Исследование влияния параметров размола и центрифугирования на размер частиц и отделение агломератов оксида алюминия

При использовании керамической технологии могут формироваться жесткие агломераты частиц, препятствующие однородному спеканию и получению керамик высокой плотности. В работе представлены результаты исследования порошка α-Al₂O₃. Основное внимание уделяли влиянию параметров размола и центрифугирования на конечный размер частиц при добавлении NH₄OH для электростатической стабилизации, препятствующей их агломерации. Анализ зависимости выхода центрифугата от условий центрифугирования (числа оборотов, содержания α-Al₂O₃) позволяет оптимизировать технологические параметры для достижения условий наибольшего выхода частиц заданного размера. Размер частиц оценивали методом динамического рассеяния света, который дает возможность определять также распределение частиц по размерам, что необходимо для исследования свойств материала. Кроме того, было рассчитано время размола, необходимое для достижения размера частиц в 0,4 мкм, определено значение константы скорости измельчения. Дополнительно для частиц размером около 0,4 мкм оценивали выполнение условия седиментационно-диффузионного равновесия без применения центрифугирования. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методов получения высококачественного порошка α-Al₂O₃, который широко применяют в различных отраслях промышленности (при производстве керамики, электроники, катализаторов и др.).

1. Liu Y., Zhang X., Kong C., et al. Mechanical properties of a high-strength ultrafine-grained Cu-Al2O3 nanocomposite at elevated temperatures / Mater. Lett. 2025. Vol. 382. P. 137865. DOI: 10.1016/j.matlet.2024.137865

2. Kukharenko A. I., Cholakh S. O., Kurmaev E. Z., Zhidkov I. S. Interactions in Al2O3 — graphene oxide composite: XPS study / Analytics and Control. 2024. Vol. 28. No. 1. P. 54 – 56. DOI: 10.15826/analitika.2024.28.1.006

3. Shcherbak G. V., Murashov A. A., Smetanina K. E., et al. Study of the anisotropy of the properties of the ceramic cutting insert obtained by the lcm technology of 3D printing from the composite Al2O3/ZrO2 (ZTA) / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2021. Vol. 87. No. 11. P. 64 – 69 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-11-64-69

4. Mahayni Y., Maurer L., Baumeister I., et al. Batch and continuous synthesis of well-defined Pt/Al2O3 catalysts for the dehydrogenation of homocyclic LOHCs / Chem. Cat. Chem. 2025. e202401762. DOI: 10.1002/cctc.202401762

5. Weidner E., Dubadi R., Samojeden B., et al. Mechanochemical synthesis of alumina-based catalysts enriched with vanadia and lanthana for selective catalytic reduction of nitrogen oxides / Sci. Rep. 2022. Vol. 12. No. 21294. DOI: 10.1038/s41598-022-25869-w

6. Gao H., Li Z., Zhao P. Green synthesis of nanocrystalline α-Al2O3 powders by both wet-chemical and mechanochemical methods / Mod. Phys. Lett. B. 2018. Vol. 32. P. 1850109. DOI: 10.1142/S0217984918501099

7. Kamata K., Mochizuki T., Matsumoto S., et al. Preparation of submicrometer Al2O3 powder by gas-phase oxidation of tris(acetylacetonato) alumina (III) / J. Am. Ceram. Soc. 1985. Vol. 68. P. 193 – 194. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1985.tb10179.x

8. Lukić S., Stijepović I., Ognjanović S., Srdic V. Chemical vapour synthesis and characterisation of of Al2O3 nanopowders / Ceram. Int. 2015. Vol. 41. P. 3653 – 3658. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.11.034

9. Suaebah E., Yunata E., Wijaya A. The sintering temperature effect of alumina (Al2O3) ceramic using the sol-gel method / J. Phys.: Conf. Ser. 2024. Vol. 2900. P. 1 – 7. DOI: 10.1088/1742-6596/2900/1/012044

10. Milani S. S., Kakroudi M. G., Vafa N. P., et al. Properties of alumina sol prepared via inorganic route / Ceram. Int. 2020. Vol. 46. P. 9492 – 9497. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.12.210

11. Chen H., Li B., Yang X., et al. The spheroidization process of micron-scaled α-Al2O3 powder in hydrothermal method / Ceram. Int. 2021. Vol. 47. P. 22911 – 22917. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.05.004

12. Li Y., Wang W., Qin F., et al. Synthesis of monodisperse spherical nano alumina by hydrothermal method and its mechanism study / Ceram. Int. 2024. Vol. 50. P. 39467 – 39474. DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.07.323

13. Nasir J., Schmidt F., Menzel F., Gunne J. Structure and phase changes of alumina produced by flame hydrolysis / Dalton Trans. 2024. Vol. 53. P. 14246 – 14257. DOI: 10.1039/d4dt01809e

14. Gautham M. G., Rao B. C., Ramakrishna P. A. Combustion synthesis of alumina with possible co-generation of power / Int. J. Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. P. 12682 – 12692. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.01.140

15. Wu Y., Li L., Yang X. Coprecipitation synthesis of Si-modified mesoporous alumina with high thermal stability from coal fly ash / Chem. Pap. 2020. Vol. 74. P. 2537 – 2543. DOI: 10.1007/s11696-020-01101-9

16. Lafficher R., Digne M., Salvatori F., et al. Ammonium Aluminium carbonate hydroxide NH4Al(OH)2CO3 as an alternative route for alumina preparation: comparison with the classical boehmite precursor / Powder Technol. 2017. Vol. 320. P. 565 – 573. DOI: 10.1016/j.powtec.2017.07.0080

17. Lee H. M., Huang C. Y., Wang C. J. Forming and sintering behaviors of commercial α-Al2O3 powders with different particle size distribution and agglomeration / J. Mater. Process. Technol. 2009. Vol. 209. P. 714 – 722. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.02.047

18. Dynys F. W., Halloran J. W. Influence of Aggregates on Sintering / J. Am. Ceram. Soc. 1984. Vol. 67. P. 596 – 601. DOI: 10.1111/J.1151-2916.1984.tb19601.x

19. Saghir M., Umer M., Ahmed A., et al. Effect of high energy ball milling and low temperature densification of plate-like alumina powder / Powder Technol. 2021. Vol. 383. P. 84 – 92. DOI: 10.1016/j.powtec.2021.01.026

20. Reid C. B., Forrester J. S., Goodshaw H. J., et al. A study in the mechanical milling of alumina powder / Ceram. Int. 2008. Vol. 34. P. 1551 – 1556. DOI: 10.1016/j.ceramint.2007.05.003

21. Dash R., Besra L., Dash S. Morphological studies of single-phase alumina fabricated by wet milling method / Indian J. Chem. Technol. 2024. Vol. 31. P. 26 – 30. DOI: 10.56042/ijct.v31i1.5500

22. Franks G. V., Healy T. W. ζ Potential of Nanoparticle Suspensions: Effect of Electrolyte Concentration, Particle Size, and Volume Fraction / J. Am. Ceram. Soc. 2008. Vol. 91. P. 1141 – 1147. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2008.02277.x

23. Gupta P., Mundra R., Jha S. Stabilization of Al2O3 dispersed slurry by controlling pH / Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2024. Vol. 685. 133251. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2024.133251

24. Grishina E. P., Kudryakova N. O., Ramenskaya L. M. Characterization of the properties of thin Al2O3 films formed on structural steel by the sol-gel method / Condens. Matter Interphases. 2020. Vol. 22. P. 39 – 47.

25. Garshin A. P., Gropyanov V. M., Zaitsev G. P., Semenov S. S. Ceramics for mechanical engineering. — Moscow: Nauchtekhlitizdat, 2003. — 384 p. [in Russian].

26. Tretyakov V. I. Fundamentals of metal science and technology of production of sintered hard alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1976. — 528 p. [in Russian].