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(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用，是工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中不可替代的原料。這些領(lǐng)域?qū)ρ趸X粉體材料的要求與其形狀和粒度的大小密切相關(guān)。
球形氧化鋁成為了氧化鋁這個大家族中應(yīng)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(yīng)用方面相比于其它形狀氧化鋁材料應(yīng)用性能會更好。不但可以應(yīng)用在陶瓷領(lǐng)域、催化劑及其載體領(lǐng)域方面，也可以應(yīng)用在研磨拋光電子器件等各種各樣的領(lǐng)域中。
七大領(lǐng)域展風(fēng)姿
導(dǎo)熱填料領(lǐng)域
隨著信息時代的到來，先進(jìn)的電子設(shè)備越來越微型化，這些先進(jìn)的電子設(shè)備所產(chǎn)生的熱量也在成倍增加，對系統(tǒng)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(dǎo)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(dǎo)熱絕緣材料大多數(shù)是以氧化鋁為高導(dǎo)熱填料。其中在眾多形狀的氧化鋁來說，纖維狀氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)最好，但不易實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，而球形氧化鋁因其具有良好的形貌、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)、制備工藝簡單等特點，而被大量用于導(dǎo)熱填料領(lǐng)域。
新能源汽車三電系統(tǒng)采用熱界面材料
來源：QYResearch，開源證券研究所
陶瓷領(lǐng)域
研磨拋光領(lǐng)域
電子光學(xué)材料領(lǐng)域
球形氧化鋁在電子和光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(chǎn)出性能更好的紅色發(fā)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(fā)光性能較好，并能更好的決定了發(fā)光材料的填充結(jié)構(gòu)。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(fā)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(lǐng)域
因為氧化鋁表面有大量的不飽和化學(xué)鍵合，具有大量的催化活性中心，所以表現(xiàn)出較高的化學(xué)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(yōu)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(lǐng)域
球形氧化鋁因具有高強(qiáng)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(xué)反應(yīng)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(jī)械性能高等優(yōu)點。
表面防護(hù)涂層領(lǐng)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(hù)作用，而且能夠提升廚房炊具等一些不銹鋼產(chǎn)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(guī)則，大小均一和分散均勻等特點，所以常常被拿來用作防護(hù)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(huán)境中有著不同的應(yīng)用，不僅過程簡單，而且對于多種材料表面都有著防護(hù)作用。
在球形氧化鋁的眾多應(yīng)用中，其作為導(dǎo)熱填料占主導(dǎo)地位。
根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022年全球?qū)岱垠w材料市場規(guī)模為50.4億元，其中球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體市場規(guī)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(lǐng)域?qū)岱垠w材料中滲透率增加，2022-2025年全球球形氧化鋁導(dǎo)熱材料市場規(guī)模年復(fù)合增速將達(dá)28.2%，到2025年將達(dá)54.0億元。
數(shù)據(jù)來源：高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）
2022年中國球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體市場規(guī)模為7.5億元，同比增長41.5%。近幾年中國球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體市場規(guī)模全球占比逐年提升，2022年為29.3%。預(yù)計2025年中國球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體市場規(guī)模將達(dá)21億元，在全球占比38.9%。
數(shù)據(jù)來源：高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）
日本與中國是全球球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體主要生產(chǎn)國，根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022年日本球形氧化鋁產(chǎn)值在全球占比48%，主要企業(yè)包括日本電氣化學(xué)、昭和電工、日本雅都瑪以及新日鐵。中日占據(jù)了全球超70%的市場份額。
中國作為球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體的主要消費國，根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022年中國球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體出貨量為2.75萬噸，其中百圖股份占比36%，居行業(yè)第一，行業(yè)前三企業(yè)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(chǎn)物的性質(zhì)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(guī)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(dāng)粉體穿過火焰高溫區(qū)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(nèi)實現(xiàn)相的轉(zhuǎn)變，利用表面張力的作用使產(chǎn)物球形化，根據(jù)相轉(zhuǎn)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(qū)體溶液霧化為小液滴后進(jìn)入高溫反應(yīng)爐后發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成球形顆粒。噴霧干燥法是通過將流體進(jìn)料噴霧到加熱的空氣流中而將水基懸浮液（漿料）轉(zhuǎn)變成干燥顆粒（原料）的過程，通過發(fā)生快速的傳熱和傳質(zhì)，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(yīng)離子體使氧化鋁快速融化，再經(jīng)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(qū)體的核模板，經(jīng)歷組裝、吸附、溶膠凝膠作用、沉淀反應(yīng)等一系列的過程，在核模板外包裹一層核/殼結(jié)構(gòu)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(jù)材料性質(zhì)，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(tài)的醇鋁鹽為原料，利用其物理化學(xué)性質(zhì)，與水蒸氣在霧化過程中發(fā)生水解反應(yīng)，繼而在高溫下干燥或者熱解，實現(xiàn)了氣相轉(zhuǎn)化為液相最終生成固相的氧化鋁顆?；驓庀嘀苯愚D(zhuǎn)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(yīng)；氣溶膠的形成；氣溶膠的水解以及固態(tài)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(jī)金屬前驅(qū)體所得溶膠的相變?yōu)榛A(chǔ)。通過在溶液中合成含有懸浮粒子的溶液，經(jīng)低溫聚合形成濕凝膠，進(jìn)而干燥凝膠除去溶劑，經(jīng)一系列的熱處理后得到產(chǎn)物。如今，大多學(xué)者都將溶膠-凝膠法與乳液法相結(jié)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(zhì)，在密閉的高壓反應(yīng)釜中，通過加熱升溫形成高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境，使物質(zhì)溶解、重結(jié)晶過程中定性生長合成結(jié)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(chǔ)上加以改進(jìn)，將乳液法的工藝技術(shù)用于老化階段，而產(chǎn)物氧化鋁直接進(jìn)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(jìn)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(jīng)歷聚集、長大、析出的過程。一般情況下此過程發(fā)生的反應(yīng)是非平衡態(tài)的，為促使細(xì)小均勻的沉淀顆粒在長時間內(nèi)保持平衡態(tài)，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(yīng)緩慢發(fā)生。
球磨法
球磨法主要是將原料放入球磨機(jī)中，利用其高轉(zhuǎn)速下的碰撞力和撞擊力將原料粉碎成超細(xì)粉體，同時高速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生，從而生成新物質(zhì)。球磨法制備超細(xì)氧化鋁粉體，操作簡單，成本低廉，產(chǎn)量高，但也存在局限性，如產(chǎn)物粒度分布不均勻、最小粒徑受機(jī)械限制、很難獲得球形顆粒等。