CN110386615A

CN110386615A - 一种球形氧化铝的制备方法及其球形氧化铝

Info

Publication number: CN110386615A
Application number: CN201910665973.XA
Authority: CN
Inventors: 高承兵; 杨强; 郭洪; 郭庆
Original assignee: Ya'an Betu New Materials Ltd By Share Ltd
Current assignee: Ya'an Betu New Materials Ltd By Share Ltd
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2019-10-29

Abstract

本发明的一种球形氧化铝的制备方法及其球形氧化铝，所述方法包括：一次清洗工序：将制备球形氧化铝的原料和纯水经一次搅拌处理，再经过滤、干燥处理得到初步除去氧化钠和氧化铁杂质的除杂原料；球形氧化铝初产品成型工序：将经过一次清洗工序后得到的除杂原料通过火焰熔融的方法，使除杂原料球状化，用以制成球形氧化铝初产品；二次清洗工序：将制成的球形氧化铝初产品和纯水经二次搅拌处理，再经过滤、干燥处理得到除去氧化钠和氧化铁杂质的球形氧化铝产品。本发明的有益效果体现在，采用本发明方法能够获得低钠铁含量的球形氧化铝产品，具有优良的耐电压性能，能提供优良的绝缘导热性能，能够满足更高绝缘导热需求的电子产品使用。

Description

一种球形氧化铝的制备方法及其球形氧化铝

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，尤其涉及绝缘导热填料领域所用的低钠铁杂质含量的球形氧化铝的制备方法及其球形氧化铝。

背景技术

随着电子产品向轻、薄、高密度化和多功能化方向发展，电子电路基板上原件的组装密度和集成度越来越高，工作时单位面积上产生的热量越来越大，热量蓄积会危及电子产品的可靠性和寿命。同时，电子电路基板上用的导热填料，另一项重要指标就是绝缘，绝缘性能不足，会导致短路、电击穿故障，烧毁电子产品。特别是针对铝基覆铜板而言，绝缘和导热性能至关重要，而绝缘导热填料同时满足了电子产品中导热和绝缘两个重要要求。

常规使用的绝缘导热填料有氧化铝、氮化铝、氮化硼，但是后两者价格昂贵，且氮化硼填充量低，氮化铝易潮解，应用受限。氧化铝是目前使用量最大的绝缘导热填料，其中球形氧化铝的高填充特性，使其导热表现优于普通煅烧氧化铝。目前球形氧化铝的工业制造方法是采用氧化铝为原料，穿过火焰炉中高温火焰区，熔融成球，再冷却收集得到。专利《氧化铝粉末、其制造方法以及其用途》(专利号200680056248.3)中也详细描述了该方法。但是，整个球形氧化铝制造过程中，没有针对性去除钠铁杂质的工序。因为制造工艺原因，市售的品质最优的AO-1级氧化铝，其中钠含量也在0.5wt％左右，即使经过高温处理会挥发大部分钠杂质，最终也会保持在0.05wt％以上，而氧化铝熔融成球过程中，内部钠杂质也会向表面析出。同时，加工过程中还会因钢铁设备磨损而引入氧化铁杂质，又因α-氧化铝莫氏硬度高达8-9，这一磨损过程十分显著。大量钠铁杂质的存在，会导致产品耐电压性能大幅度下降，甚至导致电路板击穿。

发明内容

本发明为了解决目前球形氧化铝工业制造方法中钠铁杂质残留过多的缺陷，提供一种低钠铁杂质含量的球形氧化铝的制备方法，为有更高绝缘导热需求的电子产品提供绝缘导热性能优异的低钠铁杂质含量的球形氧化铝产品。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种球形氧化铝的制备方法，所述方法包括：

一次清洗工序：将制备球形氧化铝的原料和纯水经一次搅拌处理，再经过滤、干燥处理得到初步除去氧化钠和氧化铁杂质的除杂原料；所述一次搅拌处理具体为，在搅拌状态下的纯水中添加制备球形氧化铝的原料配成原料浆液，所述原料浆液中辅以强磁棒，处于搅拌状态下的原料浆液淹没所述强磁棒，搅拌时间维持30～120min；所述原料选择微米级工业氧化铝和/或煅烧氧化铝；

球形氧化铝初产品成型工序：将经过一次清洗工序后得到的除杂原料通过火焰熔融的方法，使除杂原料球状化，用以制成球形氧化铝初产品；

二次清洗工序：将制成的球形氧化铝初产品和纯水经二次搅拌处理，再经过滤、干燥处理得到除去氧化钠和氧化铁杂质的球形氧化铝产品，所述球形氧化铝产品的氧化钠含量低于0.02％，氧化铁含量低于0.02％；所述二次搅拌处理具体为，在搅拌状态下的纯水中添加制成的球形氧化铝初产品配成球形氧化铝浆液，所述球形氧化铝浆液中辅以强磁棒，处于搅拌状态下的球形氧化铝浆液淹没所述强磁棒，搅拌时间维持30～120min。

优选方案，所述一次搅拌处理中，所述纯水初始水温维持50～80℃，所述纯水初始电导率低于10μS/cm。

优选方案，所述一次搅拌处理中，所述强磁棒的磁场强度高于6000高斯。

优选方案，所述二次搅拌处理中，所述纯水初始水温维持50～80℃，所述纯水初始电导率低于10μS/cm。

优选方案，所述二次搅拌处理中，所述强磁棒的磁场强度高于6000高斯。

优选方案，所述微米级工业氧化铝和/或煅烧氧化铝平均粒径为1～200um，所述微米级工业氧化铝和/或煅烧氧化铝的氧化铁含量低于0.05％，氧化钠含量低于0.5％，含水率低于1％。

优选方案，所述方法制备的球形氧化铝产品的氧化钠含量低于0.005％。

优选方案，所述方法制备的球形氧化铝产品的氧化铁含量低于0.01％。

提供一种球形氧化铝，所述球形氧化铝的氧化钠含量低于0.02％，所述球形氧化铝的氧化铁含量低于0.02％。

优选方案，所述球形氧化铝的氧化钠含量低于0.005％，所述球形氧化铝的氧化铁含量低于0.01％。

本发明的有益效果体现在，提供一种球形氧化铝的制备方法及其球形氧化铝，制备方法中采用一次清洗工序的方式，有效从源头控制球形氧化铝产品的钠铁杂质含量；进一步采用二次清洗工序的方式，对球形氧化铝初产品球化成型过程中新产生的钠铁杂质更进一步清除干净，进一步对生产的球形氧化铝产品中钠铁杂质含量的有效把控；采用本发明方法能够获得低钠铁含量的球形氧化铝产品，低钠铁含量的球形氧化铝产品具有优良的耐电压性能，能提供优良的绝缘导热性能，能够满足更高绝缘导热需求的电子产品使用；因此，采用本发明制备的球形氧化铝产品制备的电子产品，具有耐电压性能、绝缘导热性能优异的特点。

附图说明：

图1为本发明实施例所述球形氧化铝的制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明提供的具体实施例如下：

本实施例的一种球形氧化铝的制备方法，所述方法包括：

球形氧化铝初产品成型工序：将经过一次清洗工序后得到的除杂原料通过火焰熔融的方法，使除杂原料球状化，用以制成球形氧化铝初产品；在本工序中利用火焰熔融方法使除杂原料球状化，一般可以通过天然气和氧气混合燃烧的火焰炉实现除杂原料颗粒球状化的目的；常规火焰炉炉膛呈竖直状态，炉顶设置燃烧枪，竖直向下喷出火焰，类似倒放的蜡烛火焰，以一定速率投料量投进去的粉料从燃烧枪中心射出穿过火焰，这一过程中，单个粉粒在高温下熔化，在表面张力的作用下收缩形成球状，然后被物料收集系统统一收集；

上述实施例中，一次清洗工序的目的在于，初步除去制备球形氧化铝产品的原料中的氧化钠和氧化铁杂质。一次清洗工序中采用的设备可以选择塑料搅拌反应釜，其中反应釜内壁贴壁放置有强磁棒。在进行一次搅拌处理时，首先在反应釜中注入纯水，开启搅拌，再投入原料配成原料浆液。原料浆液应淹没强磁棒，使得原料中磁性异物(如氧化铁杂质)被吸附到强磁棒上而去除；进一步可溶性的钠杂质溶于纯水中，经过过滤而去除。通过持续的搅拌动作，加速原料浆液流动，促进钠杂质溶解，使得钠铁杂质去除更为彻底，通过原料进行一次清洗工序的方式，有效从源头控制球形氧化铝产品的钠、铁杂质(钠、铁杂质分别对应氧化钠和氧化铁)含量。将一次搅拌处理后的原料浆液过滤得到的滤饼经过干燥便得到除去钠铁杂质的除杂原料。将除去钠铁杂质的除杂原料投入火焰炉，粉体快速穿过高温火焰区熔融成微球，制成球形氧化铝初产品。而上述通过火焰熔融的方法制成球形氧化铝初产品的过程中，火焰炉管道内壁、旋风收集器内壁大量铁杂质会被经过的球形氧化铝磨削下来，混入其制得的初产品中；同时由于高温熔融环境，将导致氧化铝原料内部钠杂质重新迁移至球形氧化铝初产品表面，此时制成的球形氧化铝初产品不可避免的引入了钠铁杂质，降低球形氧化铝产品的品质。因此，本实施例中继续设计二次清洗工序，其目的在于将除杂原料球化过程中新产生的钠铁杂质更进一步清除干净。二次清洗工序中采用的设备可以选择塑料搅拌反应釜，其中反应釜内壁贴壁放置有强磁棒。在进行二次搅拌处理时，首先在反应釜中注入纯水，开启搅拌，再投入制成的球形氧化铝初产品配成球形氧化铝浆液。球形氧化铝浆液应淹没强磁棒，使得球形氧化铝浆液中磁性异物(如氧化铁杂质)被有效吸附到强磁棒上而去除；进一步可溶性的钠杂质溶于纯水中，经过过滤而去除。通过持续的搅拌动作，加速球形氧化铝浆液流动，促进钠杂质溶解，使得钠铁杂质去除更为彻底。将二次搅拌处理后的球形氧化铝浆液过滤得到的滤饼经过干燥便得到除去钠铁杂质的球形氧化铝成品。采用ICP-AES方法检测球形氧化铝成品中钠、铁杂质，其中氧化钠杂质含量低于0.02％，氧化铁杂质含量低于0.02％。通过球形氧化铝初产品进行二次清洗工序的方式，对球形氧化铝初产品球化成型过程中新产生的钠铁杂质更进一步清除干净，进一步对生产的球形氧化铝产品中钠铁杂质含量的有效把控。

在本发明的一次搅拌处理过程中，从制备球形氧化铝原料中钠、铁杂质去除效果角度考虑，为保证一次搅拌处理过程的钠杂质的溶解浓度以及铁杂质的吸附程度，搅拌时间维持30～120min，进一步优选搅拌时间为60min，维持适当的搅拌速度，纯水初始水温维持50～80℃，纯水初始电导率低于10μS/cm，强磁棒的磁场强度高于6000高斯。在搅拌过程中，通过提高纯水温度可以增加钠离子溶解度，提高钠离子溶出效率；同时，纯水的电导率越低，钠离子杂质可以清洗的越干净；通过增加强磁棒的磁场强度，可以加强强磁棒对氧化铁杂质的吸附能力。

在本发明的二次搅拌处理过程中，从球形氧化铝初产品中钠、铁杂质去除效果角度考虑，为保证二次搅拌处理过程的钠杂质的溶解浓度以及铁杂质的吸附程度，搅拌时间维持30～120min，进一步优选搅拌时间为60min，维持适当的搅拌速度，纯水初始水温维持50～80℃，纯水初始电导率低于10μS/cm，强磁棒的磁场强度高于6000高斯。在搅拌过程中，通过提高纯水温度可以增加钠离子溶解度，提高钠离子溶出效率；同时，纯水的电导率越低，钠离子杂质可以清洗的越干净；通过增加强磁棒的磁场强度，可以加强强磁棒对氧化铁杂质的吸附能力。

为了获得本发明的低钠铁含量的球形氧化铝产品，作为初始原料，所述微米级工业氧化铝和/或煅烧氧化铝平均粒径为1～200um，原料中的氧化铁含量低于0.05％，氧化钠含量低于0.5％，含水率低于1％。

为使得球形氧化铝产品具有更低的氧化钠、氧化铁含量，可以选用低钠铁含量的氧化铝作为原料，如经高温煅烧的氧化铝可以挥发带走部分氧化钠杂质，进一步使制备的球形氧化铝产品的氧化钠含量低于0.005％，氧化铁含量低于0.01％。

采用本发明所述的方法能够获得低钠铁含量的球形氧化铝产品，所述球形氧化铝的氧化钠含量低于0.02％，所述球形氧化铝的氧化铁含量低于0.02％；更优的，所述球形氧化铝的氧化钠含量低于0.005％，所述球形氧化铝的氧化铁含量低于0.01％。低钠铁含量的球形氧化铝产品具有优良的耐电压性能，能提供优良的绝缘导热性能，能够满足更高绝缘导热需求的电子产品使用。

以下利用具体的实施例和比较例等对本发明作进一步详细的解释和说明，但这些实施例或比较例等并不对本发明的范围进行任何限定。

实施例1：

将400kg工业氧化铝、平均粒径为90微米的原料首先进行一次清洗工序，搅拌清洗30分钟，搅拌清洗过程中，辅以强磁棒去除磁性铁杂质，然后过滤，滤饼经过燃气式旋转窑干燥。干燥后得到的除杂原料经火焰炉高温熔融成球形氧化铝初产品，球形氧化铝初产品平均粒径70微米。球形氧化铝初产品经过二次清洗工序除去钠铁杂质，最后经电热烘箱干燥，得到低钠铁杂质含量的球形氧化铝成品，其氧化钠含量0.0067％，氧化铁含量0.0109％。

实施例2：

将400kg工业氧化铝、平均粒径为50微米的原料首先进行一次清洗工序，搅拌清洗30分钟，搅拌清洗过程中，辅以强磁棒去除磁性铁杂质，然后过滤，滤饼经过燃气式旋转窑干燥。干燥后得到的除杂原料经火焰炉高温熔融成球形氧化铝初产品，球形氧化铝初产品平均粒径40微米。球形氧化铝初产品经过二次清洗工序除去钠铁杂质，最后经微波干燥，得到低钠铁杂质含量的球形氧化铝成品，其氧化钠含量0.0031％，氧化铁含量0.0094％。

实施例3：

将500kg煅烧氧化铝、平均粒径为50微米的原料首先进行一次清洗工序，搅拌清洗30分钟，搅拌清洗过程中，辅以强磁棒去除磁性铁杂质，然后过滤，滤饼经过燃气式旋转窑干燥。干燥后得到的除杂原料经火焰炉高温熔融成球形氧化铝初产品，球形氧化铝初产品平均粒径40微米。球形氧化铝初产品经过二次清洗工序除去钠铁杂质，最后经微波干燥，得到低钠铁杂质含量的球形氧化铝，其氧化钠含量0.0027％，氧化铁含量0.0069％。

对比例1：

将400kg工业氧化铝、平均粒径为90微米的原料投入火焰炉，经火焰炉高温熔融成球形氧化铝，球形氧化铝成品平均粒径70微米，其氧化钠含量0.0965％，氧化铁含量0.0575％。

对比例2：

将500kg煅烧氧化铝、平均粒径为50微米的原料投入火焰炉，经火焰炉高温熔融成球形氧化铝，球形氧化铝成品平均粒径40微米，其氧化钠含量0.0327％，氧化铁含量0.0639％。

将各实施例以及对比例取样进行检测，其中钠、铁杂质含量采用ICP-AES方法检测，检测结果换算成氧化物形式表示，检测结果列于表1中；其中耐电压性能测试依照ICP-TM-6502.5.6.2规范测试，将制备成的铝基覆铜板裁成100mm x 100mm规格三片，测试铝基覆铜板击穿电压值并取平均值，测试结果列于表1中。

表1

从表1所示的结果可知：与比较例1和2的球形氧化铝产品相比，实施例1、2和3的球形氧化铝产品具有更低的钠杂质含量和铁杂质含量，对应制备的铝基覆铜板具有更高的击穿电压值。如实施例3与对比例2，采用同样的500kg煅烧氧化铝、平均粒径为50微米的原料制备球形氧化铝，利用本发明所述的方法制备的产品的杂质含量相比于对比例2降低接近一个数量级，尤其是钠杂质含量明显降低，对应制备的铝基覆铜板的击穿电压值也明显提高，具有更优的耐电压性能。即经过本发明所述方法制备的球形氧化铝微粉，钠铁杂质含量大幅度降低，耐电击穿能力也得到显著改善。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌处理中，所述纯水初始水温维持50～80℃，所述纯水初始电导率低于10μS/cm。

3.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌处理中，所述强磁棒的磁场强度高于6000高斯。

4.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述二次搅拌处理中，所述纯水初始水温维持50～80℃，所述纯水初始电导率低于10μS/cm。

5.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述二次搅拌处理中，所述强磁棒的磁场强度高于6000高斯。

6.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述微米级工业氧化铝和/或煅烧氧化铝平均粒径为1～200um，所述微米级工业氧化铝和/或煅烧氧化铝的氧化铁含量低于0.05％，氧化钠含量低于0.5％，含水率低于1％。

7.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法制备的球形氧化铝产品的氧化钠含量低于0.005％。

8.根据权利要求1所述的一种球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法制备的球形氧化铝产品的氧化铁含量低于0.01％。

9.一种球形氧化铝，其特征在于，所述球形氧化铝的氧化钠含量低于0.02％，所述球形氧化铝的氧化铁含量低于0.02％。

10.根据权利要求9所述的一种球形氧化铝，其特征在于，所述球形氧化铝的氧化钠含量低于0.005％，所述球形氧化铝的氧化铁含量低于0.01％。