CN111484050A - 一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法,以工业氧化铝为原料,通过研磨、外加添加剂、超声、预烧、煅烧等处理手段,制备出了类球形α相纳米氧化铝粉体,且氧化铝粉体中的Na2O含量小于0.02%,解决了现有技术无法同时实现氧化铝粉体纳米化和球形化等问题。并且该方法具有工艺简单、生产成本低、环境友好、适合大规模生产等优点。所制备的类球形的α相纳米氧化铝粉体可用于功能陶瓷、精密抛光材料和半导体材料等领域中。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝粉体的制备方法技术领域,具体而言,涉及一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法。
背景技术
α相氧化铝的化学性质非常稳定,同时具有硬度高、强度高、耐磨性好、绝缘性能强以及电阻率高等优点,在耐火材料、陶瓷材料以及隔膜材料等领域都有着广泛的应用。随着科技的进一步发展,对氧化铝的性质也有了更高的要求,比如颗粒尺寸小,纯度更高,制备过程环保等等。此外,α相氧化铝的颗粒形貌也是影响其性能的一个重要的因素,相比于微米级形状不规则的氧化铝颗粒,纳米级球形氧化铝颗粒具有比表面积更大、流动性更好、收缩率更低的特点。因此,纳米球形氧化铝粉体在精密陶瓷、研磨和抛光等领域有着更加广泛的应用。
目前,微米级球形氧化铝已经出现在很多研究工作和实际生产中,但是纳米级球形氧化铝仅仅在小型化学实验(如溶胶凝胶法)中可以制备出来,很难在大规模工业生产得到推广利用。
同时,氧化铝粉料中的Na2O含量也是评判氧化铝产品质量的一个重要的指标。目前,常见的消除Na2O的添加剂主要有硼酸、氯化铵、氟化物(氟化铵、氟化铝、氟化钙等)。国内外研究机构和企业大多采用单一或混合添加剂进行除纳,并取得了一定效果。但是,利用现有添加剂无法实现纳米级球形氧化铝粉体的制备。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的所提供的一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法,以工业氧化铝为原料,通过研磨、外加添加剂、超声、预烧、煅烧等处理手段,制备出了类球形α相纳米氧化铝粉体,且氧化铝粉体中的Na2O含量小于0.02%,解决了现有技术无法同时实现氧化铝粉体纳米化和球形化等问题。并且该方法具有工艺简单、生产成本低、环境友好、适合大规模生产等优点。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法,包括以下步骤:
(a)、将研磨后的工业氧化铝与水、柠檬酸铵和氟化铵的混合物进行超声处理,得到氧化铝前驱体浆料;
(b)、将步骤(a)得到的所述氧化铝前驱体浆料进行固液分离,分离得到的固体在80-110℃下干燥,得到固态氧化铝前驱体;
(c)、将步骤(b)得到的所述固态氧化铝前驱体在1200-1300℃下煅烧,得到所述类球形α相纳米氧化铝。
优选的,在步骤(a)中,所述研磨采用行星式球磨机进行操作。
优选的,在步骤(a)中,所述研磨的时间为3-5h。
优选的,在步骤(a)中,所述研磨的中间介质为氧化锆球或氧化铝球,更优选的,所述氧化锆球或氧化铝球的直径为1-2mm。
优选的,在步骤(a)中,所述水与所述工业氧化铝的重量比为0.8-1.2:1。
优选的,在步骤(a)中,所述水为去离子水。
优选的,在步骤(a)中,所述柠檬酸铵的添加量是所述工业氧化铝质量的0.8%-1.2%,更优选为1%。
优选的,在步骤(a)中,所述氟化铵的添加量是所述工业氧化铝质量的0.8%-1.2%,更优选为1%。
优选的,在步骤(a)中,所述超声处理的频率为80-110kHz。
优选的,在步骤(a)中,所述超声处理的过程中,水温保持在55-60℃。
优选的,在步骤(b)中,所述固液分离为离心分离,所述离心分离的离心速度为5000-10000转/min。
优选的,在步骤(b)中,所述离心的时间为30-90min。
优选的,在步骤(b)中,所述干燥的方式为烘干;更优选的,所述烘干的时间为12-24h。
优选的,在步骤(c)中,所述煅烧的时间为3-6h。
优选的,在步骤(c)中,所述煅烧在马弗炉中进行操作。
优选的,在步骤(c)中,所述煅烧过程中的升温速度为5-10℃/min。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明所提供的制备方法以工业氧化铝为原料,通过研磨、外加添加剂、超声、预烧、煅烧等处理手段,制备出了类球形α相纳米氧化铝粉体,且氧化铝粉体中的Na2O含量小于0.02%,解决了现有技术无法同时实现氧化铝粉体纳米化和球形化等问题。
(2)本发明所提供的制备方法具有工艺简单、生产成本低、环境友好、适合大规模生产等优点。
(3)本发明所提供的制备方法借助球磨的作用,减小了工业氧化铝原料的尺寸,同时借助超声作用,促进柠檬酸铵和氟化铵与工业氧化铝粉体充分混合均匀,不仅去除附着在氧化铝表面的Na2O,同时有利于煅烧过程中晶间Na2O的去除。
(4)本发明所提供的制备方法同时添加特定比例的柠檬酸铵和氟化铵,在煅烧过程中能加热分解出气体,加强氧化铝粉体的气相传质作用,显著降低α氧化铝的尺寸和Na2O含量,利于制备出低钠、类球形的α相纳米氧化铝粉体,该类球形的α相纳米氧化铝粉体可用于功能陶瓷、精密抛光材料和半导体材料等领域中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1所制备的类球形的α相纳米氧化铝粉体材料的扫描电子显微镜图片;
图2为本申请实施例1所制备的类球形的α相纳米氧化铝粉体材料的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但是本领域技术人员将会理解,下列所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法,包括以下步骤:
(a)、将研磨后的工业氧化铝与水、柠檬酸铵和氟化铵的混合物进行超声处理,得到氧化铝前驱体浆料;
(b)、将步骤(a)得到的所述氧化铝前驱体浆料进行固液分离,分离得到的固体在80-110℃下干燥,得到固态氧化铝前驱体;
(c)、将步骤(b)得到的所述固态氧化铝前驱体在1200-1300℃下煅烧,得到所述类球形α相纳米氧化铝。
本发明所提供的制备方法以工业氧化铝为原料,通过研磨、外加添加剂、超声、预烧、煅烧等处理手段,制备出了类球形α相纳米氧化铝粉体,且氧化铝粉体中的Na2O含量小于0.02%,解决了现有技术无法同时实现氧化铝粉体纳米化和球形化等问题,且具有工艺简单、生产成本低、环境友好、适合大规模生产等优点。
本发明所提供的制备方法借助球磨的作用,减小了工业氧化铝原料的尺寸,同时借助超声作用,促进柠檬酸铵和氟化铵与工业氧化铝粉体充分混合均匀,不仅去除附着在氧化铝表面的Na2O,同时有利于煅烧过程中晶间Na2O的去除。
发明所提供的制备方法同时添加特定比例的柠檬酸铵和氟化铵,在煅烧过程中能加热分解出气体,加强氧化铝粉体的气相传质作用,显著降低α氧化铝的尺寸和Na2O含量,利于制备出低钠、类球形的α相纳米氧化铝粉体,该类球形的α相纳米氧化铝粉体可用于功能陶瓷、精密抛光材料和半导体材料等领域中。
其中,在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述研磨采用行星式球磨机进行操作。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述研磨的时间为3-5h。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述研磨的中间介质为氧化锆球或氧化铝球,更优选的,所述氧化锆球或氧化铝球的直径为1-2mm。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述水与所述工业氧化铝的重量比为0.8-1.2:1,更优选为1:1。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述水为去离子水。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述柠檬酸铵的添加量是所述工业氧化铝质量的0.8%-1.2%,更优选为1%。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述氟化铵的添加量是所述工业氧化铝质量的0.8%-1.2%,更优选为1%。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述超声处理的频率为80-110kHz,例如80kHz、85kHz、90kHz、95kHz、100kHz。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(a)中,所述超声处理的过程中,水温保持在55-60℃。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(b)中,所述固液分离为离心分离,所述离心分离的离心速度为5000-10000转/min。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(b)中,所述离心的时间为30-90min。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(b)中,所述干燥的方式为烘干;更优选的,所述烘干的时间为12-24h。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(c)中,所述煅烧的时间为3-6h。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(c)中,所述煅烧在马弗炉中进行操作。
在本发明一些优选的实施方案中,在步骤(c)中,所述煅烧过程中的升温速度为5-10℃/min,例如5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本发明低钠类球形α相纳米氧化铝的制备方法,包括以下步骤:
(1)将工业氧化铝原料放入行星式球磨机中进行球磨,球磨的介质为氧化锆球,氧化锆球的直径是1mm,研磨的时间为3h;
(2)将步骤(1)制得的氧化铝和去离子水混合,去离子水的加入量相当于工业氧化铝重量的1倍,配成浓度为50%的氧化铝悬浮液;
(3)向步骤(2)制得的氧化铝悬浮液加入复合添加剂,复合添加剂中柠檬酸铵的添加量为氧化铝重量的1%,氟化铵的添加量为氧化铝重量的1%,制备成氧化铝前驱体;
(4)将步骤(3)制得的氧化铝前驱体在水浴温度60℃、频率为80kHz的超声作用下反应20min,使氧化铝和复合添加剂充分混合均匀,制得氧化铝前驱体浆料;
(5)将步骤(4)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机进行固液分离,获得固态氧化铝前驱体;其中,离心速度为8000转/min,离心时间为60min;
(6)将步骤(5)中制得的固态氧化铝前驱体中放入干燥箱中烘干,烘干温度为100℃,烘干时间是12h,制得干燥的氧化铝前驱体;
(7)将步骤(6)中制得的干燥氧化铝前驱体放入马弗炉中进行烧结获得低钠类球形α相纳米氧化铝粉体。烧结温度是1200℃,烧结时间为3h,升温速度为5℃/min,冷却方式为随炉冷却到室温。
实施例1所制备的低钠类球形α相纳米氧化铝粉体的Na2O为0.01%,α-Al2O3含量为99.1%,颗粒形貌为类球形。
粉体的微观形貌和XRD如图1和图2所示。
实施例2
本发明低钠类球形α相纳米氧化铝的制备方法,包括以下步骤:
(1)将工业氧化铝原料放入行星式球磨机中进行球磨,球磨的介质为氧化锆球,氧化锆球的直径是2mm,研磨的时间为5h;
(2)将步骤(1)制得的氧化铝和去离子水混合,去离子水的加入量相当于工业氧化铝重量的1倍,配成浓度为50%的氧化铝悬浮液;
(3)向步骤(2)制得的氧化铝悬浮液加入复合添加剂,复合添加剂中柠檬酸铵的添加量为氧化铝重量的1%,氟化铵的添加量为氧化铝重量的1%,制备成氧化铝前驱体;
(4)将步骤(3)制得的氧化铝前驱体在水浴温度60℃、频率为100kHz的超声作用下反应30min,使氧化铝和复合添加剂充分混合均匀,制得氧化铝前驱体浆料;
(5)将步骤(4)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机进行固液分离,获得固态氧化铝前驱体;其中,离心速度为8000转/min,离心时间为60min;
(6)将步骤(5)中制得的固态氧化铝前驱体中放入干燥箱中烘干,烘干温度为80℃,烘干时间是24h,制得干燥的氧化铝前驱体;
(7)将步骤(6)中制得的干燥氧化铝前驱体放入马弗炉中进行烧结获得低钠类球形α相纳米氧化铝粉体。烧结温度是1250℃,烧结时间为5h,升温速度为10℃/min,冷却方式为随炉冷却到室温。
实施例2所制备的低钠类球形α相纳米氧化铝粉体的Na2O为0.014%,α-Al2O3含量为99.2%,颗粒形貌为类球形。
实施例3
本发明低钠类球形α相纳米氧化铝的制备方法,包括以下步骤:
(1)将工业氧化铝原料放入行星式球磨机中进行球磨。球磨的介质为氧化锆球,氧化铝球的直径是1mm,研磨的时间为5h;
(2)将步骤(1)制得的氧化铝和去离子水混合,去离子水的加入量相当于工业氧化铝重量的1倍,配成浓度为50%的氧化铝悬浮液;
(3)向步骤(2)制得的氧化铝悬浮液加入复合添加剂,复合添加剂中柠檬酸铵的添加量为氧化铝重量的1%,氟化铵的添加量为氧化铝重量的1%,制备成氧化铝前驱体;
(4)将步骤(3)制得的氧化铝前驱体在水浴温度60℃、频率为110kHz的超声作用下反应30min,使氧化铝和复合添加剂充分混合均匀,制得氧化铝前驱体浆料;
(5)将步骤(4)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机进行固液分离,获得固态氧化铝前驱体;其中,离心速度为10000转/min,离心时间为90min;
(6)将步骤(5)中制得的固态氧化铝前驱体中放入干燥箱中烘干,烘干温度为110℃,烘干时间是12h,制得干燥的氧化铝前驱体;
(7)将步骤(6)中制得的干燥氧化铝前驱体放入马弗炉中进行烧结获得低钠类球形α相纳米氧化铝粉体。烧结温度是1300℃,烧结时间为6h,升温速度为10℃/min,冷却方式为随炉冷却到室温。
实施例3所制备的低钠类球形α相纳米氧化铝粉体的Na2O为0.019%,α-Al2O3含量为99.6%,颗粒形貌为类球形。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同,但是步骤(3)中柠檬酸铵和氟化铵的添加量均为工业氧化铝质量的0.8%。
实施例4所制备的低钠类球形α相纳米氧化铝粉体的Na2O为0.018%,α-Al2O3含量为98.9%,颗粒形貌为类球形。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同,但是步骤(3)中柠檬酸铵和氟化铵的添加量均为工业氧化铝质量的1.2%。
实施例5所制备的低钠类球形α相纳米氧化铝粉体的Na2O为0.008%,α-Al2O3含量为98.8%,颗粒形貌为类球形。
对比例
本发明中实施例1的基础上,其他条件不变,添加剂去除柠檬酸铵,只添加氟化铵,则最终制备出的氧化铝形貌为片状。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;本领域的普通技术人员应当理解:在不背离本发明的精神和范围的情况下,可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围;因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (10)
1.一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)、将研磨后的工业氧化铝与水、柠檬酸铵和氟化铵的混合物进行超声处理,得到氧化铝前驱体浆料;
(b)、将步骤(a)得到的所述氧化铝前驱体浆料进行固液分离,分离得到的固体在80-110℃下干燥,得到固态氧化铝前驱体;
(c)、将步骤(b)得到的所述固态氧化铝前驱体在1200-1300℃下煅烧,得到所述类球形α相纳米氧化铝。
2.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(a)中,所述研磨采用行星式球磨机进行操作;
优选的,所述研磨的时间为3-5h;
优选的,所述研磨的中间介质为氧化锆球或氧化铝球,更优选的,所述氧化锆球或氧化铝球的直径为1-2mm。
3.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(a)中,所述水与所述工业氧化铝的重量比为0.8-1.2:1;
优选的,所述水为去离子水。
4.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(a)中,所述柠檬酸铵的添加量是所述工业氧化铝质量的0.8%-1.2%,优选为1%。
5.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(a)中,所述氟化铵的添加量是所述工业氧化铝质量的0.8%-1.2%,优选为1%。
6.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(a)中,所述超声处理的频率为80-110kHz;
优选的,所述超声处理的过程中,水温保持在55-60℃。
7.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(b)中,所述固液分离为离心分离,所述离心分离的离心速度为5000-10000转/min;
优选的,所述离心的时间为30-90min。
8.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(b)中,所述干燥的方式为烘干;
优选的,所述烘干的时间为12-24h。
9.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(c)中,所述煅烧的时间为3-6h;
优选的,所述煅烧在马弗炉中进行操作。
10.根据权利要求1所述的类球形α相纳米氧化铝的制备方法,其特征在于,在步骤(c)中,所述煅烧过程中的升温速度为5-10℃/min。
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