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?一文通透了解導(dǎo)熱球形氧化鋁粉從制備到應(yīng)用的全方位解析

文章出處:常見問題 責(zé)任編輯:東莞東超新材料科技有限公司 發(fā)表時間:2024-05-18
         球形氧化鋁因其卓越的導(dǎo)熱性能和規(guī)則的形貌而在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這種材料因其高導(dǎo)熱系數(shù)和均勻的球形結(jié)構(gòu),被用作導(dǎo)熱復(fù)合材料、表面防護(hù)涂層、光學(xué)材料、半導(dǎo)體材料以及催化劑和載體的制備。然而,盡管球形氧化鋁的性能顯著,但許多人可能并不了解它是如何被制備出來的。
       目前,制備球形氧化鋁的方法多種多樣,除了廣泛使用的高溫熔融法外,還有其他幾種常見的制備方法。這些方法各有特點,適用于不同的應(yīng)用場景和需求。以下是幾種常見的球形氧化鋁制備方法的簡要概述:
       ?在化學(xué)合成領(lǐng)域,球形氧化鋁的制備方法多種多樣,每種方法都有其獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用場景。以下是對上述提到的幾種制備方法的具體描述和擴(kuò)展,
       火焰熔融法是一種先進(jìn)的粉體制備工藝,用于生產(chǎn)微米級球形非金屬微粉。與傳統(tǒng)的機(jī)械粉磨微粉相比,火焰熔融法生產(chǎn)的球形微粉具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、流動性好和充填性佳的特點。特別是熔融法球形氧化鋁微粉,它們具有高α-結(jié)構(gòu)率和高的球形比例。
      火焰熔融法的工藝流程包括將原料微粉通過上料機(jī)構(gòu)加入分配器,然后分配到噴槍中。噴槍可以是單支或多支,粉料以一定的流速由上而下,與燃燒的火焰相遇,迅速熔化不規(guī)則微粉的棱角,在表面張力等作用下形成球形顆粒。顆粒為實心顆粒,通過調(diào)節(jié)顆粒在火焰中的停留時間來改變顆粒的粒徑。顆粒在火焰中瞬間汽化形成的球形為空心球。整個過程實現(xiàn)全自動控制。成形后的顆粒在冷空氣作用下迅速冷卻,并在重力加速度及負(fù)壓作用下向下運動,最終到達(dá)料倉。
       火焰熔融法生產(chǎn)球形非金屬微粉的主要設(shè)備包括上料機(jī)構(gòu)、分配器、噴槍、燃燒器、熔爐、旋風(fēng)分離、分級和布袋除塵。不同的物料需要不同的熔融溫度和流速。例如,氧化鋁粉的溫度控制在2050攝氏度左右,而二氧化硅粉的溫度控制在1700度左右。

       由于熔融法制得的球形粉的粒度帶比較窄,顆粒的粒徑與原料粒徑關(guān)聯(lián)性很大。用戶在使用時,由于使用要求的不同,比如為了滿足充填性要求,粉料須粗細(xì)搭配,以滿足最大填充率。此外,氧化鋁比氧化硅導(dǎo)熱性好,綜合性能考慮,用戶會選擇兩種料混合使用。

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1. 均相沉淀法
   使用Al2(SO4)3和尿素作為原料,在98℃的油浴條件下,尿素緩慢水解產(chǎn)生的氫氧根離子作為沉淀劑,形成球形氫氧化鋁前驅(qū)體。通過調(diào)整SO42-與NO3-的比例,可以調(diào)節(jié)前驅(qū)體顆粒的尺寸。這種方法得到的氧化鋁粉體經(jīng)過煅燒后,仍能保持球形形貌。
2. 溶膠-乳液-凝膠法
   此方法是在溶膠凝膠法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,通過利用油相和水相間的界面張力制造微小的球形液滴,使溶膠粒子的形成及凝膠化都被限定在微小的液滴中進(jìn)行,最終獲得球形的沉淀顆粒。該方法使用醇鋁水解,制備出的球形氧化鋁粉體具有非常好的球形度。
3. 滴球法
   滴球法是一種改進(jìn)的溶膠-乳液-凝膠法,通過將氧化鋁溶膠滴入油層中,利用表面張力形成球形的溶膠顆粒。隨后,溶膠顆粒在氨水溶液中凝膠化,再經(jīng)過干燥和煅燒形成球形氧化鋁。這種方法避免了粉體與油性試劑的分離處理,提高了工藝的效率。
4. 模板法
   模板法是以球形原料作為過程中控制形態(tài)的試劑,通過聚苯乙烯微球作為模板劑,用碳酸功能化的氧化鋁納米粒子包覆,再通過甲苯洗滌,制備空心氧化鋁球體。這種方法制備的球體具有高球形度和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
5. 氣溶膠分解法
   氣溶膠分解法通常以鋁醇鹽為原料,通過鋁醇鹽易水解和高溫?zé)峤獾男再|(zhì),將鋁醇鹽氣化,然后與水蒸汽接觸水解霧化,再經(jīng)高溫干燥或直接高溫?zé)峤?,從而形成球形氧化鋁粉體。這種方法的關(guān)鍵在于霧化部分和反應(yīng)部分組成的復(fù)雜實驗裝置。
6. 噴射法

   噴射法制備球形氧化鋁的實質(zhì)是在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)變,利用表面張力的作用使產(chǎn)物球形化。根據(jù)相轉(zhuǎn)變的特點,噴射法可以分為噴霧熱解法、噴霧干燥法和噴射熔融法。其中,噴霧熱解法是以Al(SO4)3、Al(NO3)3和AlCl3溶液為原料,通過霧化作用形成球形液滴,經(jīng)過高溫?zé)峤馍汕蛐窝趸X粉體。噴霧干燥法是先將鋁鹽溶液與氨水反應(yīng)制成氧化鋁溶膠,再將氧化鋁溶膠在150-240℃下噴霧干燥,制備得到球形氧化鋁粉體。噴射熔融法是利用等離子焰直接將固體鋁粉或氧化鋁粉熔融,然后馬上做退火處理,通過調(diào)節(jié)載氣成分和直流電弧的功率可以控制球形化程度,并可以制備空心結(jié)構(gòu)。?

        球形氧化鋁的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,包括導(dǎo)熱復(fù)合材料、表面防護(hù)涂層、光學(xué)材料、半導(dǎo)體材料和催化劑及其載體。球形氧化鋁粉體對高分子材料的增稠幅度小,填充性能好,可以用于制備具有高導(dǎo)熱性能的新型復(fù)合材料,如導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱灌封膠、導(dǎo)熱塑料等。此外,球形氧化鋁粉體粒子噴涂在金屬、塑料等上,可以提高表面的硬度、耐腐蝕性、耐磨性和防火性,適用于機(jī)械、刀具以及化工管道等表面防護(hù)。納米級球形氧化鋁粉體對紫外光有很強(qiáng)的吸收能力,可用于制作高壓鈉燈管和LED光燈管的材料。球形氧化鋁粉體的比表面積大,可以制成多孔薄膜過濾器,用于催化劑及催化劑載體。

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球形氧化鋁粉的高效催化作用?
球形氧化鋁是一種具有高效催化作用的白色球粒,其特點包括多毛細(xì)孔通道和高表面活性,能夠?qū)怏w、蒸汽、液體的水份進(jìn)行選擇性吸附。此外,球形氧化鋁還具有以下特性:
1. 高親和力:球形氧化鋁對水分子極性較強(qiáng)的物質(zhì)具有很強(qiáng)的親和力,這使得它能夠有效地吸附和分離這些物質(zhì)。
2. 無毒無腐蝕:球形氧化鋁是一種無毒、無腐蝕性的高效吸附劑,其安全性使其在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。
3. 高吸附能力:球形氧化鋁具有靜態(tài)容量高、磨低耗、不怕水、吸收能力強(qiáng)的特點,這使得它在吸附和分離過程中表現(xiàn)出良好的性能。
除了上述吸附特性,球形氧化鋁還是一種新型的催化劑支撐覆蓋填料,具有以下催化特性:
1. 耐高溫、高壓和高機(jī)械強(qiáng)度:球形氧化鋁作為催化劑支撐覆蓋填料,具有惰性瓷球的特性,能夠在高溫、高壓和高機(jī)械強(qiáng)度的環(huán)境中穩(wěn)定工作。
2. 催化活性:球形氧化鋁具有一定的催化活性,能夠在烯烴飽和、脫硫、脫氮等過程中發(fā)揮作用,幫助提高化學(xué)反應(yīng)的效率。
3. 提高反應(yīng)器空間利用率:在催化劑床層頂部填充球形氧化鋁球,可以提高反應(yīng)器的空間利用率,使得反應(yīng)器能夠更有效地處理大量的原料。
4. 保護(hù)催化劑:球形氧化鋁的使用可以在一定程度上保護(hù)催化劑不被中毒和燒結(jié),延長催化劑的使用壽命。
    球形氧化鋁不僅在吸附和分離方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,還在催化反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用,因此在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

       在導(dǎo)熱界面材料(TIM)的領(lǐng)域中,氧化鋁因其導(dǎo)熱性能良好、成本低、填充性能高等特點,成為目前最常用的導(dǎo)熱填料。氧化鋁的形態(tài)有球形、準(zhǔn)球形(橢球結(jié)構(gòu))、角形和片狀,每種形態(tài)在導(dǎo)熱性能和加工性能上都有所差異。
       球形氧化鋁和準(zhǔn)球形氧化鋁由于其球形度較高,表面能較小,表面流動性較好,能夠與聚合物基體混合得更加均勻,因此其混合體系的流動性更好,成膜后制備得到的復(fù)合材料均勻性更好。與片狀氧化鋁相比,球形氧化鋁和準(zhǔn)球形氧化鋁在相同填充量下,導(dǎo)熱性能略遜一籌,但在低填充量下,它們的導(dǎo)熱性能可以與片狀氧化鋁媲美。此外,球形氧化鋁和準(zhǔn)球形氧化鋁的加工粘度較小,易于加工,且具有較好的力學(xué)性能和柔韌性,因此在市場上應(yīng)用更廣泛。
      片狀氧化鋁的導(dǎo)熱性能相對更優(yōu),但由于其表面能較大,表面流動性較差,顆粒間易粘附,導(dǎo)致混合體系粘度較高,難以實現(xiàn)大量填充,最終導(dǎo)致制得的導(dǎo)熱材料均勻性和柔韌性較差。因此,片狀氧化鋁在導(dǎo)熱領(lǐng)域的應(yīng)用場景相對較少,需要開發(fā)新的復(fù)合策略和制備方法來解決其成型難、柔性差等問題。
      為了進(jìn)一步提高導(dǎo)熱性能,研究者們通過表面改性技術(shù),改善氧化鋁粉體與高分子基體的界面相容性,從而提高它們在高分子基體中的分散性,獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。通過表面改性,氧化鋁粉體的吸油值可以明顯降低,且在合適的偶聯(lián)劑添加量下,氧化鋁/樹脂復(fù)合材料的粘度逐漸降低,達(dá)到平衡。表面處理后的氧化鋁粉體分散性較好,顆粒無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象,棱角減少。
      雖然氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)相對不是太高,但其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,絕緣性能好,填充到聚合物中的粘度較低,可以得到很高的填充率,最重要的是具有極高的性價比,是導(dǎo)熱填料中用量最多、用途最廣泛的一種填料。因此,氧化鋁導(dǎo)熱填料在超細(xì)粒度、結(jié)晶程度、顆粒形貌、復(fù)配工藝及表面改性等方面仍有進(jìn)一步研究的潛力,以提高其應(yīng)用性能。東超新材在氧化鋁的應(yīng)用及改性方面具有多年的經(jīng)驗,可以根據(jù)客戶需求,快速提供氧化鋁定制化解決方案。
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