不錯(cuò)，上面的不閃閃亮的東東本質(zhì)都是氧化鋁，不過(guò)今天小編不聊怎么鑒別寶石，今天來(lái)帶大家認(rèn)識(shí)一下氧化鋁在工業(yè)中應(yīng)用。

　　Al2O3在自然界主要以鋁土礦形式存在(Al2O3·3H2O)形式存在，主流工藝為拜爾法制成，其流程大概是這樣的：

　　Al2O3·3H2O+NaOH→NaAlO2(溶液)，過(guò)濾后礦渣排走，

　　NaAlO2+Al(OH)3→Al(OH)3(降溫過(guò)飽和沉降)，

　　Al(OH)3→Al2O3(900~1200℃烘烤)形成α型晶，

　　Al(OH)3→Al2O3(140~450℃脫水)，形成γ型晶。

　　具體的工藝流程如下：

　　這個(gè)紅色的過(guò)程的本質(zhì)是將礦石粉體化，以充分的化學(xué)手段將鋁土礦中的雜質(zhì)物質(zhì)去除，以達(dá)到純化氧化鋁目的。我們經(jīng)常的95%，99%，99。5%基本就決定于藍(lán)色字體的過(guò)程。不要小瞧了小數(shù)點(diǎn)后幾位，這已經(jīng)屬于精細(xì)化工范疇，同時(shí)也是礎(chǔ)科技實(shí)力的象征。有沒(méi)有種丑小鴨變白天鵝的感覺(jué)?然而人類(lèi)不滿(mǎn)足于獲得一只白天鵝，而是把天鵝做成各種豐盛美味佳肴(let’sdoit)，制作佳肴之前，我們有必要先了解白天鵝的種類(lèi)。下面我們來(lái)看看，氧化鋁的主要晶型。

　　林林總總的氧化鋁大概有十幾種晶型。但是我們最常用/見(jiàn)的就三種：α-晶型，γ-晶型，β-晶型。其中數(shù)α-型使用量最大(意思大概就是單價(jià)不高咯)。

　　不同氧化鋁陶瓷晶型轉(zhuǎn)變關(guān)系及6方晶型α-Al2O3

　　這里要講一個(gè)小插曲，β-Al2O3最早是在生產(chǎn)玻璃的窖爐壁上耐火材料(Al2O3)中被發(fā)現(xiàn)的。開(kāi)始人們以為是以新的Al2O3晶型，最后被證明是是一部分Na2O滲入Al2O3的內(nèi)形成的多元化合物(所以嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這應(yīng)當(dāng)是個(gè)復(fù)合材料Σ(⊙▽⊙"a)，哈哈哈。但是就這個(gè)特殊的導(dǎo)電性馬上讓其位列“功能材料”的行伍，身價(jià)立馬大漲。

　　β-Al2O3電池比傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能效率更高

　　借此小編要告訴大家一個(gè)做人的道理：平凡的崗位上，越是踏實(shí)勤奮，經(jīng)得起淬煉，積極地吸收環(huán)境養(yǎng)分，量變總會(huì)有引起質(zhì)變的一天(廉價(jià)耐火磚吸Na秒變電芯，身價(jià)暴增)。

　　此處需強(qiáng)插一句：材料的特性由其組份，結(jié)構(gòu)決定。生產(chǎn)過(guò)程影響組份，結(jié)構(gòu)。舉個(gè)例子：沉降法獲從鋁土礦中獲得Al2O3往往是絮狀的;進(jìn)一步干燥脫水結(jié)塊形成γ晶相和α晶相混合相，看起來(lái)是一團(tuán)粉末，微觀上其實(shí)存在很多范德華力作用，是一種結(jié)構(gòu)松散材料。當(dāng)溫度升高到1200℃時(shí)候，會(huì)有部分Al-O的化學(xué)鍵形成，γ-晶型團(tuán)簇會(huì)進(jìn)一步熔結(jié)形成更致致密的α-晶型團(tuán)簇。松散的結(jié)構(gòu)意味著很大表面面積，所以γ-晶相有一個(gè)牛逼的特點(diǎn)是就是比表面積特別大，可達(dá)300m2/g(我們常用的竹炭350m2/g)，因此它基本是化工催化，氣體吸附行業(yè)中的明星產(chǎn)品。耐腐蝕，耐高溫這一點(diǎn)，足以秒殺其他催化劑觸媒了。但拿來(lái)鍍膜做防護(hù)膜用就白瞎(可惜、浪費(fèi)~~)了。想享受氧化鋁帶高強(qiáng)度的保護(hù)怎么辦?只能選擇更致密的α-相氧化鋁陶瓷。然而兩者外觀來(lái)看都是白色的，使用須謹(jǐn)慎。

　?、?維材料：球啊、塊啊，各種陶瓷件啊

　　三維材料有很多成型方法，可采用HIP/CIP(熱等靜壓/冷等靜壓)，將粉體在高壓下進(jìn)行壓縮。強(qiáng)迫粉末之間形成作用力。這種方式常用于制作靶材或者磚坯，力學(xué)性質(zhì)很差。無(wú)法直接應(yīng)用在承載結(jié)構(gòu)中，但也是由于其不緊密的結(jié)構(gòu)，熱力學(xué)性質(zhì)會(huì)顯著變化，從而在隔熱材料中廣泛應(yīng)用。也可以與其它陶瓷粉末/有機(jī)溶劑混合后進(jìn)行鑄造，再干燥成型。同樣這種方法之制備的材料也無(wú)法直接使用，后續(xù)需要進(jìn)一步加工，隨著5G時(shí)代的來(lái)領(lǐng)，LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic)這一技術(shù)已經(jīng)陡然走俏，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)一波氧化鋁應(yīng)用高潮。

　　將成型的胚材再高溫條件進(jìn)行燒結(jié)，可獲得力學(xué)性能優(yōu)秀的成品。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Τ善窌?huì)有不同的要求，在半導(dǎo)體集行業(yè)應(yīng)用中，需要很關(guān)注陶瓷中是堿金屬含量，長(zhǎng)期的電流&發(fā)熱環(huán)境這些堿金屬會(huì)對(duì)絕緣性造成影響(想想β-Al2O3的用途)總的來(lái)講，3維材料我們關(guān)注的氧化鋁關(guān)鍵點(diǎn)是(純度，晶型，熱導(dǎo)率，機(jī)械強(qiáng)度，熱熔介電常數(shù)這些參量)

　?、?維材料：薄膜材料

　　制備方法

　　a、PVD(physicvapordeposition)：將靶材再低真空中采用等離子轟擊成納米顆粒，或者熱蒸發(fā)方式讓氧化鋁沉積再表面。經(jīng)熱處理后形成有一定的強(qiáng)度/硬度/透過(guò)率的膜。。

　　b、So-Gel(溶膠-凝膠法)：使用含有Al2O3的膠體，涂敷在表面上，然后再凝膠沉積在材料表面。隨后經(jīng)過(guò)熱處理形成一層薄薄的陶瓷膜。

　　c、ALD(atomlayerdeposition)原子層沉積：采用還有鋁的有機(jī)化合物，與水在超高真空內(nèi)在表面上進(jìn)行反應(yīng)，這種工藝可形成品質(zhì)優(yōu)良是氧化鋁納米薄膜，無(wú)論在光學(xué)，電學(xué)力學(xué)上都具有異常優(yōu)秀的品質(zhì)。因此，它在半導(dǎo)體行業(yè)中由非常重要的應(yīng)用。

　　d、氧化法：用氧化性物質(zhì)對(duì)鋁金屬表面進(jìn)行氧化處理。形成致密的氧化鋁薄膜。助融法，將K2SO4與KAl(SO4)2混合焙燒，冷卻后溶浸處理得到。

　　以上前4種的方法都是需要將被處理表面與氧化鋁陶瓷(源)放置再一個(gè)環(huán)境下加工，被加工物體表面就獲得了氧化鋁所具有的功能。最后一個(gè)生產(chǎn)的2維材料僅僅是材料而已，必須要進(jìn)一步是設(shè)計(jì)使用，與1維材料類(lèi)型的用法相同(復(fù)合材料添加劑)。

　　③1維材料：晶須啊，線(xiàn)啊

　　制備方法

　　a、誘導(dǎo)法，將Al2O3單晶放置于與Al2O3，Al，H2O氛圍內(nèi)升溫，使Al2O3沿著原來(lái)單晶方向進(jìn)行生長(zhǎng)形成納米線(xiàn)。

　　b、Al-SiO2法：將Al粉與SiO2粉體混合在保護(hù)氣體中進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)出Al2O3納米線(xiàn)。

　　c、助融法，將K2SO4與KAl(SO4)2混合焙燒，冷卻后溶浸處理得到納米線(xiàn)。

　　d、模板法，將有機(jī)纖維飽和吸附AlCl3后干燥放入氧化鋁干過(guò)中灼燒得到納米線(xiàn)。

　　納米晶須是一種非常優(yōu)秀的復(fù)合材料基材，優(yōu)秀的力，熱學(xué)特性讓其在高溫，摩擦平頻繁的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛(發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪扇葉等等)。

　　順便再提出一個(gè)名詞：復(fù)合功能材料這又是人類(lèi)材料學(xué)上的一個(gè)壯舉，類(lèi)似生物的雜交，可達(dá)到“一物多能”的效果。復(fù)合功能材料是未來(lái)一個(gè)重要的行業(yè)，尤其是航空航天航海，軍工，半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)發(fā)揮舉足輕重的作用。

　?、?維材料：納米顆粒

　　制備方法：

　　a、球磨法，將氧化鋁粉體球磨進(jìn)一步研磨成納米顆粒。

　　b、熱分解法，將含有鋁氧的物質(zhì)進(jìn)行熱裂解。

　　c、鋁鹽水解法等其他方法。

　　總的來(lái)講，目前在制備0維氧化鋁納米材料很難克服團(tuán)聚現(xiàn)象以及粒度均一性。球型納米顆粒的氧化鋁陶瓷具有優(yōu)異力學(xué)特性及流動(dòng)性，可以廣泛應(yīng)用于流體填充潤(rùn)滑及調(diào)節(jié)材料的流動(dòng)型及保護(hù)涂層中。但是因?yàn)樗泻軓?qiáng)的自聚性，這個(gè)制備納米顆粒帶來(lái)很多不便目前還沒(méi)有廣泛的應(yīng)用。

　　通過(guò)以上的介紹，想必您應(yīng)該對(duì)氧化鋁陶瓷這個(gè)大白鵝各種。“烹飪”方法有了大致的了解了吧?小編現(xiàn)在只能悄默默告訴大家，后面5G的發(fā)展，LTCC將是一個(gè)不錯(cuò)的切入點(diǎn)。相信隨著科技的不斷發(fā)展，后面肯定會(huì)有越來(lái)越多烹飪方式。

　　順便再吐槽一點(diǎn)，我們的精細(xì)化工還需要努力，目前高端一點(diǎn)的氧化鋁大多依賴(lài)進(jìn)口的。

　　反過(guò)來(lái)看，高規(guī)氧化鋁提出也是一個(gè)不錯(cuò)吃法(需求大&價(jià)格還高)。

　　文末彩蛋一枚：如何鑒別藍(lán)寶石。鎮(zhèn)樓圖中的寶石有自然的也有人工的，小編奉上一個(gè)專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)方式[拉曼光譜法]，原理如下：

　　人工與自然的藍(lán)寶石因?yàn)橥饨缃?jīng)歷的環(huán)境不同。導(dǎo)致藍(lán)寶石內(nèi)部的晶格應(yīng)力稍有差異。而拉曼光譜可以>99%準(zhǔn)確度上將2者分開(kāi)。如下2張圖。歡迎大家留言回復(fù)2張圖的差一點(diǎn)在哪?；卮鹫_將有“意外驚喜”

　　天然藍(lán)寶石拉曼光譜(左)及人工藍(lán)寶石拉曼光譜