白刚玉微粉作为高端磨料和耐火材料领域的核心原料，其制备工艺与性能优化直接关系到下游产品的技术指标与市场竞争力。本文系统阐述了白刚玉微粉制备工艺的关键技术环节，分析了不同工艺参数对产物性能的影响规律，并探讨了性能优化的有效途径。

白刚玉(α-Al₂O₃)是氧化铝同质多象变体中最为稳定的晶体形态，其莫氏硬度达9.0.具有优异的耐磨性、化学稳定性和高温性能。通过特殊工艺制备的微粉级白刚玉(粒径0.1-10μm)在精密研磨、陶瓷增韧、涂层材料等领域应用广泛。随着高端制造对材料性能要求的提升，开发高效制备工艺与性能优化技术已成为行业研究重点。

制备工艺关键技术

2.1 原料预处理

选用工业氧化铝(Al₂O₃≥99.5%)为主原料，重点控制Fe₂O₃、SiO₂等杂质含量。通过气流分级去除原料中粒径>100μm的粗颗粒，配合高频振动筛实现原料均质化。实验表明，原料D50控制在35±2μm时，熔融反应效率最佳。

2.2 电弧熔融结晶

采用18-24MVA三相电弧炉，在2050-2150℃高温下持续熔炼4-6小时。关键控制参数包括：

(1)电极插入深度：控制在熔池深度的2/3处，确保氧化铝充分离解;

(2)冷却速率：采用分级冷却工艺，第一阶段(2000-1600℃)以50℃/min急冷，第二阶段(1600℃以下)缓冷至15℃/min，促进α-Al₂O₃晶体发育;

(3)添加剂调控：引入0.05-0.1wt%的Cr₂O₃作为晶型稳定剂，可将结晶相纯度提升至99.8%以上。

2.3 破碎分级系统

采用"颚破+辊磨+气流磨"三级破碎工艺。其中气流磨环节通过优化喷嘴结构(Laval型喷嘴，喉部直径3.2mm)和分级轮转速(2800-3200rpm)，可将成品微粉的粒度分布(Span值)从1.8降低至1.2.采用激光粒度仪在线监测系统，实现粒度分布的实时调控。

性能优化策略

3.1 粒度分布调控

通过离散元法模拟发现，当粒径分布符合Rosin-Rammler方程时(特征粒径D63.2=3.5μm，分布系数n=1.8)，微粉堆积密度可达2.25g/cm³。实际生产中采用多级旋风分离器与袋式收尘器组合，配合PID控制系统，可将D90控制在8μm以内。

3.2 表面改性处理

(1)酸洗纯化：采用15%盐酸-3%氢氟酸混合溶液(体积比4:1)处理60min，可有效去除表面非晶层，使Al₂O₃含量提高0.3个百分点;

(2)硅烷偶联处理：使用KH-550硅烷偶联剂(添加量0.5wt%)，在120℃烘干处理后，微粉在环氧树脂中的分散稳定性提升40%;

(3)等离子体活化：采用介质阻挡放电(DBD)装置处理30s，表面羟基密度从3.2个/nm²增至5.8个/nm²，显著改善与高分子基体的界面结合强度。

3.3 晶型结构优化

通过高温煅烧(1450℃×2h)结合快速淬火工艺，可使晶体发育更完整。XRD分析显示，(113)晶面衍射峰半高宽从0.38°减小至0.25°，晶体完整性指数提高至98.7%。TEM观测显示晶界处位错密度降低2个数量级。

性能表征与工业应用

经优化后的白刚玉微粉主要技术指标为：

中位粒径D50：2.8±0.3μm

振实密度：2.15g/cm³

灼烧减量：≤0.12%

磁性物含量：≤30ppm

在精密光学玻璃研磨测试中，优化微粉的磨削比(G-ratio)达到42.较常规产品提升25%。作为耐火浇注料骨料使用时，1700℃高温抗折强度达12.6MPa，较传统材料提高30%以上。

工艺改进方向

(1)开发微波辅助熔炼技术，可将能耗降低18-22%

(2)研究ZrO₂/Y₂O₃复合掺杂体系对高温稳定性的影响

(3)建立基于机器视觉的在线缺陷检测系统

(4)推广干法表面改性工艺，减少废水排放

白刚玉微粉的制备与优化是典型的过程系统工程，需要从热力学机理、设备创新、过程控制等多维度进行协同优化。随着表征技术的进步和智能制造理念的渗透，未来将朝着"超精密、低能耗、功能化"方向发展，为新型复合材料开发提供关键原料支撑。