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白剛玉微粉這個東西，表面看起來就是一堆白色粉末，跟面粉似的，但你要是小瞧它，那可就看走眼了。我在實驗室跟這玩意兒打了十幾年交道，越研究越覺得有意思——它就像個性格復(fù)雜的“實力派演員”，平時不顯山不露水，關(guān)鍵時候能發(fā)揮的作用可大著呢。

先從它的“出身”說起

白剛玉這名字起得挺講究。“剛”說的是它的硬度，摩氏硬度9.0.僅次于金剛石;“玉”說的是它的質(zhì)地，致密得很。工業(yè)上做白剛玉，基本上就是拿高純氧化鋁在電弧爐里“煉”出來的，溫度得飆到2000℃以上，那場面跟煉鋼差不多，火花四濺的。但做成微粉，故事就不同了。不是簡單地把大塊磨碎就完事兒，得控制晶體結(jié)構(gòu)。我見過一些廠子用快速冷卻工藝做出來的微粉，晶體尺寸能控制在微米級，顯微鏡底下看，晶粒整整齊齊排列，跟訓(xùn)練有素的士兵方陣似的。

物理特性：看著簡單，門道很深

硬度這個事兒，教科書上寫個9.0就完事了，但實際上沒那么簡單。我們做過實驗，同樣的化學(xué)成分，晶體尺寸不同，硬度能差出10%。納米級的白剛玉微粉，硬度反而會下降，因為小到一定程度，晶體邊界效應(yīng)就凸顯出來了。這就像軍隊，單個士兵再厲害，協(xié)調(diào)不好也打不了勝仗。粒度分布是最容易被忽視的。很多采購只關(guān)心“平均粒徑”，這其實是個坑。我常跟客戶說，你得看“分布曲線”。好的白剛玉微粉，粒徑分布應(yīng)該是個又高又瘦的“山峰”，說明大部分顆粒大小都差不多。如果是個“矮胖子”，那用起來效果就參差不齊了。

我們實驗室去年接過一個案例，一家拋光廠老是出劃痕，怎么也找不到原因。最后我們把他們的白剛玉微粉拿來一做粒度分析，發(fā)現(xiàn)雖然平均粒徑是3微米，但里面有5%的顆粒超過了10微米——就是這些“大家伙”在搗亂。這事兒說明，細(xì)節(jié)決定成敗，在微粉這行尤其如此。顆粒形狀的影響很多人想不到。早期大家覺得只要硬度夠，形狀無所謂?，F(xiàn)在研究深入了才發(fā)現(xiàn)，球形度好的微粉，拋光時更均勻;多棱角的呢，切削力更強。就像你拿圓頭錘子和方頭錘子干活，效果肯定不一樣。

化學(xué)特性：穩(wěn)定是它的名片

氧化鋁這東西化學(xué)穩(wěn)定性好，這是公認(rèn)的。酸堿環(huán)境下，白剛玉微粉都能保持本色。但我們做研究發(fā)現(xiàn)，它的“耐性”也是有條件的。在常溫下，濃鹽酸、濃硫酸都拿它沒辦法。但溫度一上來，到80℃以上，特別是高濃度的堿液，它就開始“扛不住”了。我們做過對比實驗，同樣的氫氧化鈉溶液，80℃條件下浸泡24小時，白剛玉微粉的失重率是常溫下的三倍還多。純度是另一個關(guān)鍵指標(biāo)。99.5%和99.8%看著差別不大，價格能差出一大截。但有些高端應(yīng)用，比如半導(dǎo)體拋光，就是得用99.9%以上的。里面那零點幾的雜質(zhì)，主要是硅、鐵、鈉這些?？蓜e小看這些“微量元素”，它們會影響微粉的燒結(jié)性能，高溫下還可能形成低熔點相。我們實驗室有臺火花源質(zhì)譜儀，專門測微量元素。有一次測出來一批微粉鈉含量偏高，追查下去發(fā)現(xiàn)是原料氧化鋁里帶進(jìn)來的。這事兒告訴我們，溯源很重要，每一個環(huán)節(jié)都可能埋雷。

表面特性：決定它怎么“跟別人相處”

微粉用得好不好，很大程度上看它表面“脾氣”怎么樣。表面能這個參數(shù)，做涂料和復(fù)合材料的人特別關(guān)注。表面能高的白剛玉微粉，在水里容易分散，但容易團(tuán)聚;表面能低的呢，分散性差，但不容易抱團(tuán)。這就像人，太活躍了朋友多但也容易惹事，太內(nèi)向了又不容易融入集體。

現(xiàn)在流行表面改性，給白剛玉微粉“穿衣服”。硅烷偶聯(lián)劑處理是最常見的，處理后微粉和樹脂的親和力能提高不少。我們做過一個有趣實驗：同樣的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，添加未處理白剛玉微粉的，拉伸強度提高15%;添加硅烷處理后的，能提高30%。這差距，實實在在看得見。親疏水性也是個有意思的話題。天然白剛玉微粉是親水的，扔水里“撲通”就沉下去。但有些特殊應(yīng)用需要疏水的，我們就用脂肪酸做表面處理，處理完的微粉能在水上漂著，跟荷葉似的。這種改性微粉用在防水涂料里，效果特別好。

熱學(xué)特性：高溫下見真章

白剛玉的熔點高，2050℃，這是它的招牌。但微粉的熱學(xué)行為和塊狀材料不太一樣。首先是熱導(dǎo)率。納米級白剛玉微粉的熱導(dǎo)率，比微米級的低不少，因為晶界多了，熱阻就大了。這個特性可以用在需要隔熱的地方。熱膨脹系數(shù)也得說說。白剛玉的熱膨脹系數(shù)不算高，7-8×10??/℃，跟很多金屬接近。這個特點讓它做復(fù)合材料時，熱匹配性比較好，不容易因為熱脹冷縮開裂。我們曾經(jīng)幫一家做高溫涂層的企業(yè)解決過問題。他們原來用的填料熱膨脹系數(shù)太大，涂層每次熱循環(huán)都開裂。換成我們特制的白剛玉微粉后，問題解決了。客戶挺高興，說這微粉看著不起眼，作用倒是關(guān)鍵。

實際應(yīng)用中的“小門道”

研究了這么多年，我發(fā)現(xiàn)理論和實際總是有差距。實驗室數(shù)據(jù)漂亮，到了生產(chǎn)線上可能就不是那么回事。比如流動性，這個參數(shù)很少出現(xiàn)在檢測報告上，但對生產(chǎn)影響很大。流動性好的微粉，輸送、計量都方便;流動性差的，容易堵管、架橋。我們總結(jié)了個土辦法：把微粉從漏斗里倒出來，看它的“流動角”，角度越小流動性越好。還有堆積密度，這個對包裝運輸成本影響很大。同樣重量的微粉，堆積密度大的占體積小，能省不少包裝和運費。有些廠家為了增加堆積密度，會做級配處理，把不同粒徑的微粉按比例混合，讓小球填大球的空隙。

研究路上的體會

白剛玉微粉這東西，你說它簡單吧，就是氧化鋁;你說它復(fù)雜吧，里面的門道多得是。我們實驗室十幾號人，研究了這么多年，時不時還能發(fā)現(xiàn)點新東西。我記得剛?cè)胄袝r，我導(dǎo)師說：“材料研究就像識人，不能光看表面?！爆F(xiàn)在越想越覺得有道理。白剛玉微粉的那些特性，相互關(guān)聯(lián)，相互影響，單獨看哪個參數(shù)都沒意義，得綜合起來看。

未來這行當(dāng)，我覺得會往兩個方向發(fā)展：一是更精細(xì)，納米級、亞微米級的控制會更成熟;二是更智能，可能通過表面工程，做出“響應(yīng)型”微粉，能根據(jù)環(huán)境變化改變性質(zhì)。不過話說回來，不管技術(shù)怎么發(fā)展，扎實的基礎(chǔ)研究永遠(yuǎn)是最重要的。就像蓋樓，地基打牢了，上面才能起高樓。白剛玉微粉的研究，我們還在路上。