中國粉體網訊 在礦業、制陶業和材料學領域中，氧化鋁（化學式Al2O3）又被稱為礬土，是一種化學鍵很強的離子化合物，具有高硬度、高機械強度、耐化學腐蝕、耐磨性好和良好的導熱性等優異的特點，在工業上是重要的化工原料。
氧化鋁晶體結構的排列方式主要有以下兩種：一種是氧原子以六方體堆積排列，另一種是氧原子以立方體堆積排列分布。在這兩種晶體結構的排列方式中，鋁原子大部分占據八面體的位置，但也有少數占據四面體位置的情況，而只有鋁原子占據八面體位置的立方晶系和六方晶系的氧化鋁結構最穩定。在此基礎上，將Al3+按亞點陣結構劃分為各種相，氧化鋁晶型參數信息見表。
氧化鋁相的分類及密度
常見氧化鋁性質及應用
目前已經知道的氧化鋁共有九種晶體形態，包括α、γ、β、η、δ、θ、χ、κ-Al２O３和無定型相。
（1）α-Al2O3性質及應用
α-Al2O3俗稱剛玉，α-Al2O3是白色晶體，是氧化鋁晶型中最常見和最穩定的一種，屬于三方晶系密排堆積結構。在α-Al2O3晶體結構中，氧離子按照六方緊密堆積排列，呈ABABAB…二層重復，構成若干八面體形狀，而鋁離子填充在每個八面體間隙中。由于氧離子和鋁離子的比例是3：2，使得鋁離子無法填滿氧離子八面體間隙，只能填充2/3間隙。在該離子晶體結構中，氧離子和鋁離子直接的鍵合作用強，晶格能大，由3個氧離子構成的相鄰兩個八面體共用一個面，無數個AlO6八面體通過共面結合構成整個大“分子”晶體，因此α-Al2O3晶體比其他晶型Al2O3穩定，使得α-Al2O3晶體的物理化學性質非常穩定，具有良好的機械力學性能和耐腐蝕性。目前α-Al2O3被廣泛應用于研磨材料、耐火材料、集成電路基板和結構功能陶瓷等領域。
（2）β-Al2O3性質及應用
β-Al2O3實際上是一種鋁酸鹽，它是由金屬氧化物和氧化鋁組成的復合化合物，它的化學式可以近似表達為R2O·11Al2O3或RO·6Al2O3，R2O代表堿金屬氧化物（主要是CaO和MgO），RO代表堿土金屬氧化物（主要是K2O和Na2O）。
β-Al2O3晶體與α-Al2O3晶體氧原子的緊密堆積排列不同，其具有層狀結構，堿金屬離子或者堿土金屬離子層尖晶石結構單元交替堆積而成，氧離子則按立方緊密堆積排列，金屬離子如Na+可以在該平面層內快速擴散，因此β-Al2O3晶體可以導電，是一類重要的固體電解質。因此可利用β-Al2O3來制備鈉-硫電池中的固態電解質隔膜材料，還可以起到離子導電和隔離電池陰陽兩極的重要作用。除此之外，β-Al2O3還可以用作耐火材料以及電子領域里如用于電子手表、照相機、聽診器和心臟起搏器等器件中。
（3）γ-Al2O3性質及應用
γ-Al2O3是最常用的過渡態氧化鋁，在自然界中不存在，其結構中氧離子可以被近似為立方緊密堆積，而鋁離子則不規則分布在由氧離子構成的八面體和四面體空隙中，屬于尖晶石結構。γ-Al2O3的制備工藝比較簡單，其形成溫度較低，一般在500~700℃范圍內，γ-Al2O3不溶于水通常能夠溶解在酸或堿當中。γ-Al2O3晶體晶粒粒徑很小，通常在5~10nm。此外，γ-Al2O3粉體還是一種重要的多孔性物質，其比表面積較大，具有吸附功能好、化學反應活性大和催化性好等優點，又被稱為活性氧化鋁，它的主要用途是作為吸附劑、干燥劑和催化劑的載體，常用于石油化工和環境保護領域。
（4）其它
η-Al2O3屬立方晶系，可由拜爾石在一定的升溫速率下在400-750℃煅燒得到。它具有和γ-Al2O3相差不大的孔容和比表面積，表面酸性比Al2O3要強，主要用作催化劑的載體。
δ-Al2O3屬四方晶系，該材料具有強吸附能力和催化活性，常常被用作吸附劑、干燥劑以及催化劑載體。
θ-Al2O3屬單斜晶系，其比表面積和孔容往往介于γ-Al2O3和α-Al2O3之間。
χ-Al2O3屬于六角晶系，χ-Al2O3主要用于天然氣和石油裂解氣的脫水干燥，同時也是水除氟，蒽醌法制備雙氧水反應的催化劑。
κ-Al2O3屬六方晶系，κ-Al2O3可由三水鋁石在800-1150℃煅燒得到，它主要用做耐火材料結合劑、凈化劑、吸附劑等。
不同晶型氧化鋁的相轉變
在不同的晶型中，只有α-Al2O3為穩定的晶相，其他各相都為過渡相，處于熱力學不穩定狀態，隨著溫度的升高，不穩定過渡態氧化鋁均可轉變為穩定的相，這是一種晶格重構的不可逆轉變。
要獲得穩定的α-Al2O3，需要從開始的原礦篩選、粉末合成到燒結的完善的工藝控制。國內外制備高溫氧化鋁通常采用以工業氫氧化鋁或者工業氧化鋁為原料，通過脫水形成過渡相，再在高溫下經過多次相態的轉換，最終轉變為α相的Al２O３。
三水鋁石（Al(OH)3）和薄水鋁石（AlOOH）是制備α-Al２O３最常用的前驅體。在開始的熱處理過程中，氫氧鋁以亞穩結構的形式轉變為過渡氧化鋁，最后以α-Al２O３熱力學穩定相結束。另外，薄水鋁石在500～550℃的溫度范圍內失去結構水，轉變為γ-Al２O３過渡氧化鋁。θ-Al２O３過渡氧化鋁到α-Al２O３的轉變發生在1050～1200℃的溫度范圍內。這個過程晶向的轉變通過成核和晶粒生長機制發生，并受到晶粒尺寸、化學成分和加熱速率等參數的影響。從γ-Al２O３單斜相（ｄ＝3.56g/cm-3）到α-Al２O３六方相（ｄ＝3.98g/cm-3）的轉變伴隨著約10％的體積減小，會導致氧化鋁密度大幅增加。
工業上通常采用不同的煅燒方式將亞穩定相態γ-Al２O３向α穩定相態轉化，制備出不同形貌的α-Al２O３。通過控制不同的煅燒溫度、加入不同種類的添加劑、研磨方式等，可以生產出不同形貌的α-Al２O３。通常包括蠕蟲狀、片狀、柱狀、類球狀、球狀、纖維等多種形態的α-Al２O３晶體。
小結：
隨著國內陶瓷工業、醫藥工業、電子工業以及機械行業的快速發展，氧化鋁市場需求還有很大發展空間，因此對氧化鋁的研究具有深刻意義。而了解和掌握氧化鋁的晶體結構和性質是制備氧化鋁粉體的重要前提。不同晶型的氧化鋁，其應用領域也不盡相同。α-Al２O３是所有氧化鋁形態中最穩定的，生產上一般通過控制α-Al２O３晶體的生長環境，制備出不同類型的α-Al２O３晶體，以適應陶瓷、耐火材料及其他新型功能材料對α-Al２O３不同晶體顯微結構的需求。
參考來源：
1、胡博強，侯煥煥等.氧化鋁晶型變化
2、曹志強，陳昱錕等.α-氧化鋁的結構、性質及應用前景
3、張心新.明膠凝膠模板法制備片狀納米.α-Al2O3粉體及機理研究
4、中國粉體網：百科：不同晶型的氧化鋁簡介
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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