说起氧化铝陶瓷，我们通常想到的就是α相也就是刚玉相的氧化铝陶瓷。原因十分简单，虽然氧化铝可以以好些不同的相存在，比如γ相、δ相、θ相等等，但这些相无一例外是低温相，在高温的条件下（>1200℃），所有这些相都会转变成刚玉相。不巧的是，氧化铝陶瓷的烧结温度通常都在1200℃以上，所以不管采用哪种相的粉体为原料，所获得的陶瓷都只能是刚玉相。

　　那么，如何才能获得其它相——比如γ相的氧化铝陶瓷呢？

　　简单的想法，就是看看γ-氧化铝粉能不能在低温下（比如1000℃以下）完成烧结。我们知道，通过现代技术很容易合成颗粒只有几个纳米大小的γ-氧化铝粉。而粉体颗粒越小越容易烧结，也是众所周知的。这样看起来γ-氧化铝粉完成低温致密化似乎也不是不可能。但再深入分析后，人们却发现依旧没那么容易。为什么呢？因为根据陶瓷的烧结理论，粉体是否容易烧结，与其表面能有关，表面能越高越容易烧结，否则越难。但γ-氧化铝粉体的表面能只有1.67J/m2，远低于α-氧化铝粉体的表面能的8.4J/m2。以现有的技术，即便是纳米α-氧化铝粉体，想要在1000℃以下完成烧结也不是一件容易的事，纳米γ-氧化铝粉体即使能做更细一些，又如何能确保在低温下实现致密呢？

　　于是人们就开始考虑特种烧结技术。

　　首先想到的是热压。在加温的同时对样品施加压力，可以降低烧结温度。压力越大，降温越明显。这在先进陶瓷研制中已经属于常规操作了。不过，在将这一思路用于γ-氧化铝陶瓷的制备时，就会面临另外一个问题。那就是，随着外加压力的增大，氧化铝从γ相转变到α-相的温度也直线下降。有人曾发现，8GPa的超高压下，这一转变温度仅有460℃。这就意味着，想获得γ-氧化铝陶瓷，并非压力越大越好。当然，人们还是利用超压力烧结工艺，获得了致密的γ-氧化铝陶瓷，选择的压力在2-7GPa之间。比如，2023年有文献报道，在5GPa压力和400℃的低温下，获得了密度达99.7%的透明γ-氧化铝陶瓷。

　　不过，虽然γ-氧化铝陶瓷是制备出来了，但这种严苛的制备条件却使其缺乏规模生产的可能。于是人们还得继续想办法。又有研究者利用另外一种新型的烧结技术，成功地获得γ-氧化铝陶瓷。这种技术就是“冷烧结”，也就是在加压条件下的液相烧结（关于冷烧结技术，更多的内容请参看本公众号中《陶瓷的冷烧结技术》一文）。他们的具体做法是，将NaOH溶液与纳米γ-Al2O3粉体均匀混合，在加热的同时施加300-500 MPa的压力。由于高浓度的OH-会和γ-Al2O3反应，大大降低了烧结的活化能，所以成功地在350℃的低温下获得密度达92%的γ-氧化铝陶瓷。

　　除此之外，还有人在尝试其它一些方法，比如超高压成型和真空烧结等。

　　有一个问题，就是人们为什么要花那么多精力去制备γ-氧化铝陶瓷呢？现今的α相也就是刚玉相氧化铝陶瓷不香吗？

　　这主要是因为，刚玉相氧化铝虽然很好，但并非所有性能都比γ-氧化铝好。比如作为催化剂或催化剂载体时，通常γ-氧化铝就更合适一些——当然那是作为粉体或薄膜的应用。而想将其做成陶瓷，则是和一些理论预测有关。比如：γ-氧化铝是面心立方晶体，其结构与镁铝尖晶石（MgAl2O4）相似。从理论上分析，γ-氧化铝可能具有从很宽的波长范围（从深紫外到中红外）的透光性。因此，如果制备出透明γ-氧化铝陶瓷，那就有其应用价值。而从现有的研究结果看，似乎也显示出了一点迹象。比如，前面提到的超高压低温条件下获得了的透明γ-氧化铝陶瓷，在600-1200nm波长范围内，其光线的直线透过率可高达86%，高于纳米镁铝尖晶石陶瓷的80%，与氧化铝单晶相当，同时耐压强度和硬度也高于纳米镁铝尖晶石陶瓷……

　　当然，对于γ-氧化铝陶瓷而言，现有的研究还是十分有限的。无论是其制备工艺还是性能开发，都有很多的工作有待进一步开展。现在就谈起应用价值，还是有一点为时过早吧。更多资讯请关注李卫科普哦！