李小輝，畢曉勤，谷文靜，陳留剛，趙 義，葉國(guó)田

(1. 河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省高溫功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；3.浙江自立新材料股份有限公司，浙江 上虞 312369)

不同工業(yè)氧化鋁粉在NH4F存在下物相轉(zhuǎn)變和微觀形貌的差異

李小輝1，畢曉勤1，谷文靜2，陳留剛2，趙 義3，葉國(guó)田2

(1. 河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省高溫功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；3.浙江自立新材料股份有限公司，浙江 上虞 312369)

以α-Al2O3含量不同的兩種不同工業(yè)氧化鋁粉為原料，引入2.0%NH4F作為添加劑，經(jīng)過(guò)700～1200 ℃煅燒，采用X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡進(jìn)行物相分析和微觀形貌的觀察。XRD結(jié)果表明，兩種不同工業(yè)氧化鋁經(jīng)1200 ℃煅燒后全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。當(dāng)2.0%含量的NH4F存在時(shí)，α-Al2O3含量較高的工業(yè)氧化鋁(A)在900 ℃煅燒后全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，而α-Al2O3含量較低的工業(yè)氧化鋁(B)要在1000 ℃煅燒后才全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，即NH4F促進(jìn)兩種不同工業(yè)氧化鋁轉(zhuǎn)化為α-Al2O3的效果是不同的。SEM結(jié)果表明，含2.0%NH4F的兩種工業(yè)氧化鋁粉A和B在900 ℃燒后有明顯差異，而在1000 ℃煅燒后兩者微觀形貌沒(méi)有明顯差異，這是因?yàn)槎咴?00 ℃煅燒后物相有明顯不同，而在1000 ℃煅燒后兩者物相基本相同。

工業(yè)氧化鋁粉；物相轉(zhuǎn)變；微觀形貌； NH4F

氧化鋁因具有高強(qiáng)度、抗磨損、耐腐蝕等優(yōu)異的特性，在耐火材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[1-5]。隨著國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家采用工業(yè)氧化鋁粉來(lái)生產(chǎn)煅燒氧化鋁微粉及燒結(jié)板狀剛玉[6-7]，工業(yè)氧化鋁粉在溫度升高過(guò)程中的物相轉(zhuǎn)化和形貌演變不論是對(duì)氧化鋁微粉還是對(duì)板狀剛玉都是有意義的。之前已有大量文獻(xiàn)研究了添加劑對(duì)氧化鋁形貌和物相轉(zhuǎn)化的影響[8-10]，而對(duì)不同工業(yè)氧化鋁在同種添加劑存在下微觀形貌和物相轉(zhuǎn)變差異的研究很少。本文采用X射線衍射和掃描電子顯微鏡這兩種分析測(cè)試手段，對(duì)引入2.0%NH4F的A和B在700～1200 ℃煅燒過(guò)程中的顯微結(jié)構(gòu)及相變的差異進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)原料為α-Al2O3含量不同的兩種不同工業(yè)氧化鋁A和B，化學(xué)組成由表1所示。稱(chēng)取一定量的工業(yè)氧化鋁粉，在700～1200 ℃下進(jìn)行煅燒，溫度間隔為100 ℃，保溫2h。以NH4F(分析純，純度>99.0%)作為添加劑。按NH4F質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的比例準(zhǔn)確稱(chēng)取原料。將添加劑溶入蒸餾水中，然后加入到工業(yè)氧化鋁粉中，混勻后進(jìn)行烘干，最后在700～1200 ℃下進(jìn)行煅燒，溫度間隔為100 ℃，保溫2h。采用X射線衍射分析煅燒后氧化鋁粉樣品的物相，采用掃描電子顯微鏡觀察氧化鋁粉體樣品的微觀形貌。

表1 原料化學(xué)組成 %

2 結(jié)果與討論

圖1是未經(jīng)煅燒工業(yè)氧化鋁粉的XRD圖譜。從圖中可以看出，兩種工業(yè)氧化鋁粉主要包括γ-Al2O3、δ-Al2O3和θ-Al2O3三個(gè)過(guò)渡相和α-Al2O3相。兩者不同的是，A中α-Al2O3峰的強(qiáng)度明顯強(qiáng)于B中α-Al2O3峰的強(qiáng)度。

圖2是兩種工業(yè)氧化鋁粉的顯微形貌。從圖中可以看出，兩種工業(yè)氧化鋁粉顆粒都是由六方柱狀小顆粒團(tuán)聚成的大顆粒，且每個(gè)六棱柱小顆粒上都有明顯的裂紋，這是因?yàn)闅溲趸X在經(jīng)過(guò)熱處理形成氧化鋁時(shí)要脫去水分，從而形成了脫水裂紋[11]。由圖2可見(jiàn)，兩者不同的是，A顆粒的裂紋比B的明顯，這是因?yàn)锳中α-Al2O3峰的強(qiáng)度明顯強(qiáng)于B中α-Al2O3峰的強(qiáng)度(見(jiàn)圖1)。

圖1 兩種不同工業(yè)氧化鋁粉的XRD圖譜

圖3是兩種工業(yè)氧化鋁粉經(jīng)不同溫度煅燒后的XRD圖譜。從圖3中可以看出，與原粉相比，經(jīng)過(guò)700℃、800℃和900℃煅燒后，兩種工業(yè)氧化鋁物相沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)變，這是由于工業(yè)氧化鋁是氫氧化鋁經(jīng)950～1050℃煅燒后獲得的。當(dāng)煅燒溫度升高至1000℃時(shí)，兩種工業(yè)氧化鋁中α-Al2O3相衍射峰明顯升高，且只有θ-Al2O3和α-Al2O3這兩相存在，γ-Al2O3和δ-Al2O3這兩相已經(jīng)完全消失，說(shuō)明θ-Al2O3和α-Al2O3全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3和α-Al2O3。經(jīng)過(guò)1100℃煅燒之后，樣品中主要存在α-Al2O3以及極少數(shù)的θ-Al2O3，大部分θ-Al2O3已經(jīng)轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到1200℃時(shí)，粉體中只有α-Al2O3存在，過(guò)渡氧化鋁全部轉(zhuǎn)化為了α-Al2O3，說(shuō)明工業(yè)氧化鋁粉在1200℃完成了全部的轉(zhuǎn)化。由此可見(jiàn)，A和B經(jīng)不同溫度煅燒后，物相轉(zhuǎn)化過(guò)程沒(méi)有明顯差別。

圖3 兩種工業(yè)氧化鋁粉經(jīng)不同溫度煅燒后的XRD圖譜

圖4是NH4F含量為2.0%的兩種工業(yè)氧化鋁粉經(jīng)不同溫度煅燒后的XRD圖譜。由圖中可以看出，2.0%NH4F含量的A和B經(jīng)700℃和800℃煅燒后，氧化鋁各物相的衍射峰都沒(méi)有明顯變化。由圖4a可以看出，在900℃煅燒后，A中三個(gè)過(guò)渡相氧化鋁的衍射峰消失，只有α-Al2O3衍射峰存在，說(shuō)明此時(shí)所有的過(guò)渡相氧化鋁已全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。從圖4b中可以看出，在900℃煅燒后，雖然B的α-Al2O3衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，但還有大量的氧化鋁過(guò)渡相存在。只有當(dāng)溫度升高到1000℃，B中的氧化鋁過(guò)渡相才完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。以上結(jié)果表明， A和B在2.0%NH4F存在下，過(guò)渡相全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3的溫度都有所降低，但兩者不同的是，A的過(guò)渡相全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3的溫度從1200℃降低至900℃，降低了300℃，而B(niǎo)的過(guò)渡相全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3的溫度從1200℃降低至1000℃，只降低了200℃，即NH4F促進(jìn)兩種不同工業(yè)氧化鋁轉(zhuǎn)化為α-Al2O3的效果是不同的。

(a) A (b) B

圖4 NH4F含量為2.0%的兩種工業(yè)氧化鋁粉經(jīng)不同溫度煅燒后的XRD圖譜

圖5是樣品在900 ℃煅燒后的顯微形貌。從圖中可以看出，在900 ℃煅燒后，含2.0%NH4F含量的工業(yè)氧化鋁粉A(圖5b)出現(xiàn)了不含NH4F的工業(yè)氧化鋁粉A(圖5a)中沒(méi)有的顆粒狀晶粒和少部分板片狀晶粒。同樣在900 ℃煅燒后，含有2.0%NH4F的B(圖5d)與不含NH4F的B(圖5c)微觀形貌變化不明顯，樣品中只有少部分的小晶粒分布在其顆粒表面。根據(jù)XRD結(jié)果，2.0%NH4F含量的A在900 ℃煅燒后全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3(見(jiàn)圖4a曲線900 ℃)，而2.0%NH4F含量的B只有部分轉(zhuǎn)化為α-Al2O3(見(jiàn)圖4b曲線900 ℃)。所以，含有2.0%NH4F的A和B在900 ℃煅燒后微觀形貌有很大差異是因?yàn)閮烧叩摩?Al2O3含量有明顯差異。

(a) A (b) A+2.0%NH4F； (c) B (d) B+2.0%NH4F

圖5 樣品在900 ℃煅燒后的SEM照片

圖6是樣品在1000 ℃煅燒后的顯微形貌。從圖中可以看出，2.0%NH4F含量的A(圖6b)和B(圖6d)與未引入NH4F的A(圖6a)和B(圖6c)相比，微觀形貌都發(fā)生了很大的變化，A和B中出現(xiàn)了相對(duì)分散的顆粒狀的晶粒，且有少部分晶粒形成板片狀結(jié)構(gòu)。由于含2.0%NH4F的兩種氧化鋁粉在1000 ℃煅燒后都已全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3(見(jiàn)圖4)，即兩者物相組成沒(méi)有明顯差別，所以微觀形貌差異不大。

(a) A(b) A+2.0%NH4F；(c) B(d) B+2.0%NH4F

圖6 樣品在1000 C煅燒后的SEM照片

3 結(jié)論

XRD的物相組成分析和SEM的顯微形貌觀察都表明，α-Al2O3含量不同的兩種不同工業(yè)氧化鋁粉在700～1200 ℃之間各溫度煅燒后，兩者的物相組成轉(zhuǎn)變和顯微形貌變化都相近，且兩者都只有在1200 ℃煅燒后才完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。加入2.0% NH4F促進(jìn)了兩種工業(yè)氧化鋁粉的物相轉(zhuǎn)變，但不同的是，加入2.0% NH4F使α-Al2O3含量較高的工業(yè)氧化鋁粉在900 ℃煅燒后就完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，而α-Al2O3含量較低的工業(yè)氧化鋁粉只有在1000 ℃煅燒后才完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。

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(本文文獻(xiàn)格式：李小輝，畢曉勤，谷文靜,等.不同工業(yè)氧化鋁粉在NH4F存在下物相轉(zhuǎn)變和微觀形貌的差異[J].山東化工，2017，46(06)：5-8.)

Differences in Phase Transformation and Microstructure of Different Industrial Alumina Powder with Presence of NH4F

LiXiaohui1,BiXiaoqin1,GuWenjing2,ChenLiugang2,ZhaoYi3,YeGuotian2

(1. Henan University of Technology, School of Materials Science and Engineering, Zhengzhou 450001, China;2. Henan Key Laboratory of High Temperature Functional Ceramics, School of Materials Science and Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China;3 .Zhejiang Zili Alumina Material Technology Co., Ltd., Shangyu 312369, China)

The phase composition and morphology of two kinds of industrial alumina powders with and without 2.0% NH4F after firing at 700～1200℃ were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). Both of the two industrial alumina powders were totally transferred into α-Al2O3after firing at 1200℃. When 2.0% NH4F was incorporated in the two alumina powders, the sample with higher α-Al2O3content (A) was completely transferred into α-Al2O3at 900 ℃, whereas the phase transformation of the sample with lower α-Al2O3content (B) was not completed until at 1000℃. The results indicate that the addition of 2.0% NH4F has a different effect on the phase transformation into α-Al2O3in the two industrial alumina powders. The morphologies of the two powders with 2.0% NH4F are different after firing at 900℃, but little difference was observed after firing at 1000℃.This is possibly because the phase compositions of the two samples are different at 900℃,but are almost the same at 1000℃.

industrial alumina; phase transformation; microstructure; NH4F

2017-01-07

TF123

A

1008-021X(2017)06-0005-04