中國粉體網訊 氧化鋁（Al2O3）在自然界中含量高、分布廣，且家族極其龐大，種類繁多，在各種領域都有著重要的應用，是工業化大規模生產中不可替代的原料。這些領域對氧化鋁粉體材料的要求與其形狀和粒度的大小密切相關。
球形氧化鋁成為了氧化鋁這個大家族中應用最廣泛的材料，是其核心成員之一。
由于球形形貌相比于其他形貌比表面積大，分布均勻，所以球形氧化鋁粉體在實際應用方面相比于其它形狀氧化鋁材料應用性能會更好。不但可以應用在陶瓷領域、催化劑及其載體領域方面，也可以應用在研磨拋光電子器件等各種各樣的領域中。
七大領域展風姿
導熱填料領域
隨著信息時代的到來，先進的電子設備越來越微型化，這些先進的電子設備所產生的熱量也在成倍增加，對系統的散熱提出了很多的要求。因為氧化鋁在市場中分布廣種類多，價格較其他導熱材料低，在高分子材料中填充量大，具有較高的性價比，因此目前的高導熱絕緣材料大多數是以氧化鋁為高導熱填料。其中在眾多形狀的氧化鋁來說，纖維狀氧化鋁的導熱系數最好，但不易實現工業現代化，而球形氧化鋁因其具有良好的形貌、導熱系數高、熱膨脹系數、制備工藝簡單等特點，而被大量用于導熱填料領域。
新能源汽車三電系統采用熱界面材料
球形氧化鋁導熱填料還有一個火爆的市場便是新能源汽車，在新能源汽車中，電池、電控、電機等系統均需采用熱界面材料來解決熱失控問題。
來源：QYResearch，開源證券研究所
球形氧化鋁作為導熱材料主要用于熱界面材料、導熱工程塑料、導熱鋁基覆銅板、導熱塑封料等。根據QYResearch統計，熱界面材料占球形氧化鋁下游應用比例達到48%，導熱工程塑料占比為17%，高導熱鋁基覆銅板占比14%。
陶瓷領域
在陶瓷的生產過程中加入一定量的球形氧化鋁粉體會在很大程度上改變陶瓷的性能。陶瓷的低溫脆性極大地影響了陶瓷的應用范圍，添加有球形氧化鋁粉體的陶瓷材料可用于制造耐低溫塑性陶瓷。此外，球形氧化鋁可以大大提高陶瓷的韌性，當球形氧化鋁粉體的含量為5.0％時，可以有效地提高陶瓷的韌性并降低燒結溫度。
研磨拋光領域
與傳統的顆粒狀或片狀氧化鋁相比，球形氧化鋁具有更好的分散性和流動性。球形氧化鋁粉體磨料能均勻分布在被拋光產品中，不會出現粉體異常堆積的現象，而且顆粒表面光滑，可以避免對工件表面的劃傷，從而提高拋光表面的光潔度。
電子光學材料領域
球形氧化鋁在電子和光學領域有著廣泛的應用，球形氧化鋁作為基底，加入稀土元素作為激活劑，這種方法可以生產出性能更好的紅色發光材料。而球形氧化鋁顆粒大小均一，分散性均勻，較其他形狀的氧化鋁來說發光性能較好，并能更好的決定了發光材料的填充結構。球形的形貌和粒徑的減小可以減少粉體的透光率，有利于提高堆積密度，降低了透射光損失，減少球形氧化鋁作為發光材料的散射，提高了電子器件屏幕的亮度。
催化劑及其載體領域
因為氧化鋁表面有大量的不飽和化學鍵合，具有大量的催化活性中心，所以表現出較高的化學活性。而且，球形氧化鋁具有顆粒磨損小、使用壽命長、比表面積大的優勢。因此，用球形氧化鋁制成的催化劑和催化劑載體的性能是其他材料無法替代的。
3D打印領域
球形氧化鋁因具有高強度、高球化率和耐高溫的特性而作為3D打印最常用的材料之一。由于球形氧化鋁粉體具有良好的顆粒流動性、化學反應速率和堆積性，因此作為打印漿料時具有固含量高、流動性好、易清洗和機械性能高等優點。
表面防護涂層領域
將球形氧化鋁用作噴涂材料是目前的研究熱點之一，噴涂材料不僅對高分子材料，玻璃金屬及合金材料有防護作用，而且能夠提升廚房炊具等一些不銹鋼產品的壽命。因為球形氧化鋁具有高硬度，耐腐蝕，耐高溫，形貌規則，大小均一和分散均勻等特點，所以常常被拿來用作防護材料。它既改變了材料的性能，又能使材料變得光滑耐磨。同時球形氧化鋁粉體作為噴涂材料在不同的環境中有著不同的應用，不僅過程簡單，而且對于多種材料表面都有著防護作用。
細分市場小而美
在球形氧化鋁的眾多應用中，其作為導熱填料占主導地位。
根據高工產業研究院數據，2022年全球導熱粉體材料市場規模為50.4億元，其中球形氧化鋁導熱粉體市場規模占比50.8%，為25.6億元，同比增長30.7%。受益于新能源汽車市場增長，再加上氧化鋁價格下降使得其在5G、消費電子領域導熱粉體材料中滲透率增加，2022-2025年全球球形氧化鋁導熱材料市場規模年復合增速將達28.2%，到2025年將達54.0億元。
數據來源：高工產業研究院（GGII）
2022年中國球形氧化鋁導熱粉體市場規模為7.5億元，同比增長41.5%。近幾年中國球形氧化鋁導熱粉體市場規模全球占比逐年提升，2022年為29.3%。預計2025年中國球形氧化鋁導熱粉體市場規模將達21億元，在全球占比38.9%。
數據來源：高工產業研究院（GGII）
日本與中國是全球球形氧化鋁導熱粉體主要生產國，根據高工產業研究院數據，2022年日本球形氧化鋁產值在全球占比48%，主要企業包括日本電氣化學、昭和電工、日本雅都瑪以及新日鐵。中日占據了全球超70%的市場份額。
中國作為球形氧化鋁導熱粉體的主要消費國，根據高工產業研究院數據，2022年中國球形氧化鋁導熱粉體出貨量為2.75萬噸，其中百圖股份占比36%，居行業第一，行業前三企業合計出貨量占比65%，市場集中度較高。
制備方法層出不窮
球形氧化鋁粉體材料的制備方法不同，則生成產物的性質也不盡相同。目前，制備球形氧化鋁粉體的方法主要包括：火焰熔融法、噴射法、模板法、氣溶膠分解法、溶膠-凝膠法、水熱法、滴球法、均相沉淀法、球磨法。
火焰熔融法
火焰熔融法是直接將形貌不規則的氧化鋁粉噴入火焰中，使氧化鋁粉在火焰中熔化成球。雅安百圖采用的火焰熔融法以天然氣作為燃料，輔以氧氣燃燒，當粉體穿過火焰高溫區時，熔融成球。
噴射法
噴射法制備球形氧化鋁是指在較短的時間內實現相的轉變，利用表面張力的作用使產物球形化，根據相轉變特點又可將噴射法分為噴霧熱解法、噴霧干燥法和噴射熔融法。
噴霧熱分解與等離子體實驗裝置示意圖
噴霧熱解法是將配置好的前驅體溶液霧化為小液滴后進入高溫反應爐后發生物理化學反應，形成球形顆粒。噴霧干燥法是通過將流體進料噴霧到加熱的空氣流中而將水基懸浮液（漿料）轉變成干燥顆粒（原料）的過程，通過發生快速的傳熱和傳質，最終生成空心顆粒或固體球體。噴射熔融法是利用射頻等感應離子體使氧化鋁快速融化，再經噴射快速冷卻獲得球形氧化鋁的方法。
模板法
模板法制備球形氧化鋁是以具有球形形貌的膠體粒子作為前驅體的核模板，經歷組裝、吸附、溶膠凝膠作用、沉淀反應等一系列的過程，在核模板外包裹一層核/殼結構微球，再利用溶劑溶解核或者高溫煅燒的方法去除掉核模板，最終獲得空心微球。它可以有效控制材料形貌，根據材料性質，又可將其分為硬模板法和軟模板法。
模板法制備氧化鋁球的一般步驟
氣溶膠分解法
氣溶膠分解法制備球形氧化鋁主要是液態的醇鋁鹽為原料，利用其物理化學性質，與水蒸氣在霧化過程中發生水解反應，繼而在高溫下干燥或者熱解，實現了氣相轉化為液相最終生成固相的氧化鋁顆粒或氣相直接轉化為固相氧化鋁。主要可分為以下四個步驟：醇鋁原料的霧化反應；氣溶膠的形成；氣溶膠的水解以及固態顆粒的形成；生成固體顆粒的回收。
氣溶膠分解法流程簡圖
溶膠凝膠法
溶膠凝膠法制備球形氧化鋁主要是以金屬醇氧化合物或有機金屬前驅體所得溶膠的相變為基礎。通過在溶液中合成含有懸浮粒子的溶液，經低溫聚合形成濕凝膠，進而干燥凝膠除去溶劑，經一系列的熱處理后得到產物。如今，大多學者都將溶膠-凝膠法與乳液法相結合，來制備形貌更好的球形氧化鋁。
水熱法
水熱法制備球形氧化鋁是以鋁鹽為原料，一般使用水溶液為介質，在密閉的高壓反應釜中，通過加熱升溫形成高溫高壓的反應環境，使物質溶解、重結晶過程中定性生長合成結晶完好的球形氧化鋁顆粒。
滴球法
滴球法制備球形氧化鋁是在溶膠-乳液-凝膠法的基礎上加以改進，將乳液法的工藝技術用于老化階段，而產物氧化鋁直接進入油層，通過表面張力形成溶膠，然后放入氨水溶液中形成凝膠，最終進行干燥煅燒處理，獲得球形氧化鋁粉體顆粒。
均相沉淀法
沉淀法制備球形氧化鋁是在鋁鹽溶液中加入沉淀劑，形成不溶性氫氧化物沉淀。沉淀形成過程中，晶核形成后經歷聚集、長大、析出的過程。一般情況下此過程發生的反應是非平衡態的，為促使細小均勻的沉淀顆粒在長時間內保持平衡態，通常選擇降低沉淀劑在均相溶液中的濃度，或者使沉淀反應緩慢發生。
球磨法
球磨法主要是將原料放入球磨機中，利用其高轉速下的碰撞力和撞擊力將原料粉碎成超細粉體，同時高速轉動會產生大量的熱，導致化學反應的產生，從而生成新物質。球磨法制備超細氧化鋁粉體，操作簡單，成本低廉，產量高，但也存在局限性，如產物粒度分布不均勻、最小粒徑受機械限制、很難獲得球形顆粒等。
參考來源：
[1]賈睿.球形氧化鋁的制備、表征及性能模擬
[2]鄭興農.球形氧化鋁粉體的制備及性能模擬研究
[3]孫子婷.三種制備球形氧化鋁粉體工藝研究
[4]雅安百圖招股說明書
（中國粉體網編輯整理/山川）
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