中国粉体网讯  α-Al₂O₃为刚玉结构，属于三方晶系，具有熔点高、硬度高、力学强度高、耐磨性高及结构致密等特点，而微晶α-Al₂O₃材料的晶粒、晶界处于纳米级别，晶界数量大幅增加，使材料、韧性和超塑性大大提高，对材料的性能和应用产生了重要的影响。

微晶α-Al₂O₃的制备

水热法

水热法是一种在水热反应釜内完成的液相法，使用水溶剂作为反应介质，在高温高压下，反应釜内的物质处于临界或超临界状态，发生反应。水热法制备的纳米材料有粒径尺寸小、颗粒均匀、方法简单、操作方便、无污染等优点。

水热法制备微晶α-Al₂O₃可分为两种方式：一种是采用水热法制备出不同形貌的AlOOH前驱体，经过热处理可以得到微晶γ-Al₂O₃，再经过高温煅烧制备出微晶α-Al₂O₃；第二种是直接在低温下通过水热反应合成α-Al₂O₃，这种方法因为免去热处理，制得的产物团聚轻，但产物粒径较大，工艺复杂且对设备要求高。

溶胶凝胶法

溶胶凝胶法制备微晶α-Al₂O₃，是以铝醇盐、无机盐或水合氧化铝为前驱体，经过水解、聚合溶胶、胶凝、干燥、煅烧等步骤，最后得到到微晶α-Al₂O₃。溶胶凝胶法具有产物纯度高、常温反应、成分易控制、工艺流程简单等优点。一般要制备细晶氧化铝可通过使溶胶凝胶过程中晶核的形成速度大于晶核的生长速度从而减小颗粒大小，或通过添加添加剂、晶种等方式以降低相转变温度抑制烧结过程中晶粒长大来实现。

沉淀法

沉淀法是沉淀剂与溶液离子发生反应生成溶解度低的产物，再对沉淀物进行洗涤、煅烧等操作得到纳米颗粒的方法。沉淀法成本较低、重复率高、易控制以及制备的α-Al₂O₃产物粒径最小可达几个纳米；但一般制备的α-Al₂O₃微晶团聚严重，微晶α-Al₂O₃产率低，不利于大规模生产，并且沉淀物的过滤和洗涤工艺过于复杂。

微乳液法

微乳液法以反应体系中的微小液滴作为前驱体生成的微反应场所，Al3+可以溶解在水相中，形成被表面活性剂、助表面活性剂和油相包围的微反应器，表面活性剂和助表面活性剂附着在纳米表面作为保护层，防止液滴的碰撞与融合。氧化铝在此微反应器中成核、生长、团聚，从而形成氧化铝颗粒，再通过有机溶剂将油相和表面活性剂去掉。一般通过改性表面活性剂的多少以及水相的浓度等来控制产物的尺寸及形貌。但此方法工艺过程复杂，难以在工业上规模化生产。

微晶α-Al₂O₃材料的烧结

常压烧结

常压烧结是目前工业中普遍采用的烧结方式。常压烧结的驱动力是由前驱体粉体表面能的变化所引起，物质传递通过固相扩散。由于常压烧结没有外加驱动力，目前主要通过添加剂来得到近似理论密度的烧结体。例如，添加Fe₂O₃、MnO₂等可降低相转化温度，促进烧结在较低的温度下转化。MgO等虽对相变温度无太大影响，但可有效地抑制晶粒的长大及促进烧结致密化。

热压烧结

热压烧结是在高温下烧结的同时施加单向的轴应力，有助于颗粒的接触扩散及流动传质过程的进行。热压烧结能有效的降低烧结温度，缩短烧结时间，抑制颗粒的长大，而且热压烧结无需添加烧结助剂，可用于生产高纯度的α-Al₂O₃材料。热压烧结的缺点在于单向的轴应力造成压力分布不均匀，设备要求高，生产成本高。

微波烧结

微波烧结是利用微波加热对材料进行烧结。传统加热是发热体将热量通过对流、传导或辐射方式传送到被加热物体。微波加热是利用微波的特殊阶段与材料的细微结构耦合，引起粒子的剧烈运动，从而将微波转换成热能，产生高温达到烧结目的。它具有升温速度快、加热效率快、无污染、高效节能等优点。但氧化铝材料在微波烧结过程中的吸波变化及温度均匀性等方面有待提高。

微晶α-Al₂O₃的应用

微晶α-Al2O3材料可应用于化学化工、绝缘材料、催化剂载体、陶瓷、航天航空、电子等多个基础行业及高端领域，尤其作为陶瓷材料应用最为广泛。

微晶α-Al₂O₃陶瓷磨料

微晶α-Al₂O₃磨料作为全新一代的陶瓷磨料，在切削工件时产生的热量少，加工温度低，不易损坏工件，且其磨粒磨损较小，破碎程度小，使用寿命长，且价格不像CBN、金刚石那样昂贵，韧性和磨削性能远远高于普通刚玉磨料，在某些环境下还可以取代CBN、金刚石使用。

微晶α-Al₂O₃磨料的优越性能使用户不断扩大增长，是涂附模具和固结模具领域应用的理想选择。以微晶α-Al₂O₃磨料为主要原料制造的陶瓷砂轮、砂布等广泛应用于汽车、航天、数控机床、精密轴承等各个行业。

微晶α-Al₂O₃电子陶瓷

当前电子元器件的微型化、集成化及多功能化发展趋势明显，作为微组装所用的电子陶瓷产品也迅速发展起来。电子陶瓷材料有氧化铝陶瓷、微波陶瓷、钛酸钡陶瓷等。由于电子陶瓷多层基片的厚度要求小于100nm，并且要有良好的物理结构，因而常规微米级的α-Al₂O₃已经无法满足要求。微晶α-Al₂O₃陶瓷因具有良好的电绝缘性、介质损耗小、高机械强度、化学性能温度及耐高温等优点，通常作为电子陶瓷基片使用。

微晶α-Al₂O₃透明陶瓷

氧化铝陶瓷具有透光和良好的机械性能，高导热率、低电导率、熔点高、硬度大、价格低廉的特点，在透明陶瓷材料中被广泛应用。研究发现α-Al₂O₃透明陶瓷与传统的粗晶粒氧化铝半透明陶瓷相比，具有机械强度高、硬度大、光学透过率高等优点，有望取代单晶蓝宝石，在红外窗口及导弹罩等国防民用领域取得广泛的应用前景。

参考资料：

朱肖华.水热辅助溶胶凝胶法制备微晶α-Al₂O₃磨料及其性能研究

张建.微晶α-Al₂O₃聚集体的制备与表征

胥雯雯.不同微观结构氧化铝微晶陶瓷颗粒的制备与表征

张立.氧化铝微纳米结构材料的制备及性能研究

（中国粉体网编辑整理/初末）

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