氧化铝的种类、结构及性质

氧化铝的物理、化学性能优异，被广泛应用于陶瓷、磨料、耐火材料，石油化工等诸多领域。为适应不同行业的需求，将Al(OH)3或γ-Al2O3进行特殊处理，如焙烧、研磨、水力分选等处理后，就会得到在粒度、比表面积和形状等方面完全不同的氧化铝。对于超细活性氧化铝(γ-Al2O3或η-Al2O3)，一般用作吸附剂或催化剂载体;柱状或球状氧化铝一般为载体或陶瓷膜过滤;高温系列的氧化铝主要通过工业氧化铝加助溶剂煅烧制备，一般用在陶瓷和耐火材料等方面;抛光氧化铝，主要应用在玻璃、金属和非氧化物陶瓷的烧成助剂等方面。

氧化铝属于三方晶系，熔点为2054℃，沸点为2980℃。由于蒸汽分压，温度和压力的不同，造成Al(OH)3高温下完全脱水变成α-Al2O3前存在多种Al2O3同质异晶体。据报道已有α、β、γ、η、δ、κ、θ及ρ等12种晶体结构，最常见的为α、β、γ三种晶型，它们的密度、比表面积、孔隙率、以及酸性由于脱水条件、初始氢氧化铝不同而各不相同。图1为不同温度下氧化铝的晶相转变。

图1氧化铝的晶相转变

氧化铝的结构及性质

α-Al2O3为三方晶系，又被称作刚玉，其Al2O3晶体中O2-作密排六方紧密堆积，而较小的质点间距，使其晶体牢固，性质稳定。α-Al2O3是所有氧化铝中密度最大，晶相最稳定的，其密度与杂质有关，保持在3.99g/cm3左右。α-Al2O3主要存在红宝石，蓝宝石以及天然刚玉中。α-Al2O3的活性虽较低，但具有高硬度、高强度、耐磨损、耐化学腐蚀以及良好介电性等优异性能，在耐火材料和陶瓷等领域应用广泛。

β-Al2O3作为一种含碱铝酸盐，其密度约为3.30g/cm3。β-Al2O3稳定性较差，加热后会有α-Al2O3和Na2O从其中分解出来。Na-β-Al2O3晶体内部为层状结构。Na+可以在层间自由移动和离子交换，使其在层间发生松弛极化及具有离子导电性，而Na+不能在与C轴平行方向进行扩散，使其在平行C轴方向无导电性。利用这一性质，β-Al2O3可以作隔膜材料应用在钠硫电池中，并广泛用于电子、医学、机械等方面。

γ-Al2O3作为一种过渡相Al2O3，其密度约为3.42g/cm3，γ-Al2O3晶体结构中的O2-分布于立方晶格顶点处，作立方紧密堆积，Al3+分布在O2-的堆积空隙中。γ-Al2O3结构疏松吸附性强，易吸水，能被酸碱溶解，其较大的比表面积使其表面能高、活性高。同时γ-Al2O3随温度升高将转变为稳定的α-Al2O3，转化后其体积密度增大，同时有体积收缩，约14.3%，其转化速度和转化完全程度取决于氧化铝的纯度，制备条件及颗粒大小。