中国粉体网讯 随着高导热材料的需求日渐增加，填充型导热聚合物复合材料具有良好的应用前景。导热复合材料的性能很大程度上取决于导热填料的选择，氧化铝（Al2O3）是一种常见的陶瓷填料，具有较高的硬度和良好的导热性能，是提高材料导热性能的常用选择。
我国拥有丰富的铝土矿资源，是世界第一大氧化铝生产国。Al2O3有α、γ、δ、η、θ、κ等很多种晶型结构，其中α型Al2O3最稳定，其晶格氧离子为六方密排结构，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体中心，晶格能很大。α型Al2O3的颗粒形貌有球形、片状、不规则多棱角、椭球状等多种形态，不同的微观结构对导热材料性能影响很大。目前市场上用得较多的导热填料主要是球形氧化铝。
球形氧化铝，图源：兰陵县益新矿业科技有限公司
01 独特优势：球形结构赋予的“先天禀赋”
卓越的热导率。氧化铝是一种无机非金属材料，具有优异的热导率，其球形结构进一步优化了其热导率路径。在复合材料中，球形颗粒可以形成更连续、更平滑的导热网络，从而降低热阻。当热量在材料内部传递时，球形颗粒之间的接触面积相对较大且分布更均匀，避免了形状不规则且边缘大或堆叠间隙导致的热传递中断，从而显著提升了复合材料的整体热导率。
出色的分散性。球形结构赋予氧化铝粉末良好的流动性和分散性。与形状不规则的氧化铝粉末如片状、针状和块状粉末相比，球形颗粒之间的摩擦更小，且更容易均匀分布在基体材料中，从而减少聚集的发生。这种均匀分布的特性确保了复合材料中热导率网络的连续性和一致性，避免了局部颗粒聚集引起的热导率波动。
良好的化学稳定性和高温耐受性。球形氧化铝填料具有极强的化学稳定性，且不易与周围介质发生化学反应。在酸碱性环境、潮湿环境或长期使用下，其物理和化学性能保持稳定，不会因腐蚀、氧化及其他因素而降解，从而确保热导材料的长期可靠性。同时，它具有卓越的耐高温能力，能够在高温环境中保持结构完整性和热导率不变。
02 制备工艺：从“粉末”到“球形”的精准塑造
球形氧化铝的优异性能源于其精准的球形结构和可控的粒径分布，而这背后离不开成熟的制备工艺。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、球磨法。
（1）喷射法
喷射法制备球形氧化铝采用高温热源对前驱体进行热处理，再利用表面张力使产品球形化。喷射法分为喷雾热解法、喷雾干燥法和喷射熔融法。其中喷射熔融法是利用射频感应等离子体，将固态氧化铝处理为熔融状态，再用喷射高速冷却得到球形氧化铝的方法。该方法主要对不规则形状氧化铝颗粒进行球化处理，处理后氧化铝球形度高，但难以控制粒径的尺度，粒径在纳米级到微米级不等。
等感应离子体装置示意图
（2）火焰熔融法
目前市场上常用火焰熔融法来制备球形氧化铝。跟名字相近的“喷射熔融法”相比，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而成球，工艺简单，在成本控制上比使用等离子火焰的喷射法更具优势，球化出的产品导热率高，球形度好，粒度可控。
（3）模板法
模板法制备球形氧化铝首先需要核模板，在核模板外包裹一层壳结构微球，再通过物理化学的方法去除掉核模板，最终获得空心微球。根据模板自身的特点和局限性，一般分为硬模板法和软模板法。
（4）气溶胶分解法
气溶胶分解法制备氧化铝球主要是以液态的醇铝盐为原料，利用高温热水解先将醇铝盐气化，后续采用干燥或高温处理，最终形成球形氧化铝粉体。该方法制备的颗粒粒径处于纳米级，目前还没有工业化应用。
气溶胶分解法流程简图
（5）溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是以无机盐水解或聚合形成前驱体，经过醇洗、陈化和热处理得到氧化铝粉。由于该方法采用有机溶剂与表面活性剂，得到的氧化铝粉体的球形度接近100%，粒径均在微米或毫米级。该方法缺点是不利于氧化铝粉体的分离和干燥。
（6）水热法
水热法制备球形氧化铝是以铝盐为原料，在高温高压的反应环境中使物质溶解、重结晶后生长为球形氧化铝颗粒。水热法所制得的氧化铝粉体纯度高、形状可控、无团聚，但需要高温高压环境，对设备的依赖性较高。
（7）滴球法
滴球法制备球形氧化铝第一步是制备氧化铝纯溶胶，从酸性氧化铝纯溶胶开始将氧化铝溶胶滴入到油层中，胶凝剂为HMTA（六亚甲基四胺）或尿素和HMTA的混合物，之后经过老化、干燥、煅烧形成球形氧化铝。滴球法主要用来制备毫米级及以上粒径的球形氧化铝，操作过程中需要使用热油且必须保持溶胶长时间滴落。
（8）球磨法
球磨法是将原料放入球磨机中，原料被研磨剂研磨和搅拌，大颗粒被提炼成超细粉末。机械球磨可用于制备不同粒径的球形氧化铝产品。该方法设备简单可靠，易于进行批量生产，在未来市场中很有发展前景。
03 新能源汽车渗透率攀升，球形氧化铝需求增大
在世界汽车电动化的浪潮下，国内外主流车企纷纷加大新能源汽车战略布局，新能源汽车进入市场驱动的高速成长期。我国新能源汽车市场保持快速发展的态势。新能源汽车电池、电控、电机均采用导热材料及导热胶等热界面材料，有望带动球形氧化铝填充料需求。
电控：为减少热源和水路的热阻，提高模组的导热效率，通常需要在IGBT模组与冷片之间的刚性界面涂抹导热硅脂。有了导热界面材料（导热硅脂等）的填充，发热源和散热器间的接触面将充分接触，可大幅度降低界面热阻，显著提高散热效果，减少电气损失。
电机：在驱动电机内，定子用于产生旋转磁性，通常采用高导热胶对定子进行整体灌封，可减小绕组与定子铁心之间的热阻，提高绝缘系统的导热性，电机温升可降低约10-18℃，提高了电机安全运行的可靠性。
动力电池领域：动力电池作为新能源汽车的“心脏”，其热监控和热管理直接关系到整车的使用性能，对整车的安全运行意义重大。用于动力电池的导热填料如氢氧化铝、角型氧化铝、球形氧化铝均能满足使用需求，考虑到动力电池厂商对安全性管控的重视程度以及电池模组结构和散热方式的差异，目前主要应用的导热填料为球形氧化铝，充当导热和阻燃作用。
04 小结
作为导热填料领域的核心材料，球形氧化铝凭借其独特的结构优势、优异的性能和广泛的应用场景，在高端产业发展中发挥着不可替代的作用。随着制备工艺的不断优化和功能化技术的持续突破，球形氧化铝必将在更⼴阔的领域展现其价值，为热管理技术的升级提供坚实的材料支撑。
参考来源：
[1]张银虎等：球形氧化铝的制备方法及研究进展
[2]高正源等：氧化铝填充导热复合材料的制备和性能研究进展
[3]粉体网：一辆车需要10公斤，算下来，这个不起眼的“小球”市场有多大?
（中国粉体网编辑整理/石语）
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