【公开课预告】4N-5N高纯氧化铝生产技术及应用


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  高纯氧化铝因其优良的特性、广泛的应用,一直是众多技术人员研究的热点。如何低成本制备高性能高纯氧化铝粉体,是一项具有重要实际意义和广阔应用前景的研究。

中国粉体网讯  “十四五”期间,随着5G通讯、轨道交通及航天军工等高新技术产业的快速发展,全球高纯氧化铝年需求平均增长率预计超过20%。


4N-5N高纯氧化铝的概念及应用


高纯氧化铝为一种白色晶状粉末,通常分为3N(纯度99.9%),4N(纯度 99.99%),5N(纯度 99.999%)三种,高纯氧化铝具有烧结性能好、分散性能好、具有多孔性等特点。4N高纯氧化铝,主要应用于节能灯行业、稀土三基色荧光粉。5N 高纯氧化铝用于制作蓝宝石晶体和锂电池陶瓷隔膜,蓝宝石晶体稳定性好、机械强度高、易于清洗,是理想的LED 衬底材料。在节能标准要求下,蓝宝石的用量会大幅提高,5N 高纯氧化铝的需求量也会增加。此外,随着蓝宝石晶体用作 iphone 摄像头玻璃,会带动蓝宝石晶体在电子消费品中的应用。5N高纯氧化铝还应用于锂电池陶瓷隔膜领域,在隔膜表面涂覆纳米级氧化铝材料,可显著提高锂离子电池的耐高温性能和安全性。


高纯氧化铝具有良好的机械性能、热性能和化学性能,还广泛应用于精细陶瓷、集成电路、稀土荧光粉、催化剂载体等领域。


1 精细陶瓷领域


因高纯超细氧化铝具有精细的结构、均匀的组织、特定的晶界结构、高温稳定性和良好的加工性能、绝缘耐热及可与多种材料复合等特性,以其为原料制成的精细陶瓷应用广泛。利用其耐磨及尺寸稳定性,可制成陶瓷刀具、球磨体、粉碎机等粉碎装置内的易损件及成型机械、工具、量具、轴瓦等;利用其耐磨、表面光滑度及耐腐蚀性,可制成机械密封、滑轮及化学工业中阀门、流量计、喷射头等;利用其稳定性可制造精密过滤膜、蜂窝状陶瓷器件等;利用其绝缘性可制造陶瓷多层板、电火花塞等。


2 集成电路陶瓷领域


氧化铝陶瓷热震性能好、热膨胀系数低、绝缘性能好、耐热冲击性能好,在电子元器件中使用寿命长,同时,其电子性能如电绝缘性、介电常数、损耗因数等也能满足需求,电学性能与基体材料的纯度有关,高纯氧化铝在集成电路陶瓷中的应用刚好满足该需求,对纯度要求逐渐提高。


3 稀土荧光粉领域


稀土荧光粉是常用的发光材料。稀土荧光粉由激活剂与基质组成,前者是稀土元素,后者是氧化物或盐。在工业中,高温固相合成法是稀土荧光粉的主要生产方法,对于铝酸盐系的产品而言,需要用到高纯(氢)氧化铝。稀土荧光粉的用途广泛,可分为灯用三基色荧光粉、白光LED 用荧光粉、显示用荧光粉和长余辉荧光粉。用于照明的一般为前两种,分为 CRT(阴极射线)荧光粉、PDP(等离子显示)用荧光粉和液晶 CCFL(冷阴极荧光灯)用荧光粉。


4 催化剂载体领域


高纯氧化铝可用作催化剂载体,广泛应用于废气净化方面,如化工、尾气处理、烟气净化等。


5 其他领域


由于人造骨与肌体的生物相斥作用,高纯氧化铝具有良好的生物相容性,因此在制作人造骨、人造心、关节等材料中也有重要应用;利用高纯氧化铝的高度绝缘性能,还可以制作高端的电路基板,用作各种敏感元件的保护膜、电子器件的衬底等。


高纯氧化铝市场


 高纯氧化铝的高中低端市场依次为:(1)高:锂电池隔膜涂覆用的超细高纯氧化铝;(2)中:LED衬底用高纯氧化铝。(3)低:集成电路、荧光粉等其他应用。


 

高纯氧化铝市场需求层次(资料来源:智研咨询)


生产技术分析


目前,以异丙醇铝水解法生成的 99.99%以上的氧化铝粉被广泛认可,国内有一些公司采用此方法生产高纯氧化铝粉,该方法原理如下:


在催化剂作用下,铝和异丙醇发生反应生成异丙醇铝,提纯后经水解得到高纯氢氧化铝,焙烧后得到高纯氧化铝。提纯又分蒸馏和精馏,其中精馏纯度可以达到 99.999%,蒸馏的纯度比精馏的低一些。异丙醇铝水解法,由于杂质含量低,该法可得纯度在 4N 以上、粒度可小于 0.1μm 的氧化铝产品。反应过程如下:

 

该方法生产的产品纯度可调,能保证高纯度氧化铝的生产,但原料价格高,流程长,成本高,该方法所用的催化剂为HgCl2,具有一定毒性。


另外,高纯氧化铝生产工艺还有硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法、中和法、胆碱水解法、高纯铝活化水解法、结晶氯化铝法等。


高纯氧化铝因其优良的特性、广泛的应用,一直是众多技术人员研究的热点。如何低成本制备高性能高纯氧化铝粉体,是一项具有重要实际意义和广阔应用前景的研究。中国粉体网旗下粉体公开课平台将于2021年6月10日举办“2021高纯氧化铝粉体材料制备及应用技术网络研讨会”,来自中铝山东有限公司研究院新材料研究所的所长杨丛林将走进本次粉体公开课的直播间,给大家带来题为《4N-5N高纯氧化铝生产技术及应用》的报告。届时杨所长将向大家详解4N-5N高纯氧化铝生产技术及应用、国内外高纯氧化铝发展及现状。


 

专家介绍


杨丛林,中铝山东有限公司研究院新材料研究所所长、工程师、二级研究员。

长期在研发一线从事高纯氧化铝的生产工艺及新产品研发工作,具有丰富的理论基础和实践经验。作为项目负责人,承担山东省技术创新项目1项,申请国家发明专利6项,编撰行业标准1项。主持公司级高纯氧化铝相关项目十余项,着力解决高纯氧化铝制备工艺实验室研究到生产实践,再到应用评价的核心问题,实现了4N-5N高纯氧化铝这一关键基础材料的国产化。


参考文献:

【1】2019年中国高纯氧化铝供需现状及行业企业产能分布图.产业信息网.

【2】2020年高纯氧化铝产业应用需求仍增,国产替代是未来主流趋势.新思界网.

【3】陈湘根.工业铝酸钠溶液制备高纯氧化铝研究及工业应用.中国矿业大学硕士论文.2020年.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

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作者:星耀

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