燃烧法制备超细氧化铝粉体及分散性控制

1 方法原理与工艺特征

本文所讲的燃烧法，范围只限定在铝粉燃烧这一条路线。起始原料是粒径小于 40 μm 的铝粉，把它送入氧气和丙烷火焰中燃烧，最后得到超细氧化铝粉体。这个方法出现的时间不算很长，但最近几年，国际上对它的关注在增加。若把它和焙烧法（calcination）放在一起比较，差别主要在升温与点火方式：燃烧法依靠高温下快速点火来制备纳米材料，焙烧法则是匀速加热，用来制取超细粉体。燃烧法最大的长处是省能、省时。物料一旦被引燃，就不需要外界继续供能；它的起火温度也不高，不必专门配一套点火装置，所以能耗较少。反应推进得快，设备也相对简单。燃烧波前沿（combustion wave front）温度极高，容易挥发的物质会被蒸发掉，产物纯度因此较高。产物冷却速度非常快，容易形成高浓度缺陷和非平衡结构，也可能生成活性较高的亚稳态产物。燃烧过程中还会释放大量气体，因此超细粉体比较容易制得。若想对过程加以控制，可以调节加热速度、原料种类与加入量，以及添加剂等，粉体特性也会随之变化。这个方法的短板，是点火温度不容易控制。点火温度偏高时，物理损失较大，单釜产量偏低，想实现大规模工业化比较困难；点火温度偏低时，燃烧温度不足以维持充分燃烧，会产生大量烟雾和粉尘，对作业环境和自然环境都不利，后续污染物处理成本也会增加。

2 相关研究进展

在具体研究方面，Johnson 等人把硝酸铝与尿素混合研磨成膏状物，再放入马弗炉中，使其经历熔化、脱水和分解；分解过程中会释放 NOₓ、NH₃ 等气体，物料随之浓缩，并膨胀成泡沫状，最终制得超细氧化铝。Anderson 等人则把微波加热引入无机合成，通过微波辐射制备出结晶 Al₂O₃。Williams 等人先将单相超细 Al₂O₃ 粉体预热至 800 °C，再进行爆炸烧结，制得相对密度超过 98% 理论密度（theoretical density, TD）的超细氧化铝陶瓷。需要说明的是，Williams 等人的工作属于烧结与应用研究，不属于粉体制备，也不涉及分散性控制。

3 分散性控制

至于分散性控制，现有资料没有提供可以核验的具体方法、分散剂种类及表征数据，所以本文暂不展开讨论。如果以后要把这一部分纳入，应当补充相应的文献依据与实验数据。

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