超細(xì)氧化鋁粉體是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的重要材料,氧化鋁粉體超細(xì)微化后,其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化,產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng),并具有高強(qiáng)度、高硬度、抗磨損、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性好、表面積大等優(yōu)異的特性,目前已在生物陶瓷、精密陶瓷、化工催化劑、稀土三基色熒光粉、集成電路芯片、航空光源器件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
1、陶瓷材料和復(fù)合材料
在常規(guī)陶瓷添加超細(xì)氧化鋁粉體可改善陶瓷的韌性,降低燒結(jié)溫度,由于超細(xì)氧化鋁粉體的超塑性,解決了低溫塑料對(duì)其應(yīng)用范圍限制的不足,因此在低溫塑性陶瓷中得到了廣泛的應(yīng)用。
利用超細(xì)氧化鋁粉體還可以合成新型的具有特殊功能的復(fù)合陶瓷材料及鋁合金超細(xì)復(fù)合材料。其中以SiC-Al2O3超細(xì)復(fù)合材料較為顯著,其抗彎強(qiáng)度從單相碳化硅陶瓷300-400MPa提高到1GPa,材料的斷裂韌性提高幅度也在40%以上。
超細(xì)氧化鋁還可作為彌散強(qiáng)化和添加劑,如鑄鐵研具鑄造時(shí)以超細(xì)氧化鋁粉體作為變質(zhì)形核,耐磨性可提高數(shù)倍以上。
2、表面防護(hù)層材料
由超細(xì)氧化鋁粒子組成的新型極薄的透明材料,噴涂在金屬、陶瓷、塑料及硬質(zhì)合金的表面上,可提高表面的硬度、耐腐蝕性和耐磨性,并且具有防污、防塵、防水等功能,可以解決現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中易磨損部件、易腐蝕管道而間接影響設(shè)備使用壽命和加工產(chǎn)品精度等問(wèn)題。因此可應(yīng)用于機(jī)械、刀具、化工管道等的表面防護(hù)。
其中超細(xì)氧化鋁陶瓷涂層刀具結(jié)合了陶瓷材料和硬質(zhì)合金材料的優(yōu)點(diǎn),在擁有與硬質(zhì)合金材料相近的強(qiáng)韌性能的同時(shí)、耐磨性大大提高,能達(dá)到未涂層刀具的幾倍到幾十倍,并且使加工效率顯著提高。
3、催化劑及其載體
超細(xì)氧化鋁孔徑分布良好,孔容高、表面積高達(dá)60-400m2/g,表面原子配位不全等導(dǎo)致表面有很多失配鍵、欠氧鍵,且隨著粒徑的減小,表面光滑程度變差,形成了凸凹不平的原子臺(tái)階,增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面,是理想的催化劑或催化劑載體,超細(xì)氧化鋁粒子負(fù)載Co-Mo催化劑的HDS活性高于普通氧化鋁負(fù)載的Co-Mo催化劑的HDS活性。
催化劑及載體中應(yīng)用的主要是γ-Al2O3,廣泛應(yīng)用于汽車(chē)尾氣凈化、催化燃燒、加氫脫硫、石油煉制、高分子合成等。
4、生物及醫(yī)學(xué)材料
超細(xì)氧化鋁生物陶瓷在生理環(huán)境中基本上不發(fā)生腐蝕,具有良好的結(jié)構(gòu)相容性,新生組織長(zhǎng)入多孔陶瓷表面上交連貫通的孔隙,與機(jī)體組織之間的結(jié)合強(qiáng)度較高,并且有強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)小、磨損率低等特性。因此在臨床上應(yīng)用比較廣泛,已用于制作承力的人工骨、關(guān)節(jié)修復(fù)體、牙根種植體、折骨夾板與內(nèi)固定器件等,還成功地進(jìn)行了牙槽脊擴(kuò)建、頜面骨缺損重建、五官矯形與修復(fù)等。
目前,正在核心研究用于人造氣管等軟組織材料,以及模擬生物肌體功能、人工智能方面的生物陶瓷材料。
5、半導(dǎo)體材料
超細(xì)氧化鋁粉體具有很大的表面積及界面,對(duì)外界環(huán)境濕氣很敏感,環(huán)境溫度的變化迅速引起表面或界面離子價(jià)態(tài)和電子輸送的變化。在濕度30-80%范圍內(nèi),超細(xì)氧化鋁交流阻抗呈線(xiàn)性變化,響應(yīng)速度快、可靠性高、靈敏度高、抗老化壽命長(zhǎng)、抗其它氣體的侵蝕和污染、在塵埃煙霧環(huán)境中能保持檢測(cè)精度,是理想的濕敏傳感器和濕電溫度計(jì)材料。
另外,超細(xì)氧化鋁是常用的基片材料,具有良好的電絕緣性、化學(xué)耐久性、耐熱性、介電常數(shù)高、表面平整均勻、成本低等優(yōu)勢(shì),可用于半導(dǎo)體器件和大規(guī)模集成電路的襯底材料,廣泛應(yīng)用微電子、電子和信息產(chǎn)業(yè)。
6、光學(xué)材料
納米級(jí)的氧化鋁可以吸收紫外光,并且在某些波長(zhǎng)光的激發(fā)下可以產(chǎn)生出與粒子尺寸相關(guān)波長(zhǎng)的光波??捎米骶o湊型熒光燈中熒光粉層的保護(hù)涂膜,還可和稀土熒光粉復(fù)合制成熒光燈管的發(fā)光材料,提高燈管壽命。
氧化鋁顆粒表面包敷一層對(duì)身體無(wú)害的高聚物也可加入防曬油和化妝品中。
正是由于超細(xì)氧化鋁粉體與常規(guī)顆粒相比具有一系列優(yōu)異的電、磁、光、力學(xué)和化學(xué)宏觀特性,因此近年來(lái)各地將制備高純超細(xì)氧化鋁粉末作為新材料領(lǐng)域研究的主攻方向之一。