氧化铝教学讲解课件

Al2O3结构陶瓷1.氧化铝的结构与性质2.氧化铝的制备3.氧化铝的应用4.我国铝土矿资源制作人：侯韶克.Al2O3结构陶瓷1.氧化铝的结构与性质制作人：侯韶克.11.氧化铝的结构与性质 Al2O3有很多种晶型，目前发现的在十二种以上，其中常见的有、等。其中是高温稳定晶型，其它均为不稳定的过渡晶型，在高温下可以转变为相。-Al2O31000Na2OK2OCaOBaO-Al2O3 -Al2O3（Na2O11Al2O3）CaO Al2O3-Al2O3()Li2O3120013001700Li2O3 Al2O3 固溶体.1.氧化铝的结构与性质 Al2O3有很多种晶型，目前发现的在21.氧化铝的结构与性质-Al2O3为刚玉结构，属于三方晶系。正负离子配位数为6:4，在三次轴平面内O2-作近似六方密排（A-B-A-B），而Al3+则位于氧的八面体间隙（在两氧离子层之间），填充三分之二八面体间隙。图：-Al2O3晶体结构.1.氧化铝的结构与性质-Al2O3为刚玉结构，属于三方晶系31.氧化铝的性质-Al2O3具有熔点高、硬度高、耐磨损和绝缘性优异等特点。-Al2O3性能如下表：性质数值熔点/2040密度/gcm-33.98膨胀系数/106/8.5热导率/Wm-1K-129杨氏模量/GPa380维氏硬度/GPa18体积电阻率/m1012介电常数9.1.氧化铝的性质-Al2O3具有熔点高、硬度高、耐磨损和42.氧化铝的制备方法2.1改良拜耳法 2.2固相法2.3液相法2.4气相法.2.氧化铝的制备方法2.1改良拜耳法.52.1改良拜耳法 拜耳法：1.加热用氢氧化钠溶解矿石。氧化铁不溶，二氧化硅溶解为硅酸根（Si(OH)62），氧化铝溶解为铝酸根（Al(OH)4）。2.过滤，加酸处理，氢氧化铝沉淀出来，再过滤。3.强热氢氧化铝，可得无定形之白色氧化铝粉末。改良拜耳法，是将铝酸钠溶液通过深度脱硅、除铁等净化工序得到高纯铝酸钠溶液，通过控制铝酸钠溶液的分解条件，使结晶过程中氢氧化铝向种子析出的速度极为缓慢，抑制异常晶核的形成，减少氢氧化铝中Na,Si等杂质的夹杂，得到高纯氢氧化铝，再经锻烧、研磨等工序制得高纯氧化铝。.2.1改良拜耳法 拜耳法：改良拜耳法，是将铝酸钠溶液通过深62.2固相法（1）盐类热分解法：化学热分解法是常用的一种固相制备粉体的方法。将重结晶提纯后的硫酸铝钱NH4Al(SO4)212H2O在空气中进行热分解,就能获得性能良好的Al2O3粉末。其分解过程如下:但此种方法容易形成SO3、NH3等气体,给环境造成严重污染。.2.2固相法（1）盐类热分解法：化学热分解法是常用的一种固72.3气相法气相法是利用气体或通过等离子体、激光蒸发、电子束加热或电弧加热等方法将物质变为气体,使之在气态下发生物理或化学反应,最后在冷却过程中凝聚成超细颗粒的方法。气相法分为：蒸发冷凝法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)两种。薄膜气体晶粒晶须核颗粒气相Kim K.H.等以铝的烷基物和氧气为反应物,反应器的压力保持在215x103Pa,氧气必须过量的条件下使反应物产生适度的等离子体而发生化学反应,制备了5150mI的无定形态的-Al2O3。.2.3气相法气相法是利用气体或通过等离子体、激光蒸发、电子束82.4液相法液相法又称湿化学法,是目前科研领域和工业上应用最广，也是最为有效的制备纳米微粒的方法之一。常用的液相化学法包括沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳液法、有机醇盐水解法、喷雾热解法、水热法等。沉淀法：在一定pH值下,利用A(NO3)3,Al2(SO4)3或AICl3溶液为原料,加入分散剂,利用氨水、尿素、碳酸氢氨为沉淀剂,都可沉淀出Al(OH)沉淀,经过高温锻烧便可获得Al2O3粉末。溶胶凝胶法：首先制取金属醇盐M(OR)n,再将醇盐在一定的水解体系中进行水解一聚合反应形成溶胶,进一步经缩聚反应获得凝胶,凝胶经解凝得超细粉的前驱体,再通过热处理获得超细粉末。.2.4液相法液相法又称湿化学法,是目前科研领域和工业上应用9有机醇铝盐水解法：有机醇铝盐水解法是将铝和醇在催化剂作用下进行化学反应生成醇铝盐，提纯后成为高纯醇铝盐，水解后生成水合氧化铝，再焙烧成为高纯氧化铝。2.4液相法微乳液法：主要是油包水(w/o)型体系微乳液的结构示意图,A1+3可以溶解在水相结构中,形成极其微小而且被表面活性剂和油相包围着的水核,这些水核可以使氧化铝成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴中,从而形成球形颗粒,又避免了颗粒的进一步团聚。WaterOil.有机醇铝盐水解法：有机醇铝盐水解法是将铝和醇在催化剂作用下进102.4液相法水热法：制备-Al2O3粉体一般以Al的氧化物(一Al2O3)或氢氧化物(AlOOH、Al(OH)3)作为前驱体,在密闭系统里搅拌。加热,在加热过程中前驱体的溶解度随温度升高而增加,最终导致溶液过饱和并逐步形成更稳定的-Al2O3新相。.112.4液相法水热法：制备-Al2O3粉体一般以Al的氧化早在20世纪初，德国与英国已开始采用陶瓷刀具取代传统的碳素工具钢刀具，但由于当时的陶瓷脆性较大，所以其应用受到局限。如何克服陶瓷刀具材料的脆性，提高其韧性，成为近百年来陶瓷刀具材料研究的主要课题。20世纪50年代以前以纯Al2O3陶瓷为主，60年代至70年代以Al2O3/TiC复合陶瓷为主，70年代后期至80年代初期发展了氮化硅基陶瓷刀具材料及ZrO2相变增韧陶瓷刀具材料，80年代后期到90年代，发展了晶须增韧陶瓷刀具材料。增韧 Al2O3陶 瓷 刀 具 是 指 在 Al2O3基 体 中 添 加 增韧或增强材料。目前常用的增韧方法有：ZrO2相变增韧、晶须增韧、第二相颗粒弥散增韧等。3.氧化铝的应用氧化铝陶瓷刀具.早在20世纪初，德国与英国已开始采用陶瓷刀具取代传统的碳素工12Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量的应用，陶瓷膜与有机高分子膜相比：（1）耐高温、热稳定性好，在高温下仍能保持其性能不变；（2）高强度，在很大压力梯度操作下，不会被压缩或产生蠕变，机械性能好；（3）化学稳定性好，能耐强酸强碱溶液、有机溶剂和氯化物腐蚀，并且不被微生物降解；（4）可反复使用，易清洁；制备时孔径大小和 孔径尺寸分布容易控制Al2O3陶瓷基片具有机械强度高、绝缘性好、避光性高等优良性能，广泛用于多层布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。目前，在工业应用中大部分都采用非水系流延成形 Al2O3陶瓷基片，利用非水系流延成形可以制备表面光滑、平整、致密度高的Al2O3陶瓷基片，但在制备工艺中，基片的烧结温度高、耗能大。因此可以在Al2O3陶瓷基片中加入一些添加剂以降低烧成温度。3.氧化铝的应用多通道管式陶瓷膜元件氧化铝陶瓷基片.Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海水淡化、气体分离、催化13氧化铝陶瓷衬砖具有在高温环境中不与承烧产品发生反应，最高使用温度达：1750，自身不易变形和开裂，使用寿命长等特点。产品广泛应用于电子元器件、工业陶瓷、磁性材料、粉末冶金等行业使用。氧化铝陶瓷衬砖用于球磨机、管道等耐磨内衬，广泛应用于陶瓷、水泥、油漆、颜料、化工、医药、涂料等行业，能有效提高研磨效率，降低研磨成本，是球磨机内衬的最佳选择。用氧化铝制做的阀门球，具有耐腐蚀、耐高温、耐沖刷等优良性球阀的主要特点是本身结构紧凑、密封可靠、结构简单、维修方便、密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。3.氧化铝的应用氧化铝陶瓷衬砖氧化铝球阀.氧化铝陶瓷衬砖具有在高温环境中不与承烧产品发生反应，最高使用14在透光、透波性应用方面，有用透明Al2O3陶瓷制造的新型节能灯具金卤灯、高强度透明装甲材料、红外透波材料等，这些材料是民用和国防装备中的重要材料。3.氧化铝的应用透光率是透明陶瓷的一个最重要指标，影响它的因素有很多，如原料的纯度和分散性、烧结气体介质、烧成温度制度、添加剂的种类和数量、结构缺陷和气孔、晶界双折射等。陶瓷复合装甲高压钠灯.在透光、透波性应用方面，有用透明Al2O3陶瓷制造的新型节能15中国铝土矿资源较为丰富，截至到2006年保有的资源储量为27.76亿吨，其中储量5.42亿吨，基础储量7.42亿吨，资源量20.35亿吨。主要分布在山西、河南、广西、贵州4省区，其资源储量占全国的90.26%，其中山西占35.9%、河南占20.6%、广西占18.37%、贵州占15.39%。国的10%。4.中国铝土矿资源量及分布但值得注意的是以上资源储量未考虑民采对资源的浪费和破坏因素造成的资源储量减少。主要省区如河南、山西及贵州的民采盛行，采富弃贫，加之大量非炼铝用铝土矿的开采，对资源的浪费和破坏非常严重，致使实际保有资源储量会更少。铝土矿是我国的战略资源，需要合理的开发利用，提高其产品的附加值，才能为我们谋福利。.中国铝土矿资源较为丰富，截至到2006年保有的资源储量为2716