α-Al2O3 требуется идеальный контроль процесса от начального просеивания руды, синтеза порошка до спекания. При получении высокотемпературного глинозема в стране и за рубежом обычно в качестве сырья используется промышленный гидроксид алюминия или промышленный глинозем, который образует переходную фазу путем дегидратации, а затем претерпевает множественные фазовые превращения при высокой температуре и, наконец, превращается в α-фазу Al2O3.
Гиббсит (Al(OH)3) и бемит (AlOOH) являются наиболее часто используемыми прекурсорами для получения α-Al2O3. В процессе начальной термообработки гидроксид алюминия превращается в переходный глинозем в форме метастабильной структуры и, наконец, заканчивается термодинамически стабильной фазой α-Al2O3.
В промышленности обычно используются различные методы прокалки для преобразования метастабильной фазы γ-Al2O3 в α-стабильную фазу для получения α-Al2O3 с различной морфологией. α-Al2O3 с различной морфологией можно получить, контролируя различные температуры прокалки, добавляя различные типы добавок, методы измельчения и т. д. Обычно включаются кристаллы α-Al2O3 в различных формах, таких как червеобразные, чешуйчатые, столбчатые, сферические, сферические и волокнистые.
С быстрым развитием керамической промышленности, фармацевтической промышленности, электронной промышленности и машиностроения рыночный спрос на глинозем все еще имеет много возможностей для развития, поэтому исследования глинозема имеют огромное значение. Понимание и освоение кристаллической структуры и свойств глинозема является важной предпосылкой для получения порошка глинозема. Различные кристаллические формы глинозема имеют различные области применения. α-Al2O3 является наиболее стабильной из всех форм глинозема. В производстве различные типы кристаллов α-Al2O3 обычно готовятся путем управления средой роста кристаллов α-Al2O3 для удовлетворения потребностей керамики, огнеупорных материалов и других новых функциональных материалов для различных кристаллических микроструктур α-Al2O3.