工业前驱体和氟化物添加剂对α-Al2O3形貌演变及生长机制的影响

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α-Al2O3具有优异的物理化学性能,应用领域广泛。固相煅烧法制备α-Al2O3的工艺流程简单、成本低廉,适合工业化生产,但是制得产品易团聚、分散性差且形貌难以调控。本论文以工业Al(OH)3、γ-Al2O3和Al OOH原料为前驱体煅烧制备α-Al2O3,通过前驱体球磨预处理、掺入不同种类氟化物添加剂和改变煅烧温度等手段,对α-Al2O3的粒度、形貌和分散性等进行调控,制得具有较好球形度的α-Al2O3;并对Ca F2影响α-Al2O3的球形演变过程进行初步探讨。主要的研究结果如下:(1)前驱体种类和氟化物添加剂种类对α-Al2O3的相变和显微形貌有重要影响。氟化物在煅烧过程中通过气相传质促进α-Al2O3的相变,降低相变温度,Al F3对α-Al2O3相变的促进作用强于其它氟化物(NH4F、Mg F2、Zn F2和Ca F2),添加1 wt%Al F3的Al(OH)3前驱体在900℃转变为α-Al2O3;Al(OH)3在高温下的脱水反应能够促进α-Al2O3相变的完成,在同一氟化物的作用下,Al(OH)3煅烧制得α-Al2O3的温度比γ-Al2O3前驱体降低约100℃;引入氟化物添加剂后,Al(OH)3前驱体煅烧制得α-Al2O3的一次晶粒多为片状,而γ-Al2O3前驱体煅烧制得α-Al2O3的一次晶粒多为球形或圆饼状;当煅烧温度升高至1400℃,添加Al F3和NH4F的γ-Al2O3前驱体制得α-Al2O3向片状演变,添加Mg F2和Zn F2则会抑制α-Al2O3向片状演变。(2)Ca F2有利于γ-Al2O3前驱体煅烧制备球形α-Al2O3。添加1 wt%Ca F2的γ-Al2O3前驱体在1400℃煅烧时,体系内可能形成过渡液相,促使α-Al2O3晶粒球化,制得尺寸为1μm左右的球形α-Al2O3;添加过量的Ca F2(>1 wt%)会导致板片状六铝酸钙(CA6)的生成,降低α-Al2O3产品的纯度;γ-Al2O3前驱体经行星式球磨预处理后,添加1 wt%Ca F2煅烧制得分散性良好、尺寸为0.5μm左右的球形α-Al2O3,但少量晶粒异常长大,形成尺寸2~5μm的块状晶粒。(3)高能球磨预处理和添加剂对煅烧制得α-Al2O3的尺寸、形貌和分散性有重要的影响。工业前驱体经高能球磨预处理,被破碎为<200 nm的碎片颗粒,高温煅烧后抑制了α-Al2O3蠕虫状网络结构的形成。高能球磨15 hγ-Al2O3前驱体于1300℃煅烧制得尺寸为200 nm左右的类球形α-Al2O3晶粒;高能球磨30 h Al OOH前驱体添加20 wt%NH4BF4于1450℃煅烧制得分散性较好、尺寸约为0.5μm的多面体状α-Al2O3;高能球磨9 h Al(OH)3前驱体添加5 wt%NH4BF4于1450℃煅烧制得分布均匀、无明显团聚、尺寸为1μm左右的类球形α-Al2O3
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