CN116332224A - 一种球形氧化镓及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请属于氧化镓生产技术领域，公开了一种球形氧化镓的制备工艺，包括以下步骤：将氨水以喷雾的形式喷淋在流动的硝酸镓溶液的表面，形成氢氧化镓固体；分离并煅烧氢氧化镓固体，制得球形形貌的氧化镓。通过上述设计，制备出了聚集程度较低、分布均匀的、且具有球形形貌的氧化镓，该氧化镓的粒径分布均匀，此外，本申请还公开了一种球形氧化镓。
Description
技术领域
本申请涉及氧化镓生产技术领域，尤其涉及一种球形氧化镓及其制备工艺。
背景技术
随着大数据时代的到来，半导体材料的应用范围和需求量逐年增加，其中宽禁带半导体材料在大功率半导体器件、紫外探测、紫外通讯方面发挥着重要的作用。氧化镓(Ga2O3)作为禁带宽度完美契合深紫外波段光子能量的宽禁带半导体材料，是目前人们研究的重点对象。
Ga2O3是金属镓的氧化物，同时也是一种半导体化合物。其结晶形态截至目前已确认有α、β、γ、δ、ε五种，其中，β结构最稳定。与Ga2O3的结晶生长及物性相关的研究大部分围绕β结构展开。氧化镓是一种新兴的超宽带隙(UWBG)半导体，拥有4.8eV的超宽带隙。
作为对比，SiC和GaN的带隙为3.3eV，而硅则仅有1.1eV，这就让Ga2O3这种拥有更高的热稳定性、更高的电压、被广泛应用的天然衬底材料，能够被开发者应用于开发小型化、高效的大功率晶体管。
同时，Ga2O3粉体的粒度、形貌及流动性和分散性对下游产品的性能起着决定性作用。
中国专利申请202220921756.X公开了一种氧化镓制备系统，其包括镓溶解釜、过滤器、定容罐、中和釜、恒温控制模块、离心机以及气氛炉；镓溶解釜用于形成硝酸镓并与水形成硝酸镓溶液；过滤器用于将来自镓溶解釜的硝酸镓溶液过滤；定容罐用于形成定容的硝酸镓溶液；中和釜用于接收来自定容罐的定容的硝酸镓溶液和来自外部的氨水源的氨水，以使硝酸镓和氨水反应形成沉淀的氢氧化镓；恒温控制模块用于控制中和釜中温度以进行恒温陈化而得到含羟基氧化镓的浆料；离心机用于抽取中和釜的恒温陈化结束后的含羟基氧化镓的浆料并进行离心洗涤，以获得离心洗涤后的羟基氧化镓湿料；气氛炉用于将羟基氧化镓湿料进行煅烧，以获得固态氧化镓。
该方案通过上述各加工设备的设置，实现了对氧化镓的规模化生产，同时，由于其定容罐的设置，使得氧化镓制备系统的产能进一步的提高，但结合说明书及附图可以看到，在该方案第54段记载“中和釜4中的硝酸镓和氨水反应的方程式如下：Ga(NO3)3+3NH3.H2O＝Ga(OH)3↓+3NH4NO3。在硝酸镓溶液和氨水泵入中和釜4时，优选同时同流量加入，同时同流量加入硝酸镓和氨水溶液可避免硝酸镓溶液的浓度较高时氢氧化镓沉淀会瞬间形成从而导致出现凝结现象，对后续的反应不利。”可以看到，此方案中为避免生成的氢氧化镓沉淀凝结或聚集，采用同时同流量的注射方式，来抑制上述现象的发生，但该方案并未对氨水和硝酸镓具体的注入方式做过多设计。
中国专利申请201711418839.7公开了一种高纯氧化镓的制备方法，其包括步骤：将溶剂水加入反应釜内，升温至30℃以上，然后加入金属镓，开启搅拌装置使金属镓分散均匀，之后向反应釜内加入硝酸进行反应，反应结束后过滤除去未反应的固体杂质，得到硝酸镓溶液；将过滤后的硝酸镓溶液置于反应釜中，开启搅拌装置，然后加入氨水进行反应直至反应体系的pH值稳定不变，结束反应，停止搅拌或开启阶段性搅拌使反应后的物料在40℃～110℃下陈化，陈化结束后重新开启搅拌装置持续搅拌使物料分散均匀，然后使用离心机离心、洗涤、甩干、出料，之后在非还原性气体气氛下煅烧，得到高纯氧化镓。
该方案以金属镓与硝酸反应生成硝酸镓溶液，然后经沉淀、陈化、离心、洗涤、煅烧，得到高纯氧化镓，同时，该方案在说明书第9段记载“在硝酸镓溶液与氨水经沉淀反应生成氢氧化镓胶体之后，通过陈化工艺使氢氧化镓胶体转变为流动性好且易于洗涤的羟基氧化镓，因此在离心、洗涤的过程中可以除去大部分硝酸铵及其他可溶性杂质，使煅烧过程无氮氧化物产生，因此得到的氧化镓具有较高的纯度，且使得到的氧化镓分散性较好，无需进行破碎。”但结合说明书及附图，未发现该方案对制备出的氧化镓的形貌做过多设计。
本方案需要解决的问题：如何开发一种球形氧化镓的制备工艺及产线。
发明内容
本申请的目的是提供一种球形氧化镓的制备工艺，该工艺通过以喷淋的方式向中和釜中加入氨水，使氨水以细小的液滴的形式与中和釜内的硝酸镓溶液混合，一方面，相比传统的注液管注液方式，本申请中氨水与硝酸镓的接触面积提高，更加利于氨水的充分反应，另一方面，细小的氨水液滴与硝酸镓溶液反应形成的氢氧化镓固体不易聚集、结块；更为重要的是，通过本申请中的注液方法，制备出了具有球形形貌的氧化镓。
本申请不作特殊说明的情况下：nM代表纳摩尔/升，μM代表微摩尔/升，mM代表毫摩尔/升，M代表摩尔/升；
一种球形氧化镓的制备工艺，包括以下步骤：
步骤A1：将氨水以喷雾的形式喷淋在流动的硝酸镓溶液的表面，形成氢氧化镓固体；
步骤A2：分离并煅烧氢氧化镓固体，制得球形氧化镓。
优选的，所述硝酸镓溶液的制备方法包括以下步骤：
步骤B1：将液态金属镓分散在水中，制得液态金属镓和水的混合物；
步骤B2：将步骤B1制得的液态金属镓和水的混合物与硝酸混合，制得硝酸镓溶液。
优选的，所述步骤B1具体为：将固态金属镓升温至30-65℃，得到熔化后的液态金属镓，将液态金属镓与水混合并搅拌0.2-0.3小时，得到液态金属镓和水的混合物。
优选的，所述步骤B2具体为：在30-65℃的环境温度下，向步骤B1制得的液态金属镓和水的混合物中通入硝酸，并搅拌6-7小时，制得硝酸镓溶液。
优选的，所述步骤A1具体为：通过喷头向步骤B2制得的硝酸镓溶液表面喷淋氨水，形成氢氧化镓固体。
优选的，所述步骤A2具体为：通过离心机在600-800r/min的转速下对步骤A1中形成的氢氧化镓固体与液体的混合物进行离心，离心时间为1.2-1.5小时，得到氢氧化镓固体；
将氢氧化镓固体置于温度为750-800℃的煅烧炉中，高温煅烧12-13小时，制得球形氧化镓。
优选的，步骤A1中，喷头与硝酸镓溶液液面之间的夹角为60-120°，喷头上喷孔的数量为200-230个，喷孔的孔径为0.3-0.33mm，喷头的流量为3-3.5L/min，氨水的浓度为50-60g/L，硝酸镓溶液的浓度为40-50g/L。
优选的，包括用于进行步骤A1、步骤A2的产线，所述产线包括用于混合氨水和硝酸镓溶液的中和釜；
用于分离出氢氧化镓固体的离心机；
用于煅烧氢氧化镓固体的煅烧炉；
所述中和釜、离心机、煅烧炉依次导通；
所述中和釜内设有用于喷射氨水的喷头以及用于搅拌中和釜内硝酸镓溶液的搅拌装置。
优选的，所述产线还包括用于混合液态金属镓、水和硝酸的溶解釜；
用于向溶解釜供给液态金属镓、水和硝酸的第一供料单元；
用于向中和釜供给氨水的第二供料单元；
用于向溶解釜、中和釜供热的供热单元；
用于导通溶解釜、中和釜、离心机、煅烧炉的连接管道和泵；
所述溶解釜内设有第二搅拌装置；
所述溶解釜、中和釜、离心机、煅烧炉依次导通。
此外，还公开了一种球形氧化镓，通过上述的球形氧化镓的制备工艺制得，且球形氧化镓的粒径为0.2-3.2μm。
本申请的有益效果是：
本申请所提供的球形氧化镓的制备工艺，通过将中和釜中注射氨水的注液方式改为喷淋注液，使氨水以细小的液滴的形式与中和釜内的硝酸镓溶液混合，一方面，相比传统的注液管注液方式，本申请中氨水与硝酸镓的接触面积提高，更加利于氨水与硝酸镓溶液的充分反应，另一方面，细小的氨水液滴与硝酸镓溶液反应形成的氢氧化镓固体不易聚集、结块；更为重要的是，通过本申请中的注液方法，出乎意料地制备出了具有球形形貌的氧化镓。
附图说明
图1为实施例1的氧化镓粒径分布图；
图2为实施例1的氧化镓粒径分布表；
图3为产线的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，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。
需要说明的是，本申请的实施例中的球形氧化镓是通过本申请中的产线制备的，为了便于理解，此处对本申请中的产线及其使用方法进行说明。
参考图3，用于进行步骤A1、步骤A2的产线，所述产线包括用于混合氨水和硝酸镓溶液的中和釜1；
用于分离出氢氧化镓固体的离心机2；
用于煅烧氢氧化镓固体的煅烧炉3；
所述中和釜1、离心机2、煅烧炉3依次导通；
所述中和釜1内设有用于喷射氨水的喷头4以及用于搅拌中和釜1内硝酸镓溶液的第一搅拌装置5。
在实际使用过程中，利用中和釜1内的第一搅拌装置5搅拌中和釜1内的硝酸镓溶液，使硝酸镓溶液不断流动，同时，利用喷头4喷射氨水，并使氨水以喷雾的形式与硝酸镓溶液混合，进而使二者相互反应，制备得到含有氢氧化镓固体的固液混合物，随后利用离心机2对含有氢氧化镓固体的固液混合物进行分离，将分离出的氢氧化镓固体煅烧，制得球形氧化镓。
优选地，所述产线还包括用于混合液态金属镓、水和硝酸的溶解釜6；
用于向溶解釜6供给液态金属镓、水和硝酸的第一供料单元7；
用于向中和釜1供给氨水的第二供料单元8；
用于向溶解釜6、中和釜1供热的供热单元9；
用于导通溶解釜6、中和釜1、离心机2、煅烧炉3的连接管道10和泵11；
所述溶解釜6内设有第二搅拌装置12；
所述溶解釜6、中和釜1、离心机2、煅烧炉3依次导通。
需要说明的是，在实际使用过程中，考虑到本产线用于球形氧化镓的大规模生产，因此，为提高生产效率，降低人工费用，上述的溶解釜6、中和釜1、离心机2、煅烧炉3通过连接管道10依次导通，且连接管道10上设有输送物料的泵11，具体到本实施例中，所述泵11为离心泵，当然，实际应用时也可以使用其他种类的泵替代本实施例中的离心泵，如多级离心泵、螺杆泵、往复泵、双动往复泵，本实施例出于对成本的考虑以及需达到输送固液混合物的目的的考虑，故选择离心泵作为本实施例中的泵。
与此同时，作为常规的技术手段，通过第一供料单元7向溶解釜6供给液态金属镓、水和硝酸，降低了人工送料的成本，作为进一步缩减人工成本的技术手段。
使用第二供料单元8通过喷头4向中和釜1供给氨水。
进一步的，为了提高液态金属镓在纯水中的分散程度，溶解釜6内设置有第二搅拌装置12，同时，为提高中和釜1内硝酸镓与氨水的反应速率及均匀程度，中和釜1内设有第一搅拌装置5。
同时，为使体系处于合适的反应温度，还设置有向溶解釜6、中和釜1供热的供热单元9。
实施例1
步骤B1：通过第一供料单元向溶解釜内供给90kg液态金属镓和1100L纯水，同时供热单元向溶解釜供热，使其内部温度稳定至45℃，开启搅拌装置，搅拌金属镓与水的混合物，搅拌时间为0.2小时；
步骤B2：通过第一供料单元向溶解釜内供给硝酸，持续保持溶解釜内的温度并搅拌6小时，制备硝酸镓溶液；
步骤A1：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
喷头上的喷孔的数量众多，其喷射所产生的喷雾的覆盖面能够覆盖中和釜内液面的90％的面积。
所述喷头与液面之间的夹角的定义如下：喷头的轴线和液面之间的夹角。
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物；
步骤A2：通过连接管道对步骤A1制得的含有氢氧化镓固体的固液混合物转移至离心机离心，离心机的转速为700r/min，离心时间为1.4小时，固液分离得到氢氧化镓固体；
随后将氢氧化镓固体转移至煅烧炉内，在780℃的温度下煅烧12.5小时，制得球形氧化镓。
实施例2
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为60°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例3
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为120°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例4
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.5L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例5
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.0L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例6
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为50g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为200个，喷头上喷孔的孔径为0.3mm，喷头的流量为3.0L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例7
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1600L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为230个，喷头上喷孔的孔径为0.33mm，喷头的流量为3.0L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例8
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为227个，喷头上喷孔的孔径为0.3mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例9
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1具体为：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为213个，喷头上喷孔的孔径为0.32mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物。
实施例10
步骤B1：通过第一供料单元向溶解釜内供给90kg液态金属镓和1100L纯水，同时供热单元向溶解釜供热，使其内部温度稳定至45℃，开启搅拌装置，搅拌金属镓与水的混合物；
步骤B2：通过第一供料单元向溶解釜内供给硝酸，持续保持溶解釜内的温度并搅拌，制备硝酸镓溶液；
步骤A1：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为50g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至80℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物；
步骤A2：通过连接管道对步骤A1制得的含有氢氧化镓固体的固液混合物转移至离心机离心，离心机的转速为600r/mim，离心时间为1.5小时，固液分离得到氢氧化镓固体；
随后将氢氧化镓固体转移至煅烧炉内，在750℃的温度下煅烧13小时，制得球形氧化镓。
实施例11
步骤B1：通过第一供料单元向溶解釜内供给90kg液态金属镓和1100L纯水，同时供热单元向溶解釜供热，使其内部温度稳定至45℃，开启搅拌装置，搅拌金属镓与水的混合物；
步骤B2：通过第一供料单元向溶解釜内供给硝酸，持续保持溶解釜内的温度并搅拌，制备硝酸镓溶液；
步骤A1：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过喷头喷淋的方式加入中和釜内，喷头与液面之间的夹角为90°，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm，喷头的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为40g/L；
同时利用供热单元向中和釜供热，使釜体内部温度升温至75℃，并开启搅拌装置持续搅拌，制得含有氢氧化镓固体的固液混合物；
步骤A2：通过连接管道对步骤A1制得的含有氢氧化镓固体的固液混合物转移至离心机离心，离心机的转速为800r/min，离心时间为1.2小时，固液分离得到氢氧化镓固体；
随后将氢氧化镓固体转移至煅烧炉内，在800℃的温度下煅烧12小时，制得球形氧化镓。
对比例1
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过管道注射的方式注射至中和釜内，管道与液面之间的夹角为90°，管道的内径为20mm，管道的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L。
对比例2
与实施例1基本相同，区别在于，步骤A1：通过连接管道将硝酸镓转移至中和釜内，同时利用第二供料单元向中和釜内供给1650L的浓度为55g/L的氨水，且氨水通过管道组注射的方式注射至中和釜内，所述管道组包括4个管道，管道与液面之间的夹角为90°，管道的内径为10mm，管道的流量为3.3L/min，硝酸镓溶液的浓度为45g/L。
性能测试：使用激光粒度分析仪对氧化镓粒径进行测试。
表1：性能测试结果表
结果分析：
1.通过实施例1-3可见，当喷头与液面之间的夹角为90°时，粒径为0.4-1.4μm的占比明显优于实施例2、实施例3，不难看出，实施例1相比实施例2、实施例3的粒径分布得更加均匀，同时，实施例1-3的氧化镓粒径均处于0.2-3.2μm的范围内。
2.通过实施例1和实施例4-5可见，当喷头的流量为3.3L/min时，其粒径分布的均匀程度相对实施例4、5有一定优势，同时，实施例4、实施例5所制备的氧化镓的粒径均处于0.2-3.2μm的范围内。
3.通过实施例1和实施例6-7可见，当孔径为0.30mm或0.33mm时，制备出的氧化镓的粒径分布的均匀程度相比实施例1有一定的差距，但可以看到实施例6、7制得的氧化镓的粒径均处于0.2-3.2μm之间。
4.通过实施例1和实施例8-9可见，当喷头上的喷孔数与孔径之积相同时，喷头上喷孔的数量为220个，喷头上喷孔的孔径为0.31mm的条件下制备得到的氧化镓的均匀程度更加优异，但优势并不明显，同时实施例8、9制得的氧化镓的粒径均处于0.2-3.2μm之间。
5.通过实施例1和实施例10-11可见，当改变煅烧温度和煅烧时间后，氧化镓粒径的均匀性也有一定程度的变化，同时，可以看到在780℃的温度下煅烧12.5小时的条件下，制得球形氧化镓的粒径均匀性更加优异。
6.通过实施例1和对比例1可见，当采用管道注射的方式注射氨水时，其均匀程度有明显的下降，且部分氧化镓的粒径超过0.2-3.2μm。
7.通过实施例1和对比例1-2可见，当管道的截面面积相同时，使用内径更小的管道组注射，其粒径的均匀程度相比对比例1有一定程度的提升，但效果并不明显，且部分氧化镓的粒径超过0.2-3.2μm。
同时，将实施例1和对比例1、对比例2制备得到的氧化镓放在扫描电镜下观察，可发现实施例1中大部分氧化镓为球形形貌的氧化镓，而对比例1、2中的球形氧化镓占比较少，大多数的氧化镓为梭形形貌的氧化镓。
Claims (10)
1.一种球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1：将氨水以喷雾的形式喷淋在流动的硝酸镓溶液的表面，形成氢氧化镓固体；
步骤A2：分离并煅烧氢氧化镓固体，制得球形氧化镓。
2.根据权利要求1所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述硝酸镓溶液的制备方法包括以下步骤：
步骤B1：将液态金属镓分散在水中，制得液态金属镓和水的混合物；
步骤B2：将步骤B1制得的液态金属镓和水的混合物与硝酸混合，制得硝酸镓溶液。
3.根据权利要求2所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述步骤B1具体为：将固态金属镓升温至30-65℃，得到熔化后的液态金属镓，将液态金属镓与水混合并搅拌0.2-0.3小时，得到液态金属镓和水的混合物。
4.根据权利要求2所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述步骤B2具体为：在30-65℃的环境温度下，向步骤B1制得的液态金属镓和水的混合物中通入硝酸，并搅拌6-7小时，制得硝酸镓溶液。
5.根据权利要求2所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述步骤A1具体为：通过喷头向步骤B2制得的硝酸镓溶液表面喷淋氨水，形成氢氧化镓固体。
6.根据权利要求1所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述步骤A2具体为：通过离心机在600-800r/min的转速下对步骤A1中形成的氢氧化镓固体与液体的混合物进行离心，离心时间为1.2-1.5小时，得到氢氧化镓固体；
将氢氧化镓固体置于温度为750-800℃的煅烧炉中，高温煅烧12-13小时，制得球形氧化镓。
7.根据权利要求5所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述喷头与硝酸镓溶液液面之间的夹角为60-120°，喷头上喷孔的数量为200-230个，喷孔的孔径为0.3-0.33mm，喷头的流量为3-3.5L/min，氨水的浓度为50-60g/L，硝酸镓溶液的浓度为40-50g/L。
8.根据权利要求1所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，包括用于进行步骤A1、步骤A2的产线，所述产线包括用于混合氨水和硝酸镓溶液的中和釜；
用于分离出氢氧化镓固体的离心机；
用于煅烧氢氧化镓固体的煅烧炉；
所述中和釜、离心机、煅烧炉依次导通；
所述中和釜内设有用于喷射氨水的喷头以及用于搅拌中和釜内硝酸镓溶液的第一搅拌装置。
9.根据权利要求8所述的球形氧化镓的制备工艺，其特征在于，所述产线还包括用于混合液态金属镓、水和硝酸的溶解釜；
用于向溶解釜供给液态金属镓、水和硝酸的第一供料单元；
用于向中和釜供给氨水的第二供料单元；
用于向溶解釜、中和釜供热的供热单元；
用于导通溶解釜、中和釜、离心机、煅烧炉的连接管道和泵；
所述溶解釜内设有第二搅拌装置；
所述溶解釜、中和釜、离心机、煅烧炉依次导通。
10.一种球形氧化镓，其特征在于，通过如权利要求1-7任一所述的球形氧化镓的制备工艺制得，且球形氧化镓的粒径为0.2-3.2μm。
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