CN100378002C - 板状氧化铝颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过熔盐法制备板状 Al₂O₃ 颗粒及其尺寸控制的方法，属于精细化工领域；本发明的主要特征在于以部分分解的铝盐为 Al₂O₃ 前驱体，通过熔盐法制备近单分散分布的板状 Al₂O₃ 颗粒，或通过在原料粉体中再加入板状 Al₂O₃ 晶种控制最终产物中板状 Al₂O₃ 颗粒的尺寸；本发明提供的制备方法的突出特点是，所得板状 Al₂O₃ 颗粒尺寸细小，在亚微米到几个微米之间，并且可以通过调节板状 Al₂O₃ 晶种的添加量对产物中板状 Al₂O₃ 的颗粒尺寸实现精确控制。

Description

板状氧化铝颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种板状氧化铝(Al₂O₃)颗粒的制备方法，更确切地说涉及一种板状Al₂O₃颗粒的制备及其尺寸控制的方法，属于精细化工领域。

背景技术

板状Al₂O₃颗粒是一种重要的工业原料。在复相陶瓷中板状Al₂O₃作为一种增韧剂可以大幅度提高瓷体中裂纹偏转和桥联效果，改善材料的韧性。利用板状Al₂O₃的高导热性，在塑料电子封装材料中引入板状Al₂O₃可以大幅度提高塑料的热导率，改善电子器件的散热效果。另外，板状Al₂O₃颗粒还是通过模板诱导晶粒生长法制备织构化Al₂O₃陶瓷不可或缺的模板颗粒。最近研究表明，某些织构化Al₂O₃陶瓷的综合力学性能远高于普通Al₂O₃陶瓷，其强度可以达到800MPa左右，而其韧性达10-11MPa·m^1/2。目前关于板状Al₂O₃颗粒的制备方法主要有AlF辅助气相传质Al₂O₃板状颗粒生长法和以铝无机盐为原料的熔盐法等[Richard F.Hill，Robert Danzer andRobert T.Paine.Synthesis of Alumina Oxide Platelets，J.Am.Ceram.Soc.84(3)514-20，2001，S.Hashimoto，and A.Yamaguchi.Synthesis of α-Al₂O₃Platelets Using Sodium Sulfate Flux，J.Mater.Res.，14(12)4667-72，1999]。但从现有报导来看，所得板状Al₂O₃颗粒的尺寸普遍比较粗大(5～33μm)，不但不均匀，且团聚现象往往比较严重。这不利于材料的后续应用。另外，目前尚没有一种可行的方法对所得板状Al₂O₃颗粒尺寸进行精确控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板状Al₂O₃颗粒的制备方法，以克服当今板状Al₂O₃颗粒的制备中存在的上述问题。

本发明目的的实施是以分解的铝盐为原料通过熔盐法制备了尺寸大小均匀且近似呈单分散状态分布的板状Al₂O₃颗粒，并通过控制制备过程中板状Al₂O₃晶种的添加量实现了对最终产物中Al₂O₃板状颗粒尺寸的精确控制。这对板状Al₂O₃粉体的生产和应用具有重要的意义。

具体地说，首先将铝盐于适当温度下煅烧使之部分热分解，以部分分解的铝盐为Al₂O₃前驱体，然后与适当量的熔盐介质(和晶种)混合。经干燥后，在高温下煅烧。水洗去除熔盐介质，即可得到板状Al₂O₃颗粒。主要工艺参数如下：

1.所用的铝盐是在高温下可分解为Al₂O₃的铝的硫酸盐或硝酸盐，如为Al₂(SO₄)₃、NH₄Al(SO₄)₂和Al(NO₃)₃中的一种，所谓部分热分解温度是指铝盐在加温坩埚中开始分解的温度

2.作为熔盐介质使用的无机盐为Na₂SO₄、K₂SO₄、NaCl和KCl中的一种或几种的混合盐；加入量是铝盐完全分解为Al₂O₃后，反应体系中Al₂O₃与熔盐介质的体积比为1∶5-1∶10之间。

3.板状Al₂O₃晶种的添加量为铝盐完全分解为Al₂O₃后反应体系中Al₂O₃总量的5-40wt％。

4.熔盐体系煅烧温度为1100-1300℃，反应时间为1-3小时。

本发明的突出优点是：

以部分分解的铝盐作为Al₂O₃来源所制得的板状Al₂O₃颗粒细小均匀，且几乎无团聚，颗粒尺寸介于亚微米到几个微米之间。再通过加入板状Al₂O₃晶种可以精确控制最终产物中板状Al₂O₃颗粒的尺寸。材料制备工艺简单，适合于工业化批量生产。(详见实施例3)

附图说明：

图1和2分别为实施例1和2中所制备板状Al₂O₃颗粒的扫描电镜照片。

图3为实施例3中添加(A)5wt％，(B)20.7wt％和(C)37wt％板状Al₂O₃晶种时所得Al₂O₃颗粒的扫描电镜照片。

图4为实施例3中板状Al₂O₃颗粒大小与板状Al₂O₃晶种添加量的关系曲线，其中实线为根据Oswald生长机理计算的理论曲线，而散点为具体实验结果。

具体实施方式

下面结合实施例描述的进一步说明本发明的创新点而决非限制本说明。

实施例1

首先，将Al₂(SO₄)₃置于Al₂O₃坩埚中，盖上坩埚盖，然后于900℃煅烧3小时使之部分分解为Al₂O₃。其次，将部分分解的Al₂(SO₄)₃与适量的Na₂SO₄通过球磨混合，混合粉体的原料配比为使Al₂(SO₄)₃完全分解后生成的Al₂O₃与Na₂SO₄熔盐介质的体积比为1∶6。上述混合粉体经80℃干燥后置于敞口Al₂O₃坩埚中1100℃煅烧1小时。反应产物经多次水洗后去除掉Na₂SO₄，图1为所得六方板状Al₂O₃颗粒的扫描电镜照片。Al₂O₃颗粒为几乎单分散的六方板状颗粒，且尺寸均匀(1±0.1μm)。

实施例2

首先，将Al₂(SO₄)₃置于Al₂O₃坩埚中，盖上坩埚盖，然后于900℃煅烧3小时使之部分分解为Al₂O₃。其次，将部分分解的Al₂(SO₄)₃与适量的Na₂SO₄通过球磨混合，混合粉体的原料配比为使Al₂(SO₄)₃完全分解后生成的Al₂O₃与Na₂SO₄熔盐介质的体积比为1∶8。上述混合粉体经80℃干燥后置于敞口Al₂O₃坩埚中1200℃煅烧2小时。反应产物经多次水洗后去除掉Na₂SO₄，图2为所得六方板状Al₂O₃颗粒的扫描电镜照片。Al₂O₃颗粒同样为几乎单分散的.六方板状颗粒，平均粒径为960±120nm。

实施例3

实施例3与实施例2的工艺过程几乎完全相同，所不同的是在原料粉体球磨混合过程中加入5-40wt％粒径为1μm的六方板状Al₂O₃颗粒作为晶种。图3(A)、(B)和(C)分别为晶种添加量为5、20.7和37wt％时所得板状Al₂O₃颗粒的扫描电镜照片。各试样中Al₂O₃颗粒均为近似六方板状颗粒，其平均粒径随晶种的含量而变化。进一步研究发现，在添加板状Al₂O₃晶种的情况下，粉体中Al₂O₃颗粒是以板状晶种为模板，按照Oswald生长机理生长；由此导致最终粉体中板状Al₂O₃颗粒尺寸与晶种的尺寸和含量应有如下关系，即： $D_f=\frac{D_s}{\sqrt[3]{W_s}},$ 其中D_f和D_s分别为最终粉体中和晶种中板状Al₂O₃的颗粒尺寸，W_s为晶种的重量百分比含量。图4为实施例3中Al₂O₃板状颗粒尺寸与晶种含量的关系曲线，其中散点为具体实验结果，而曲线为按照上述公式计算的理论结果。可以发现二者具有很好的吻合性。因此，根据上述公式，可以通过改变晶种的含量实现对最终粉体中Al₂O₃板状颗粒尺寸的精确控制。

Claims (5)

1.一种板状Al₂O₃颗粒的制备方法，其特征在于首先将铝盐煅烧使之部分热分解，以部分分解的铝盐为Al₂O₃前驱体，然后与熔盐介质球磨混合；经干燥后，在高温下煅烧，水洗去除熔盐介质，得到板状Al₂O₃颗粒；

①所述的铝盐为在高温下可分解为Al₂O₃的铝的硫酸盐或硝酸盐；

②作为熔盐介质使用的无机盐为Na₂SO₄、K₂SO₄、NaCl和KCl中的一种或几种的混合盐；加入量是铝盐完全分解为Al₂O₃后，反应体系中Al₂O₃与熔盐介质的体积比为1∶5-1∶10之间；

③最后煅烧温度为1100～1300℃。

2.按权利要求1所述的板状Al₂O₃颗粒的制备方法，其特征在于所述的铝盐为Al₂(SO₄)₃、NH₄Al(SO₄)₂和Al(NO₃)₃中的任意一种。

3.按权利要求1所述的板状Al₂O₃颗粒的制备方法，其特征在于部分分解的铝盐与熔盐介质混和干燥后的煅烧反应时间为1-3小时。

4.一种板状Al₂O₃颗粒的制备方法，其特征在于首先将铝盐煅烧使之部分热分解，以部分分解的铝盐为Al₂O₃前驱体，然后与熔盐介质和晶种球磨混合；经干燥后，在高温下煅烧，水洗去除熔盐介质，即可得到板状Al₂O₃颗粒；主要工艺参数如下：

①所用的铝盐为Al₂(SO₄)₃、NH₄Al(SO₄)₂或Al(NO₃)₃在高温下可分解为Al₂O₃的盐类；

②作为熔盐介质使用的无机盐为Na₂SO₄、K₂SO₄、NaCl和KCl中的一种或几种的混合盐；加入量是铝盐完全分解为Al₂O₃后，反应体系中Al₂O₃与熔盐介质的体积比为1∶5-1∶10之间；

③所述的晶种为板状Al₂O₃晶种，添加量为铝盐完全分解为Al₂O₃后反应体系中Al₂O₃总量的5-40wt％；

④最后煅烧温度为1100-1300℃。

5.按权利要求4所述的板状Al₂O₃颗粒的制备方法，其特征在于部分分解的铝盐与熔盐介质混和干燥后的煅烧反应时间为1-3小时。

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