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2011年6月北京化工大学北方学院JUN.2011北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY2008级纳米材料课程论文题目: 纳米三氧化二铝的制备与应用进展学院：理工学院专业：应用化学班级：学号：姓名：指导教师:2011年6月6日文献综述前言纳米材料一般是指在一维尺度小于100nm，并且具有常规材料和常规微细粉末材料所不具有的多种反常特性的一类材料。
作为纳米材料的一种，Al2O3拥有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应一切特殊性质，所以具备特殊的光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象、在高温下仍具有的高强度、高韧、稳定性好等奇异特性，从而使Al2O3近年来备受关注研究并且在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的应用前景[1]。
近年来从用途大体可以把氧化铝分为两类：第一类是用作电解铝生产的冶金氧化铝，随着氧化铝材料的广泛应用该类氧化铝占产量的大多数；第二类为非冶金氧化铝，主要包括非冶金用的氢氧化铝和氧化铝，也是通常所说的特种氧化铝，因其作用不同而与冶金氧化铝有较大的区别，主要表现在纯度、化学成分、形貌、形态等方面。
由于粒径细小，纳米氧化铝可用来制作人造宝石、分析试剂以及纳米级催化剂和载体，用于发光材料可较大的提高其发光强度，对陶瓷、橡胶增韧，要比普通氧化铝高出数倍，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳等。
纳米氧化铝已用于YGA激光器的主要部件和集成电路基板，并用在涂料中来提高耐磨性[2]。
随着人们对自身健康的关注和环保意识的增强，绿色化学理念正在材料制备与应用领域备受关注[3]。
第一章纳米Al2O3的一般物理化学特性Al2O3在地壳中含量非常丰富的一种氧化物。
Al2O3有许多同质异晶体，根据研究报道的变种有10多种，主要有3种：α-Al2O3 、β-Al2O3 、γ-Al2O3其中α-Al2O3是最稳定的一种无色晶体粉末，具有比表面大、熔点高、热稳定性极好、硬度高、吸水率极好、电绝缘性能好和耐酸碱腐蚀等许多优点，所以此类粉体广泛应用于各种氧化铝陶瓷的制备[4]；γ-Al2O3是在400℃到800℃内由水合氧化铝脱水形成，不溶于水，能溶于酸或碱，强热至1273K，经一定保温时间能转变为α-Al2O3[2]；热处理工艺参数对三氧化铝粒子颗粒特性的影响由强到弱：煅烧温度、水合氧化铝在300℃分解温度点的保温时间、在煅烧温度点的保温时间；通过控制其热处理工艺参数，可获得尺寸范围大小均匀、分散性好的球形γ-Al2O3[5]；γ-Al2O3具有强的吸附能力和催化活性，所以其一般又叫活性氧化铝，它属于立方面心紧密堆积构型，四角晶系，与尖晶石结构十分相似。
氧化铝氧化铝，又称三氧化二铝，俗称“矾土”。
是一种白色无定形粉状物。
与氧化铝有关的基本知识因氧化铝有不同的晶形，它可能属于不同的晶体类型：刚玉型晶体接近于原子晶体，其它晶型的基本上是离子晶体。
熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm。
它难溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。
它是铝电解生产中的主要原料，化学反应方程式为：2Al2O3=4Al+3O2。
工业上可从铝土矿中提取，化学方程式：溶解：将铝土矿溶于NaOH:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,过滤：除去残渣氧化铁，铝硅酸钠等酸化：向滤液中通入CO2.NaAlO2+CO2+H2O=Al(OH)3+NaHCO3.过滤，灼烧Al(OH)32Al(OH)3=Al2O3+3H2O.注释：电解时为使氧化铝融熔温度减低，在其中添加冰晶石电解：2Al2O3=4Al+3O2。
它有四种同素异构体β－氧化铝δ－氧化铝γ－氧化铝α－氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，α型氧化铝熔点、沸点很高，不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基．γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶．γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝．γ型氧化铝活性高吸附能力强，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用．我们所熟知的纯净的金属铝与空气中的氧气所生成的一层致密的氧化铝薄膜便是α型氧化铝。
我们所熟知的红宝石、蓝宝石的主成份也为氧化铝，但因为其它杂质而呈现不同的色泽。
氧化铝烧结温度
氧化铝陶瓷以其优异的性能被广泛应用在电子电器、机械、化工、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的特种陶瓷材料之一。
但是由于氧化铝自身阳离子电荷多、半径小、离子键强等特点，导致其晶格能较大，扩散系数较低。
烧结工艺的介绍：
1、热压烧结：高温下对样品施加单向压力，促进陶瓷达到全致密。
对于纯氧化铝陶瓷，常规烧结需要1800℃以上的温度；而20MPa的热压烧结只需要1500℃。
2、热等静压烧结：对陶瓷坯体的各个方向同时施加压力的烧结，降低陶瓷的烧结温度，同时烧结得到的陶瓷结构均匀、性能好。
3、微波加热法烧结：利用微波与陶瓷间的相互作用，因为介电作用使陶瓷内部和表面同时烧结。
4、微波等离子体烧结：与常规烧结相比，在相同的条件下能够降低烧结温度200℃，并且烧结速度快、晶粒尺寸小、机械强度高。
5、放电等离子烧结：利用脉冲能、脉冲压力产生的瞬间高温场来实现陶瓷内部晶粒的自发发热从而使晶粒活化，由于这种烧结方法升温、降温快、保温时间短，抑制了晶粒的生长、缩短了陶瓷的制备周期、节约了能源。
品名称主要品种主要用途
普通氢氧化铝
联合法氢氧化铝氟化盐、净水剂
拜尔法氢氧化铝
氟化盐、净水剂、活性氧化铝
特种氢氧化铝白色氢氧化铝阻燃剂、填料
超白氢氧化铝人造玛瑙、人造石
超细氢氧化铝电缆、化妆品、纸张填料低铁氢氧化铝特种玻璃、人造玛瑙低钠氢氧化铝催化剂载体
活性氧化铝活性氧化铝微粉耐火材料结合剂
柱状活性氧化铝催化剂、干燥剂、净化剂球状活性氧化铝催化剂、干燥剂、吸附剂
高纯氧化铝高纯氧化铝钠灯管、荧光粉
高温氧化铝
低钠高温氧化铝电子陶瓷、精细陶瓷
中钠高温氧化铝结构陶瓷
低钠高温氧化铝超细微
粉
电子陶瓷、精细陶瓷、耐火材料
中钠高温氧化铝超细微
粉
结构陶瓷、耐火材料抛光研磨氧化铝不锈钢抛光研磨
电工氧化铝高压开关环氧树脂绝缘件填料
拟薄水铝石普通拟薄水铝石催化剂、粘结剂
特种拟薄水铝石催化剂、粘结剂
4A沸石洗涤助剂沸石
10X沸石催化剂
铝酸钠溶液氟化盐铝酸钠
固体铝酸钠催化剂、凝聚剂纯铝酸钙水泥纯铝酸钙水泥耐火材料结合剂
结构陶瓷研磨介质
氧化铝陶瓷
精细陶瓷机械零。
中国对特种氧化铝的需求（草稿）目录1.国际氧化铝工业现状2.我国具有代表性企业及典型工艺状况3.发展特种氧化铝必要性4.发展特种氧化铝优势4.1. 彩电行业显像管用特种氧化铝微粉4.2. 电子行业专用氧化铝磨料4.3 电力行业高压开关用氧化铝填料4.4 流延法生产IC基片用特种氧化铝4.5 彩电行业显像管用特种氧化铝微粉市场前景分析4.6单晶硅片研磨用磨料市场前景分析4.7.电绝缘填料市场前景分析4.8 流延法生产IC基片用特种氧化铝市场前景分析5、上街地区的区域优势5.1 原料优势5.2质量检验的优势5.3人才和技术优势5.4. 品牌优势6、产品种类及市场定位6.1市场分析6.2特种行业用氧化铝6.3投资风险分特种氧化铝特种氧化铝系指非冶金用氧化铝，统称为化学品氧化铝，也称多品种氧化铝。
由于它具有多种独特的物理化学性能，因此广泛地应用于陶瓷、电瓷、耐火材料、磨料、阻燃、油漆、涂料、橡胶、填料、医药、吸附剂、干燥剂等领域以及石油化工、化肥行业做催化剂及其载体等。
是一种重要的非金属材料，具有广阔的发展前景。
国外特种氧化铝生产起步较早，经过多年的发展，产量和品种不断增加，有些氧化铝厂甚至全部改为生产化学品氧化铝，非冶金用氧化铝已占到氧化铝总产量的8%~10%。
2013年，我国氧化铝产能达4000万吨，按特种氧化铝占氧化铝总量的世界平均水平计算，我国特种氧化铝应达到400万吨以上，而目前只有约200万吨左右(其中中铝公司约100万吨)。
随着世界经济的复苏和我国科技和经济的快速发展，对特种氧化铝种类和数量的需求越来越大，仅靠目前国内少数企业生产特种氧化铝，在产量、品种、质量等方面都无法满足迅速增长的市场需求。
而且有部分厂家采用重溶氢氧化铝的方法生产特种氧化铝，成本较高。
另外，一些高挡特种氧化铝产品如汽车、不锈钢、饰品行业所需抛光粉完全依赖进口。
我国特种氧化铝产品仍有较大的缺口,发展特种氧化铝前景广阔。
随着中国电子、精密陶瓷行业的进一步发展, 市场对特种氧化铝产品在数量上有更多需求，主要是在质量上有更高的要求. 依据市场的前景与变化进行研发和生产。
特种氧化铝受冶金级氧化铝市场波动的影响较小，价格相对稳定，产品的附加值高，特种氧化铝生产将会产生非常显著的经济效益。
1.国际氧化铝工业现状目前世界氧化铝生产地主要集中在大洋州、南美洲、北美洲、欧洲、亚洲和非洲等铝土矿资源较为丰富的29个国家，60多个氧化铝厂。
世界五大氧化铝生产国分别为澳大利亚、中国、美国、巴西和牙买加。
其氧化铝产量占世界总产量的60%。
国外的铝土矿主要是三水铝石，其氧化铝生产工艺多采用较经济的低温拜耳法工艺，溶出温度为145℃（含一水软铝石的矿石溶出温度为220℃左右）。
2.我国具有代表性企业及典型工艺状况目前我国有19家氧化铝企业，合计产量占全国氧化铝产量的97%以上。
我国氧化铝生产受到铝土矿品质的限制，除广西平果外大都采用熔出条件苛刻、流程长而复杂、能耗高、成本高的混联法或烧结法工艺。
我国一水硬铝石溶出温度为260℃以上。
3.发展特种氧化铝必要性目前上街地区，河南分公司氧化铝产能已达230万吨/年，除了现有的1～2万吨a-氧化铝和特种Al（OH）3,几乎全部为冶金级氧化铝，产品单一，结构不合理，削弱了抗风险能力和市场竞争力。
目前，冶金氧化铝市场供过于求，价格大幅下滑，处于严重亏损局面。
而特种氧化铝受冶金级氧化铝市场波动的影响较小，价格相对稳定，产品的附加值高，所以在氧化铝企业产品结构调整中，发展特种氧化铝产业是最明智的优先选择。
随着我国科技和经济的快速发展，对特种氧化铝种类和数量的需求越来越大，仅靠目前国内少数企业生产特种氧化铝，毫无疑问在产量、品种、质量等方面都无法满足迅速增长的市场需求。
而且有部分厂家采用重溶氢氧化铝的方法生产特种氧化铝，成本较高。
另外，目前一些高挡特种氧化铝产品仍要依靠进口。
2013年，我国氧化铝产量达4000万吨，特种氧化铝按占氧化铝总量的世界平均水平8-10％计算，我国特种氧化铝应达到300-400万吨，而目前只有约200万吨左右，(其中中铝公司约100万吨)，我国特种氧化铝产品仍有较大的缺口,发展特种氧化铝前景广阔。
近年来，河南地方氧化铝发展很快，从2008年以来，地方企业氧化铝产量已达450万吨以上，超过中铝公司在豫企业的产量。
目前地方氧化铝企业已在建特种氧化铝生产线，如果我们上街地区不抓住有利时机，尽快把特种氧化铝生产规模搞上去，今后，在特种氧化铝竞争中将处于劣势。
综上所述，我们应尽快调整产品结构，扩大特种氧化铝生产规模，延伸产品链，提高产品附加值，创造更好的经济效益，占领中部及其以南地区的特种氧化铝市场，提高产品抗风险能力和市场竞争力。
4、发展特种氧化铝优势20世纪90年代初期，日本、美国等一些发达国家电子及精密陶瓷行业取得了突破性进展，因而带动了其它相关行业如：电子行业磨料及精密陶瓷主要原料——氧化铝产业的发展，随之涌现出一些世界知名的氧化铝深加工企业，如美国的美铝公司、日本的昭和公司、日本轻金属、日本住友公司以及以生产磨料著称的富吉米公司等。
近年来，中国的电子和精密陶瓷行业获得高速发展，这就对其基础原料氧化铝的生产提出了更高要求，目前，中国电子及精密陶瓷行业中使用的特种氧化铝产品基本上大量依赖进口，天马公司根据市场需要相继自主开发生产出几类特种氧化铝产品，如：1.彩电行业显像管用特种氧化铝粉，属国际先进，国内空白，可取代进口同类产品；2.电子行业专用氧化铝磨料，属国际先进，国内空白，已通过工业化试验并得到用户良好评价；3.电力行业高压开关用氧化铝填料，属国内领先；4.流延法生产IC基片用特种氧化铝，属国内领先，可独家批量生产。
4.1. 彩电行业显像管用特种氧化铝微粉以其高纯度、低比表面积、低热膨胀系数等性能，满足了彩电行业高绝缘、耐高压、抗热变等性能的要求。
天马公司自主开发生产此类产品，可实现批量供货，已成功取代该日本进口产品。
4.2. 电子行业专用氧化铝磨料近年来电子行业日新月异的发展，半导体材料作为电子高科技的关键基础材料迅速发展，在半导体材料中占有主导地位的硅材料，也倍受世人的青睐。
半导体硅元件，从分立元件到超大规模集成电路的生产一直依赖于单晶硅的发展，尤其是超大规模集成电路(VLSI)大批量的生产，使其基础材料——单晶硅片的尺寸已由原来的3″、4″片快速发展到如今的8″、12″片。
大规模集成电路要在几十平方毫米的硅片上制造出几百万个小的元件，这就要求它的硅片具有相当高的质量水平。
为了获得能够满足大规模集成电路（VLSI）要求的高质量硅片，就要在优质单晶硅的基础上进行一系列物理、化学的加工过程，其中研磨工序是硅片加工过程的关键工序，而研磨使用的磨料更是关键之中的关键，它不仅要满足硅片的平整度、粗糙度、研磨效率及一致性等方面的要求，还要满足硅片电阻率、表面扩散等电性能方面的要求。
目前，一般行业采用的普通天然石榴石磨料、白刚玉磨料、碳化硅磨料等已远远不能满足单晶硅片研磨的苛刻要求，只有高质量、低电导率、并严格界定粒度分布和结晶形态的氧化铝磨料才能更好地满足前述的苛刻要求。
天马公司可实现电子行业专用磨料国产化并进行批量生产。
4.3 电力行业高压开关用氧化铝填料它是高压开关绝缘器件的重要基础材料。
α-Al2O3填料是高压开关绝缘器件中起骨架和结构作用的重要填充料，并以其独特优越的性能在电子、电力行业中起着举足轻重的作用。
国内近几年引进了几项高压电器制造技术，尤其是平顶山天鹰集团与日本东芝公司合资兴建的高压开关用拉杆及灭弧筒等绝缘部件生产线，对其填充料α-Al2O3填料的电性能、机械性能等有更高的要求。
而国内现有的α-Al2O3填料因存在电导率过高、机械强度低、宏观杂质多，易产生局部漏电，局部高压击穿等问题，已不能满足其应用。
大部分高档的高压电器填充料要靠进口的α- Al2O3 填料来满足应用。
天马公司可生产出能避免上述缺陷的低电导率、低比表面积、机械性能好、纯净度高的α-Al2O3填料，满足国内高压电器制造业的应用，完全可取代进口。
4.4 流延法生产IC基片用特种氧化铝该氧化铝是电子基片如手机芯片等的主要基础原料。
随着陶瓷科技的迅速发展，性能优异的高技术陶瓷、精密陶瓷、电子陶瓷产品已跃居主导地位。
其中氧化铝陶瓷一项就占50%以上，并且今后呈递增趋势。
因而在精密陶瓷、电子陶瓷的发展中，氧化铝原料的发展起着重要的作用。
采用前沿技术，先进生产控制工艺和手段，生产出高质量、稳定性、一致性好的氧化铝产品，对我国基片生产及基片出口都会起到积极的推动作用。
很显然，传统的生产工艺已不能满足生产上述高品质产品的要求，要实现大批量生产高品质氧化铝产品，必须采用高温隧道窑炉、水力分级等工艺控制手段，结合天马公司特有的原料控制技术，才能大批量生产出满足我国电子、电力行业需要的高端产品。
4.5 彩电行业显像管用特种氧化铝微粉市场前景分析近年来，家电市场的容量不断扩大，档次越来越高，国内家电生产日趋成熟，家用电器中，25寸以上彩电的生产，对其应力提升、抗热变、绝缘等性能要求非常高，生产中必须添加特种规格氧化铝。
据市场分析，将来25寸以下彩电销售逐步减少，25寸以上彩电销售量逐步扩大，因而该规格氧化铝的用量也会越来越大。
2013年彩电行业特种氧化铝全国用量约突破2000吨。
而且中国家用彩电行业将在全球占具十分重要的位置，因而该行业用氧化铝产品市场将是稳步上升的。
4.6单晶硅片研磨用磨料市场前景分析国内电子行业的飞速发展，给集成电路基片的超大规模化生产和单晶硅片的生产及技术更新拓展出了新的空间。
与此同时单晶硅片的生产量也高速增长，单晶硅片研磨用磨料量也大幅度增加。
据最新资料统计，单晶硅片研磨用磨料量国内对单晶硅片磨料的需求量翻了10翻，2013年底，全国用量可达2500吨。
由此可见，我国电子行业的发展速度惊人。
目前，国内主要单晶硅片生产厂商正在不断扩大生产规模。
据专家估计，在今后一个相当长的时间内，我国单晶硅片研磨用α-Al2O3磨料的需求量将以每年30%-40%或更高的速度增长。
在国际方面，美国是最大的电子元器件生产基地，它每年的单晶硅片磨料需求量约为3600吨，其原料主要来源于美国微粉公司生产的WCA-EG系列α-Al2O3磨料，进口日本富吉米公司的PWA系列α-Al2O3磨料和美国诺顿公司生产的α-Al2O3磨料。
前两者是美国电子行业主要供应商，诺顿公司由于产品质量原因只占很少一部分市场，国内郑州天马公司的同类产品现向美国出口，可占美国市场的相当份额，预计可占其1/3的市场份额，即每年可出口1200吨单晶硅磨料。
综上分析可知，上街企业在充分利用当地的丰富原料资源的基础上并拥有自主开发的特种氧化铝产品生产技术，尤其是生产电子行业的单晶硅磨料。
