氧化铝（Al₂O₃）在自然界中含量高、分布广，且家族极其庞大，种类繁多，在各种领域都有着重要的应用，是工业化大规模生产中不可替代的原料。这些领域对氧化铝粉体材料的要求与其形状和粒度的大小密切相关。

 

球形氧化铝成为了氧化铝这个大家族中应用最广泛的材料，是其核心成员之一。

 

由于球形形貌相比于其他形貌比表面积大，分布均匀，所以球形氧化铝粉体在实际应用方面相比于其它形状氧化铝材料应用性能会更好。不但可以应用在陶瓷领域、催化剂及其载体领域方面，也可以应用在研磨抛光电子器件等各种各样的领域中。

 

七大领域展风姿

 

• 导热填料领域

 

随着信息时代的到来，先进的电子设备越来越微型化，这些先进的电子设备所产生的热量也在成倍增加，对系统的散热提出了很多的要求。因为氧化铝在市场中分布广种类多，价格较其他导热材料低，在高分子材料中填充量大，具有较高的性价比，因此目前的高导热绝缘材料大多数是以氧化铝为高导热填料。其中在众多形状的氧化铝来说，纤维状氧化铝的导热系数最好，但不易实现工业现代化，而球形氧化铝因其具有良好的形貌、导热系数高、热膨胀系数、制备工艺简单等特点，而被大量用于导热填料领域。

 

新能源汽车三电系统采用热界面材料

 

球形氧化铝导热填料还有一个火爆的市场便是新能源汽车，在新能源汽车中，电池、电控、电机等系统均需采用热界面材料来解决热失控问题。

 

来源：QYResearch，开源证券研究所

 

球形氧化铝作为导热材料主要用于热界面材料、导热工程塑料、导热铝基覆铜板、导热塑封料等。根据QYResearch统计，热界面材料占球形氧化铝下游应用比例达到48%，导热工程塑料占比为17%，高导热铝基覆铜板占比14%。

 

• 陶瓷领域

 

在陶瓷的生产过程中加入一定量的球形氧化铝粉体会在很大程度上改变陶瓷的性能。陶瓷的低温脆性极大地影响了陶瓷的应用范围，添加有球形氧化铝粉体的陶瓷材料可用于制造耐低温塑性陶瓷。此外，球形氧化铝可以大大提高陶瓷的韧性，当球形氧化铝粉体的含量为5.0％时，可以有效地提高陶瓷的韧性并降低烧结温度。

 

• 研磨抛光领域

 

与传统的颗粒状或片状氧化铝相比，球形氧化铝具有更好的分散性和流动性。球形氧化铝粉体磨料能均匀分布在被抛光产品中，不会出现粉体异常堆积的现象，而且颗粒表面光滑，可以避免对工件表面的划伤，从而提高抛光表面的光洁度。

 

 

• 电子光学材料领域

 

球形氧化铝在电子和光学领域有着广泛的应用，球形氧化铝作为基底，加入稀土元素作为激活剂，这种方法可以生产出性能更好的红色发光材料。而球形氧化铝颗粒大小均一，分散性均匀，较其他形状的氧化铝来说发光性能较好，并能更好的决定了发光材料的填充结构。球形的形貌和粒径的减小可以减少粉体的透光率，有利于提高堆积密度，降低了透射光损失，减少球形氧化铝作为发光材料的散射，提高了电子器件屏幕的亮度。

 

• 催化剂及其载体领域

 

因为氧化铝表面有大量的不饱和化学键合，具有大量的催化活性中心，所以表现出较高的化学活性。而且，球形氧化铝具有颗粒磨损小、使用寿命长、比表面积大的优势。因此，用球形氧化铝制成的催化剂和催化剂载体的性能是其他材料无法替代的。

 

• 3D打印领域

 

球形氧化铝因具有高强度、高球化率和耐高温的特性而作为3D打印最常用的材料之一。由于球形氧化铝粉体具有良好的颗粒流动性、化学反应速率和堆积性，因此作为打印浆料时具有固含量高、流动性好、易清洗和机械性能高等优点。

 

• 表面防护涂层领域

 

将球形氧化铝用作喷涂材料是目前的研究热点之一，喷涂材料不仅对高分子材料，玻璃金属及合金材料有防护作用，而且能够提升厨房炊具等一些不锈钢产品的寿命。因为球形氧化铝具有高硬度，耐腐蚀，耐高温，形貌规则，大小均一和分散均匀等特点，所以常常被拿来用作防护材料。它既改变了材料的性能，又能使材料变得光滑耐磨。同时球形氧化铝粉体作为喷涂材料在不同的环境中有着不同的应用，不仅过程简单，而且对于多种材料表面都有着防护作用。

 

细分市场小而美

 

在球形氧化铝的众多应用中，其作为导热填料占主导地位。

 

根据高工产业研究院数据，2022年全球导热粉体材料市场规模为50.4亿元，其中球形氧化铝导热粉体市场规模占比50.8%，为25.6亿元，同比增长30.7%。受益于新能源汽车市场增长，再加上氧化铝价格下降使得其在5G、消费电子领域导热粉体材料中渗透率增加，2022-2025年全球球形氧化铝导热材料市场规模年复合增速将达28.2%，到2025年将达54.0亿元。

 

数据来源：高工产业研究院（GGII）

 

2022年中国球形氧化铝导热粉体市场规模为7.5亿元，同比增长41.5%。近几年中国球形氧化铝导热粉体市场规模全球占比逐年提升，2022年为29.3%。预计2025年中国球形氧化铝导热粉体市场规模将达21亿元，在全球占比38.9%。

 

数据来源：高工产业研究院（GGII）

 

日本与中国是全球球形氧化铝导热粉体主要生产国，根据高工产业研究院数据，2022年日本球形氧化铝产值在全球占比48%，主要企业包括日本电气化学、昭和电工、日本雅都玛以及新日铁。中日占据了全球超70%的市场份额。

 

 

中国作为球形氧化铝导热粉体的主要消费国，根据高工产业研究院数据，2022年中国球形氧化铝导热粉体出货量为2.75万吨，其中百图股份占比36%，居行业第一，行业前三企业合计出货量占比65%，市场集中度较高。

 

制备方法层出不穷

 

球形氧化铝粉体材料的制备方法不同，则生成产物的性质也不尽相同。目前，制备球形氧化铝粉体的方法主要包括：火焰熔融法、喷射法、模板法、气溶胶分解法、溶胶-凝胶法、水热法、滴球法、均相沉淀法、球磨法。

 

• 火焰熔融法

 

火焰熔融法是直接将形貌不规则的氧化铝粉喷入火焰中，使氧化铝粉在火焰中熔化成球。雅安百图采用的火焰熔融法以天然气作为燃料，辅以氧气燃烧，当粉体穿过火焰高温区时，熔融成球。

 

 

• 喷射法

 

喷射法制备球形氧化铝是指在较短的时间内实现相的转变，利用表面张力的作用使产物球形化，根据相转变特点又可将喷射法分为喷雾热解法、喷雾干燥法和喷射熔融法。

 

喷雾热分解与等离子体实验装置示意图

 

喷雾热解法是将配置好的前驱体溶液雾化为小液滴后进入高温反应炉后发生物理化学反应，形成球形颗粒。喷雾干燥法是通过将流体进料喷雾到加热的空气流中而将水基悬浮液（浆料）转变成干燥颗粒（原料）的过程，通过发生快速的传热和传质，最终生成空心颗粒或固体球体。喷射熔融法是利用射频等感应离子体使氧化铝快速融化，再经喷射快速冷却获得球形氧化铝的方法。

 

• 模板法

 

模板法制备球形氧化铝是以具有球形形貌的胶体粒子作为前驱体的核模板，经历组装、吸附、溶胶凝胶作用、沉淀反应等一系列的过程，在核模板外包裹一层核/壳结构微球，再利用溶剂溶解核或者高温煅烧的方法去除掉核模板，最终获得空心微球。它可以有效控制材料形貌，根据材料性质，又可将其分为硬模板法和软模板法。

 

模板法制备氧化铝球的一般步骤

 

• 气溶胶分解法

 

气溶胶分解法制备球形氧化铝主要是液态的醇铝盐为原料，利用其物理化学性质，与水蒸气在雾化过程中发生水解反应，继而在高温下干燥或者热解，实现了气相转化为液相最终生成固相的氧化铝颗粒或气相直接转化为固相氧化铝。主要可分为以下四个步骤：醇铝原料的雾化反应；气溶胶的形成；气溶胶的水解以及固态颗粒的形成；生成固体颗粒的回收。

 

气溶胶分解法流程简图

 

• 溶胶凝胶法

 

溶胶凝胶法制备球形氧化铝主要是以金属醇氧化合物或有机金属前驱体所得溶胶的相变为基础。通过在溶液中合成含有悬浮粒子的溶液，经低温聚合形成湿凝胶，进而干燥凝胶除去溶剂，经一系列的热处理后得到产物。如今，大多学者都将溶胶-凝胶法与乳液法相结合，来制备形貌更好的球形氧化铝。

 

• 水热法

 

水热法制备球形氧化铝是以铝盐为原料，一般使用水溶液为介质，在密闭的高压反应釜中，通过加热升温形成高温高压的反应环境，使物质溶解、重结晶过程中定性生长合成结晶完好的球形氧化铝颗粒。

 

• 滴球法

 

滴球法制备球形氧化铝是在溶胶-乳液-凝胶法的基础上加以改进，将乳液法的工艺技术用于老化阶段，而产物氧化铝直接进入油层，通过表面张力形成溶胶，然后放入氨水溶液中形成凝胶，最终进行干燥煅烧处理，获得球形氧化铝粉体颗粒。

 

• 均相沉淀法

 

沉淀法制备球形氧化铝是在铝盐溶液中加入沉淀剂，形成不溶性氢氧化物沉淀。沉淀形成过程中，晶核形成后经历聚集、长大、析出的过程。一般情况下此过程发生的反应是非平衡态的，为促使细小均匀的沉淀颗粒在长时间内保持平衡态，通常选择降低沉淀剂在均相溶液中的浓度，或者使沉淀反应缓慢发生。

 

• 球磨法

 

球磨法主要是将原料放入球磨机中，利用其高转速下的碰撞力和撞击力将原料粉碎成超细粉体，同时高速转动会产生大量的热，导致化学反应的产生，从而生成新物质。球磨法制备超细氧化铝粉体，操作简单，成本低廉，产量高，但也存在局限性，如产物粒度分布不均匀、最小粒径受机械限制、很难获得球形颗粒等。

 

参考来源：

[1]贾睿.球形氧化铝的制备、表征及性能模拟

[2]郑兴农.球形氧化铝粉体的制备及性能模拟研究

[3]孙子婷.三种制备球形氧化铝粉体工艺研究

[4]雅安百图招股说明书