專利名稱：?jiǎn)畏稚⒏呒儲(chǔ)?Al₂O₃粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單分散高純a -Al2O3粉的制備方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋁具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、絕緣性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨等優(yōu)異的物理化學(xué)特性，可作為耐磨材料、耐火保溫材料、絕緣材料、航天材料 、信息材料等，廣泛用于陶瓷、化工、電子等行業(yè)(參見(jiàn)新材料產(chǎn)業(yè)2006，12，17)，而高純a-Al2O3是目前制備氧化鋁透明陶瓷的關(guān)鍵材料。長(zhǎng)期以來(lái)，為改善氧化鋁透明陶瓷的性能，拓展其在電弧管、透明裝甲、可見(jiàn)-紅外視窗、激光介質(zhì)等領(lǐng)域的應(yīng)用，科研工作者進(jìn)行了大量研究工作，其研究熱點(diǎn)之ー是不斷提高原材料的純度和優(yōu)化合成エ藝，以期控制氧化鋁粉體的純度、晶型、形貌、粒度、分散性等性能指標(biāo)，制備高純度高分散性的a -Al2O3粉體。氧化鋁粉體的制備方法多種多祥，包括溶膠-凝膠法、硫酸鋁銨熱解法、碳酸鋁銨熱解法、噴霧熱解法、水熱/溶劑熱法、異丙醇鋁水解法、低碳烷基鋁水解法、氯化汞活化水解法、水析絡(luò)合法、等離子體法、高純鋁直接水化法等，目前可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備O-Al2O3粉體的方法包括水熱/溶劑熱法、熱解法、醇鹽水解法、溶膠-凝膠法等(參見(jiàn)J. Chin.Ceram. Soc. 2010，38，1450)。其中，水熱/溶劑熱法可以在合成過(guò)程中直接實(shí)現(xiàn)氧化鋁的a晶型轉(zhuǎn)化，但是需要高溫高壓的苛刻反應(yīng)條件，還需加入晶型轉(zhuǎn)化促進(jìn)劑，易影響最終產(chǎn)品的純度；熱解、醇鹽水解、溶膠-凝膠等方法雖然可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高純度，但需要通過(guò)高溫煅燒完成產(chǎn)品的a晶型轉(zhuǎn)化，容易造成氧化鋁粉體的燒結(jié)，影響到最終產(chǎn)品的形貌、粒度和分散性等。為改善上述現(xiàn)象，人們改進(jìn)了氧化鋁粉體的制備方法。CN1546381A(200310114455. 8)公開(kāi)了ー種改良的熱解法用于制備無(wú)團(tuán)聚納米a -Al2O3粉體。首先將納米炭黑充分分散在無(wú)機(jī)鋁鹽溶液中，再在具有湍動(dòng)的反應(yīng)場(chǎng)中緩慢加入堿液，經(jīng)沉化、過(guò)濾、洗滌后得到煅燒前驅(qū)體，然后先在惰性氣氛下煅燒處理完成晶型轉(zhuǎn)化，再通過(guò)空氣氣氛煅燒去除粉體表面包覆的納米炭黑，最終得到無(wú)團(tuán)聚的納米a-Al2O3粉體。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)先將納米炭黑分散到了煅燒前驅(qū)體中，在煅燒過(guò)程中炭黑起到了物理隔離作用，因此改善了粉體在煅燒過(guò)程中容易燒結(jié)團(tuán)聚的問(wèn)題。但是這種方法需要在惰性氣氛下煅燒以避免納米炭黑被氧化；另外還需要増加一步煅燒過(guò)程以去除預(yù)先添加的納米炭黑，這可能會(huì)造成產(chǎn)品制備成本的增加。此外，CN1948155A(200610104871. 3)公布的方法是在鋁鹽溶液中加入水溶性鹽的輔助隔離相，再在體系中加入Q-Al2O3晶種及親水性表面活性剤，攪拌使親水性表面活性劑充分溶解后再在反應(yīng)液體中緩慢滴入堿的水溶液，反應(yīng)完成后對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行均質(zhì)化處理，在干燥后進(jìn)行研磨混合，將經(jīng)研磨的粉末煅燒后，即得到分散的納米a-Al2O3粉體；CN1762816 (200510017926. 2)是以氧化鋁廠生產(chǎn)氧化鋁的中間產(chǎn)物Al (OH)3為原料，加入相變添加剤、晶種和分散劑，在高純的氧化鋁研磨介質(zhì)中研磨后，經(jīng)焙燒，分散處理和離心分離，得到具有高分散性的a-Al2O3納米粉；CN1919737A(200510096756. I)是采用分析純鋁醇鹽水解反應(yīng)、球磨、干燥和灼燒的エ藝，在水解中加入一種羧酸或表面活性剤，在球磨過(guò)程中加入O-Al2O3晶種和添加劑銨鹽，再經(jīng)烘干、灼燒即可得到分散性好、粒徑分布均勻、高純超細(xì)a -Al2O30以上方法主要是通過(guò)加入隔離相來(lái)改善氧化鋁粉體在煅燒過(guò)程中的燒結(jié)團(tuán)聚問(wèn)題，或者是通過(guò)加入a -Al2O3晶種來(lái)促進(jìn)煅燒前驅(qū)體的晶型轉(zhuǎn)化，達(dá)到降低煅燒溫度、改善燒結(jié)團(tuán)聚的問(wèn)題。然而，外加的隔離相有可能會(huì)引入或殘留雜質(zhì)成分，造成產(chǎn)物的純度降低，此外，若添加a -Al2O3晶種，必須首先保證晶種本身具有良好的分散性，否則晶種的使用效果將大打折扣。因此，解決氧化鋁粉體在a晶型轉(zhuǎn)化的煅燒過(guò)程中容易燒結(jié)團(tuán)聚、分散性差的問(wèn)題，仍然是ー項(xiàng)具有挑戰(zhàn)的研究工作?？傊?，高純度、高分散性的a-Al2O3粉體具有重要的應(yīng)用價(jià)值，克服氧化鋁粉體易燒結(jié)團(tuán)聚的技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單有效的方法制備單分散高純a -Al2O3粉體，是ー項(xiàng)具有意義的工作
發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在氧化鋁粉體的a晶型轉(zhuǎn)化煅燒過(guò)程中容易燒結(jié)團(tuán)聚、分散性差的問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種單分散高純a -Al2O3粉的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下ー種單分散高純a -Al2O3粉的制備方法，包括步驟如下(I)前驅(qū)體I的制備①首先將可溶性鋁鹽配制成0. 05 0. 5mol/L的溶液，然后加入適量分散劑I和晶化劑攪拌溶解，再逐滴加入25wt%的濃氨水，調(diào)節(jié)pH值為7 11，繼續(xù)攪拌30 60min得到白色乳狀懸浮液；所述可溶性鋁鹽選自Al(NO3)3 9H20、A1C13、AlCl3 6H20、Al2 (SO4) 3、Al2(SO4)3 ISH2O之ー或組合，所述分散劑I選自聚こニ醇、聚こ烯醇、聚甲基丙烯酸銨、聚甲基丙烯酸甲酯之ー或組合，所述晶化劑選自H3B03、Na2B407、NaF、KF之ー或組合；以氧化鋁計(jì)，分散劑I與鋁鹽的質(zhì)量比為(I 30) 100，晶化劑與鋁鹽的質(zhì)量比為(I 6) 100。②將上述白色乳狀懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于180 300°C反應(yīng)8 48h ;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水こ醇洗滌各兩次，然后離心分離，再分散于適量無(wú)水こ醇中得到前驅(qū)體I。(2)前驅(qū)體II的制備①將醇鋁鹽加入去離子水與雙氧水的混合溶液中，攪拌均勻得懸浮液；所述醇鋁鹽選自異丙醇鋁、叔/仲/正丁醇鋁、こニ醇鋁、芐醇鋁之ー或組合，醇鋁鹽、水、雙氧水的摩爾比為I : (2O 5O) (0.10 0.50)。②將上述懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于80 120°C加熱反應(yīng)I 9h ;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水こ醇洗滌各兩次，然后離心分離，再分散于適量無(wú)水こ醇中得到前驅(qū)體II。(3)前驅(qū)體III的制備取上述制備的前驅(qū)體I、前驅(qū)體II及分散劑II攪拌均勻，超聲分散20 40min，然后離心分離得到沉淀；將所得沉淀研磨30 60min，再于40 80°C干燥5 8h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，即為前驅(qū)體III。其中，所述分散劑II選自聚こニ醇、檸檬酸、檸檬酸三鈉、油酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉之ー或組合；以氧化鋁計(jì)，前驅(qū)體I、前驅(qū)體II及分散劑II的質(zhì)量比為(75 99) (25 I) (I 30)。(4)煅燒將步驟(3)所得前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒，燒結(jié)升溫速率為I 10°C /min，燒結(jié)峰值溫度 為1050 1300°C，峰值溫度下保溫I 8h，得到單分散a -Al2O3粉體。產(chǎn)品純度達(dá)99. 95%。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選條件如下步驟⑴①中，分散劑I優(yōu)選為聚こニ醇PEG6000，晶化劑優(yōu)選為H3BO3 ;鋁鹽溶液的濃度優(yōu)選為0. I 0. 3mol/L, pH調(diào)節(jié)值優(yōu)選為8 10 ;以氧化鋁計(jì)，分散劑I與鋁鹽的質(zhì)量比為(5 15) 100，晶化劑與鋁鹽的質(zhì)量比為(2 4) 100。步驟⑴②中，反應(yīng)溫度優(yōu)選為220 240°C，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為10 24h。步驟(2)①中，所述醇鋁鹽優(yōu)選為異丙醇鋁，所述醇鋁鹽、水、雙氧水的摩爾比優(yōu)選為 I : (30 40) (0. 20 0. 40)。步驟(2)②中，反應(yīng)溫度優(yōu)選為90 100°C，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為3 6h。步驟(3)中，分散劑II優(yōu)選為分子量為6000的聚こニ醇PEG6000，煅燒前驅(qū)體I、II及分散劑II的質(zhì)量比優(yōu)選為(90 99) (10 I) (I 15)。步驟⑷中，升溫速率優(yōu)選為5 8°C/min，燒結(jié)峰值溫度優(yōu)選為1100 1200°C，峰值溫度下保溫時(shí)間優(yōu)選為2 5h。本發(fā)明以實(shí)施例2、實(shí)施例3作為最佳實(shí)施方案，步驟如下(I)前驅(qū)體I的制備將7.5g Al(NO3)3.9H20、102. Omg 聚こニ醇 PEG6000 和 31. Omg H3BO3 加入 100. OmL
去離子水中，攪拌至完全溶解；強(qiáng)烈攪拌下逐滴加入25wt %的濃氨水，調(diào)節(jié)pH值為9，繼續(xù)攪拌30min得到乳狀懸浮物；將乳狀懸浮物置于密閉反應(yīng)釜中，于240°C烘箱中水熱反應(yīng)12h ;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水こ醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量こ醇至總體積100. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體I ;(2)前驅(qū)體II的制備將5. 15g異丙醇鋁、17. 5mL去離子水、0. 625mL30 %的雙氧水混合，攪拌均勻得到白色懸浮液，將所得懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于90°C烘箱中反應(yīng)5h;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水こ醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量こ醇至總體積為125. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體II ；(3)煅燒前驅(qū)體III的制備取97. OmL前驅(qū)體I、3. OmL前驅(qū)體II、102. Omg聚こニ醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀；將沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，即為煅燒前驅(qū)體III ;或者，取95. OmL煅燒前驅(qū)體I、5. OmL煅燒前驅(qū)體II、102. Omg聚こニ醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀；將沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，再研磨至粉末狀得煅燒前驅(qū)體III ;(4)煅燒將上述煅燒前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒。其中，燒結(jié)升溫速率為6°C /min，燒結(jié)峰值溫度為1175°C，峰值溫度下保溫4h。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及原理說(shuō)明如下在步驟(I)中，可溶性鋁鹽在優(yōu)化的水熱反應(yīng)條件下生成的產(chǎn)物為勃姆石溶膠，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)洗滌除雜后，作為煅燒前驅(qū)體I。其中，加入分散劑可改善溶膠的分散性，加入晶化劑可提高勃姆石溶膠粒子的結(jié)晶度，有利于得到形貌規(guī)整、分散良好的溶膠粒子。在步驟(2)中，醇鋁鹽在優(yōu)化的水熱反應(yīng)條件下，生成擬勃水鋁石溶膠，經(jīng)過(guò)洗滌除雜后，作為煅燒前驅(qū)體II。其中，加入雙氧水可促進(jìn)擬勃水鋁石的成核，有利于得到細(xì)小的溶膠粒子。在步驟(3)中，先通過(guò)超聲、研磨等分散過(guò)程，使兩種煅燒前驅(qū)體形成均勻混合，然后通過(guò)干燥除去分散溶劑，再研磨后得到煅燒前驅(qū)體III。在步驟(4)中，通過(guò)煅燒過(guò)程，實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體III的α晶型轉(zhuǎn)化，得到a -Al2O3粉體。其中，煅燒前驅(qū)體III是煅燒前驅(qū)體I和II的均勻混合物，即一種勃姆石和擬勃水鋁石的混合物相，在優(yōu)化的煅燒條件下，前驅(qū)體II率先實(shí)現(xiàn)α晶型轉(zhuǎn)化，此時(shí)前驅(qū)體I可作為一種物理隔離相，避免率先生成的a-Al2O3粒子 發(fā)生燒結(jié)團(tuán)聚；通過(guò)進(jìn)一步煅燒，前驅(qū)體I也開(kāi)始發(fā)生α晶型轉(zhuǎn)化，此時(shí)由前驅(qū)體II率先生成的a -Al2O3粒子可作為煅燒晶種，通過(guò)峰值煅燒溫度控制前驅(qū)體I的晶型轉(zhuǎn)化速度，可實(shí)現(xiàn)從前驅(qū)體I到煅燒晶種的定向晶型轉(zhuǎn)化，有利于得到形貌規(guī)整、粒度均勻、分散良好的a -Al2O3 粉體。 與現(xiàn)有的水熱/溶劑熱、熱解、醇鹽水解、溶膠-凝膠等技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)良效果如下I.有效解決了氧化鋁顆粒在α晶型轉(zhuǎn)化煅燒過(guò)程中容易發(fā)生熱聚或形成燒結(jié)瓶頸等所引起的團(tuán)聚問(wèn)題，可制備粒子尺寸為100 300nm、形貌呈規(guī)整的顆粒狀、單分散性的Ct-Al2O3粉體。2.與水熱/溶劑熱直接實(shí)現(xiàn)氧化鋁的α晶型轉(zhuǎn)化的方法相比，本發(fā)明方法反應(yīng)條件溫和，可制備高純度的a -Al2O3粉體，產(chǎn)品純度達(dá)到99. 95%以上。3.與硫酸鋁銨、碳酸鋁銨等熱解法相比、本發(fā)明方法產(chǎn)生的三廢少、可實(shí)現(xiàn)環(huán)保化生產(chǎn)。4.與醇鹽水解、溶膠-凝膠等生產(chǎn)技術(shù)相比，本發(fā)明在水溶液體系下，以無(wú)機(jī)鋁鹽作為主要原料，生產(chǎn)成本低，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


圖I是實(shí)施例I所得氧化鋁粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖2是實(shí)施例I所得氧化鋁粉體的激光粒度分布圖。圖3是實(shí)施例2所得氧化鋁粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖4是實(shí)施例2所得氧化鋁粉體的激光粒度分布圖。圖5是實(shí)施例3所得氧化鋁粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖6是實(shí)施例3所得氧化鋁粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)照片。圖7是實(shí)施例3所得氧化鋁粉體的激光粒度分布圖。圖8是實(shí)施例4所得氧化鋁粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖9是實(shí)施例4所得氧化鋁粉體的激光粒度分布圖。圖10是實(shí)施例5所得氧化鋁粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)照片。
圖11是對(duì)比例I所得氧化鋁粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖12是對(duì)比例2所得氧化鋁粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不限于此。實(shí)施例I(I)前驅(qū)體I的制備①首先將7. 5g Al (NO3)3 · 9Η20、102· Omg 聚乙二醇 PEG6000 和 31. Omg H3BO3 加入100. OmL去離子水中，攪拌至完全溶解；然后強(qiáng)烈攪拌下逐滴加入25wt %的濃氨水，調(diào)節(jié)pH值為9，繼續(xù)攪拌30min得到白色乳狀懸浮物。其中，可溶性鋁鹽為Al (NO3)3 · 9H20，分散劑 I為聚乙二醇PEG6000，晶化劑為H3BO3 ;鋁鹽溶液濃度為O. 2mol/L,以氧化鋁計(jì)，分散劑I與鋁鹽的質(zhì)量比為10 100，晶化劑與鋁鹽的質(zhì)量比為3 100。②將上述白色乳狀懸浮物置于密閉反應(yīng)釜中，于240°C烘箱中水熱反應(yīng)12h ;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量乙醇至總體積100. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體I。(2)前驅(qū)體II的制備①將5. 15g異丙醇鋁、17. 5mL去離子水、O. 625mL30%的雙氧水混合，攪拌均勻得到白色懸浮液，其中醇鋁鹽、水、雙氧水的摩爾比為I : 38 0.24。②將上述懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于90°C烘箱中反應(yīng)5h。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量乙醇至總體積為125. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體II。(3)煅燒前驅(qū)體III的制備取99. OmL前驅(qū)體I、I. OmL前驅(qū)體II、102. Omg聚乙二醇PEG6000(分散劑II)混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀。將上述沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，即為煅燒前驅(qū)體III。其中，以氧化鋁計(jì)，前驅(qū)體
I、前驅(qū)體II與分散劑II的質(zhì)量比為99 : I : 10。(4)煅燒將上述煅燒前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒。其中，燒結(jié)升溫速率為6 V /min，燒結(jié)峰值溫度為1175°C，峰值溫度下保溫4h。所得產(chǎn)物的XRD衍射圖譜分析為a -Al2O3，參見(jiàn)圖I ;經(jīng)元素分析檢測(cè)，產(chǎn)品純度達(dá)
99.95%以上；粉體分散性好、粒徑分布均勻，平均粒徑約238nm，參見(jiàn)圖2。實(shí)施例2前驅(qū)體I、前驅(qū)體II的制備，同實(shí)施例I。所不同的是前驅(qū)體III的制備方法如下取97. OmL煅燒前驅(qū)體I、3. OmL煅燒前驅(qū)體II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作為分散劑II，以氧化鋁計(jì)，煅燒前驅(qū)體Ι、Π及分散劑II的質(zhì)量比為97 3 10。將上述沉淀研磨、干燥、再研磨至粉末狀的煅燒前驅(qū)體III，同實(shí)施例I。后續(xù)煅燒步驟同實(shí)施例I。所得產(chǎn)物的XRD衍射圖譜顯示為α _Α1203(參見(jiàn)圖3);經(jīng)元素分析檢測(cè)，產(chǎn)品純度達(dá)99. 95%以上；粉體分散性好、粒徑分布均勻，平均粒徑約228nm(參見(jiàn)圖4)。實(shí)施例3前驅(qū)體I、前驅(qū)體II的制備，同實(shí)施例I。所不同的是前驅(qū)體III的制備方法如下取95. OmL煅燒前驅(qū)體I、5. OmL煅燒前驅(qū)體II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作為分散劑II，以氧化鋁計(jì)，煅燒前驅(qū)體Ι、Π及分散劑II的質(zhì)量比為95 5 10。將上述沉淀研磨、 干燥、再研磨至粉末狀的煅燒前驅(qū)體III，同實(shí)施例I。后續(xù)煅燒步驟同實(shí)施例I。所得產(chǎn)物的XRD衍射圖譜顯示為α_Α1203 (參見(jiàn)圖5);經(jīng)元素分析檢測(cè)，產(chǎn)品純度達(dá)99. 95%以上；粉體呈顆粒狀(參見(jiàn)圖6);分散性好、粒徑分布均勻，平均粒徑約242nm(參見(jiàn)圖7)。實(shí)施例4前驅(qū)體I、前驅(qū)體II的制備，同實(shí)施例I。所不同的是前驅(qū)體III的制備方法如下取90. OmL煅燒前驅(qū)體I、10. OmL煅燒前驅(qū)體II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作為分散齊U II，以氧化鋁計(jì)，煅燒前驅(qū)體I、II及分散劑II的質(zhì)量比為90 10 10。將上述沉淀研磨、干燥、再研磨至粉末狀的煅燒前驅(qū)體III，同實(shí)施例I。后續(xù)煅燒步驟同實(shí)施例I。所得產(chǎn)物的XRD衍射圖譜顯示為α _Α1203(參見(jiàn)圖8);經(jīng)元素分析檢測(cè)，產(chǎn)品純度達(dá)99. 95%以上；粉體分散性好、粒徑分布均勻，平均粒徑約247nm(參見(jiàn)圖9)。實(shí)施例5(I)前驅(qū)體I的制備①首先將2. Og AlCl3、115.0mg 聚乙烯醇 PVA1799 和 38.0mg KF 加入 100. OmL 去離子水中，攪拌至完全溶解；然后強(qiáng)烈攪拌下逐滴加入25wt%的濃氨水，調(diào)節(jié)pH值為10，繼續(xù)攪拌30min得到白色乳狀懸浮物。其中，可溶性鋁鹽為AlCl3，分散劑I為聚乙烯醇PVA1799,晶化劑為KF ;鋁鹽溶液濃度為O. 15mol/L,以氧化鋁計(jì)，分散劑I與鋁鹽的質(zhì)量比為15 100，晶化劑與鋁鹽的質(zhì)量比為5 100。②將上述白色乳狀懸浮物置于密閉反應(yīng)釜中，于260°C烘箱中水熱反應(yīng)I !;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量乙醇至總體積75. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體I。(2)前驅(qū)體II的制備①將4. 97g仲丁醇鋁、17. 5mL去離子水、O. 75mL30%的雙氧水混合，攪拌均勻得到白色懸浮液,其中醇鋁、水、雙氧水的摩爾比為I : 48 0.36。②將上述懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于100°C烘箱中反應(yīng)8h。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量乙醇至總體積為
100.OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體II。(3)煅燒前驅(qū)體III的制備取57. OmL前驅(qū)體I、3. OmL前驅(qū)體ΙΙ、6(λ Omg聚乙烯醇PVA1799 (分散劑II)混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀。將上述沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，即為煅燒前驅(qū)體III。其中，以氧化鋁計(jì)，前驅(qū)體I、前驅(qū)體II與分散劑II的質(zhì)量比為95 : 5 : 10。(4)煅燒將上述煅燒前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒。其中，燒結(jié)升溫速率為60C /min，燒結(jié)峰值溫度為1185°C，峰值溫度下保溫時(shí)間為4h。所得產(chǎn)物經(jīng)XRD分析為a -Al2O3,元素分析表明氧化鋁純度達(dá)99. 95%以上；SEM照片顯示，粉體分散性好、粒徑分布均勻，粒子尺寸約100 300nm(參見(jiàn)圖10)。對(duì)比例I(I)依據(jù)實(shí)施例I中步驟(I)的方法，制得前驅(qū)體I。(2)取100. OmL煅燒前驅(qū)體I、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分 散30min，然后離心分離得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作為分散劑II，以氧化鋁計(jì)，煅燒前驅(qū)體I與分散劑II的質(zhì)量比為100 10。(3)將步驟(2)得到的沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，作為煅燒前驅(qū)體III。(4)煅燒，同實(shí)施例I。依據(jù)XRD衍射圖譜判斷，所得產(chǎn)物并非是均相Q-Al2O3，而是含有α、Θ和γ三種晶型的混合物相(參見(jiàn)圖11)。這是因?yàn)樵陟褵膀?qū)體III中未加入煅燒前驅(qū)體II，在相同的煅燒條件下，相當(dāng)于缺少了促進(jìn)前驅(qū)體III晶相轉(zhuǎn)化的a -Al2O3煅燒晶種，所以最終產(chǎn)物未能實(shí)現(xiàn)煅燒前驅(qū)體III的α晶相轉(zhuǎn)化。對(duì)比例2(I)依據(jù)對(duì)比例I中步驟⑴、⑵、⑶的方法，制得煅前驅(qū)體III。(2)將上述煅燒前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒。其中，燒結(jié)升溫速率為6°C /min，燒結(jié)峰值溫度為1250°C，峰值溫度下保溫時(shí)間為lh。依據(jù)XRD檢測(cè)分析，所得產(chǎn)物為a -Al2O3,但SEM照片顯示，粉體顆粒為蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的燒結(jié)團(tuán)聚，導(dǎo)致顆粒尺寸明顯增大(參見(jiàn)圖12)。這是因?yàn)殡m然通過(guò)提高峰值煅燒溫度促進(jìn)了前驅(qū)體III的α晶相轉(zhuǎn)化，但同樣是缺少了煅燒前驅(qū)體II，因此缺少Ci-Al2O3煅燒晶種，使前驅(qū)體III的α晶相轉(zhuǎn)化無(wú)序進(jìn)行，容易發(fā)生熱聚和燒結(jié)瓶頸，造成粉體團(tuán)聚。
權(quán)利要求
1.一種單分散a-Al2O3粉的制備方法，包括步驟如下 (1)前驅(qū)體I的制備 ①首先將可溶性鋁鹽配制成O.05 O. 5mol/L的溶液，然后加入適量分散劑I和晶化劑攪拌溶解，再逐滴加入25wt%的濃氨水，調(diào)節(jié)pH值為7 11，繼續(xù)攪拌30 60min得到白色乳狀懸浮液；所述可溶性鋁鹽選自 Al (NO3) 3 · 9H20、A1C13、AlCl3 · 6H20、Al2 (SO4) 3、Al2 (SO4) 3 · 18H20之一或組合，所述分散劑I選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸銨、聚甲基丙烯酸甲酯之一或組合，所述晶化劑選自H3B03、Na2B4O7, NaF, KF之一或組合；以氧化鋁計(jì)，分散劑I與鋁鹽的質(zhì)量比為(I 30) 100，晶化劑與鋁鹽的質(zhì)量比為(I 6) 100； ②將上述白色乳狀懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于180 300°C反應(yīng)8 48h;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再分散于適量無(wú)水乙醇中得到前驅(qū)體； (2)前驅(qū)體II的制備 ①將醇鋁鹽加入去離子水與雙氧水的混合溶液中，攪拌均勻得懸浮液； 所述醇鋁鹽選自異丙醇鋁、叔/仲/正丁醇鋁、乙二醇鋁、芐醇鋁之一或組合，醇鋁鹽、水、雙氧水的摩爾比為I : (20 50) (O. 10 O. 50); ②將上述懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于80 120°C加熱反應(yīng)I 9h;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再分散于適量無(wú)水乙醇中得到前驅(qū)體II ； (3)前驅(qū)體III的制備 取上述制備的前驅(qū)體I、前驅(qū)體II及分散劑II攪拌均勻，超聲分散20 40min，然后離心分離得到沉淀；將所得沉淀研磨30 60min，再于40 80°C干燥5 8h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，即為前驅(qū)體III ;其中，所述分散劑II選自聚乙二醇、檸檬酸、檸檬酸三鈉、油酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉之一或組合；以氧化鋁計(jì)，前驅(qū)體I、前驅(qū)體II及分散劑II的質(zhì)量比為(75 99) (25 I) (I 30); (4)煅燒 將步驟(3)所得前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒，燒結(jié)升溫速率為I IO0C /min，燒結(jié)峰值溫度為1050 1300°C，峰值溫度下保溫I 8h，得到單分散a -Al2O3粉體。產(chǎn)品純度達(dá)99. 95%。
2.如權(quán)利要求I所述的單分散a-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟(I)①中，分散劑I為聚乙二醇PEG6000，晶化劑為H3BO3 ;鋁鹽溶液的濃度為O. I O. 3mol/L，pH調(diào)節(jié)為8 10;以氧化鋁計(jì)，分散劑I與鋁鹽的質(zhì)量比為(5 15) 100，晶化劑與鋁鹽的質(zhì)量比為(2 4) 100。
3.如權(quán)利要求I所述的單分散a-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟(I)②中，反應(yīng)溫度為220 240°C，反應(yīng)時(shí)間為10 24h。
4.如權(quán)利要求I所述的單分散a-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟⑵①中，所述醇鋁鹽為異丙醇鋁，所述醇鋁鹽、水、雙氧水的摩爾比為I : (30 40) (O. 20 O. 40)。
5.如權(quán)利要求I所述的單分散a-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟(2)②中，反應(yīng)溫度為90 100°C，反應(yīng)時(shí)間為3 6h。
6.如權(quán)利要求I所述的單分散a-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，分散劑II為分子量為6000的聚乙二醇PEG6000，煅燒前驅(qū)體I、前驅(qū)體II及分散劑II的質(zhì)量比為(90 99) (10 I) (I 15)。
7.如權(quán)利要求I所述的單分散a-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，升溫速率為5 8°C /min，燒結(jié)峰值溫度為1100 1200°C，峰值溫度下保溫2 5h。
8.如權(quán)利要求I所述的單分散Ci-Al2O3粉的制備方法，其特征在于，步驟如下 (1)前驅(qū)體I的制備將 7. 5g Al (NO3) 3 · 9Η20、102· Omg 聚乙二醇 PEG6000 和 31. Omg H3BO3 加入 100. OmL 去離子水中，攪拌至完全溶解；強(qiáng)烈攪拌下逐滴加入25wt%的濃氨水，調(diào)節(jié)pH值為9，繼續(xù)攪拌30min得到乳狀懸浮物；將乳狀懸浮物置于密閉反應(yīng)釜中，于240°C烘箱中水熱反應(yīng)12h ；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量乙醇至總體積100. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體I ; (2)前驅(qū)體II的制備 將5. 15g異丙醇鋁、17. 5mL去離子水、O. 625mL30 %的雙氧水混合，攪拌均勻得到白色懸浮液，將所得懸浮液置于密閉反應(yīng)釜中，于90°C烘箱中反應(yīng)5h;反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離，并依次用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌各兩次，然后離心分離，再加入適量乙醇至總體積為125. OmL，超聲分散為均勻的白色懸浮液，得到煅燒前驅(qū)體II ； (3)煅燒前驅(qū)體III的制備 取97. OmL前驅(qū)體I、3. OmL前驅(qū)體II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀；將沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后將干燥產(chǎn)物研磨至粉末狀，即為煅燒前驅(qū)體III ;或者， 取95. OmL煅燒前驅(qū)體I、5. OmL煅燒前驅(qū)體11、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合攪拌均勻，再超聲分散30min，然后離心分離得到沉淀；將沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，再研磨至粉末狀得煅燒前驅(qū)體III ; (4)煅燒 將上述煅燒前驅(qū)體III置于坩堝中，于高溫?zé)Y(jié)爐中煅燒。其中，燒結(jié)升溫速率為6°C /min，燒結(jié)峰值溫度為1175 °C，峰值溫度下保溫4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及單分散高純?chǔ)?Al2O3粉的制備方法。包括用可溶性鋁鹽在水熱條件下反應(yīng)生成溶膠產(chǎn)物，經(jīng)洗滌除雜后作為煅燒前驅(qū)體I；采用醇鋁鹽在水熱條件下生成溶膠，經(jīng)洗滌除雜后作為煅燒前驅(qū)體II；然后通過(guò)超聲、研磨等分散手段，使煅燒前驅(qū)體I、II和分散劑均勻混合，再經(jīng)過(guò)干燥、研磨得到煅燒前驅(qū)體III；最后通過(guò)煅燒實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體III的晶型轉(zhuǎn)化，得到單分散的高純?chǔ)?Al2O3粉體。所得粉體的純度高、分散性好、掃描電鏡顯示為100～300nm的分散顆粒，激光粒度呈單分散粒徑分布。本發(fā)明解決了氧化鋁粉體在煅燒過(guò)程中容易發(fā)生燒結(jié)團(tuán)聚的問(wèn)題，反應(yīng)條件溫和、操控簡(jiǎn)單、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定，適合規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102659149SQ20121004906
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者張建, 楊陽(yáng), 焦秀玲, 陳代榮, 陳波 申請(qǐng)人:山東大學(xué)