CN117585701B - 一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法 - Google Patents
一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117585701B CN117585701B CN202410071970.4A CN202410071970A CN117585701B CN 117585701 B CN117585701 B CN 117585701B CN 202410071970 A CN202410071970 A CN 202410071970A CN 117585701 B CN117585701 B CN 117585701B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum
- alumina
- low temperature
- sources
- flaky alpha
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 52
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- CQBLUJRVOKGWCF-UHFFFAOYSA-N [O].[AlH3] Chemical compound [O].[AlH3] CQBLUJRVOKGWCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims abstract description 3
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 24
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 17
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 13
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 13
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 claims description 13
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 12
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 12
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 12
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 3-methylcyclohex-2-en-1-ol Chemical compound CC1=CC(O)CCC1 XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.Cl[Al](Cl)Cl JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 229940009861 aluminum chloride hexahydrate Drugs 0.000 claims description 4
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 7
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 229940024545 aluminum hydroxide Drugs 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052936 alkali metal sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- -1 salt ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910000349 titanium oxysulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- ASTWEMOBIXQPPV-UHFFFAOYSA-K trisodium;phosphate;dodecahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O ASTWEMOBIXQPPV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GFRYWDCSSMHOKB-UHFFFAOYSA-L [Na+].[K+].OS([O-])(=O)=O.OS([O-])(=O)=O Chemical compound [Na+].[K+].OS([O-])(=O)=O.OS([O-])(=O)=O GFRYWDCSSMHOKB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- AMVQGJHFDJVOOB-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate octadecahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O AMVQGJHFDJVOOB-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229940063656 aluminum chloride Drugs 0.000 description 1
- 229940024546 aluminum hydroxide gel Drugs 0.000 description 1
- 229940103272 aluminum potassium sulfate Drugs 0.000 description 1
- SMYKVLBUSSNXMV-UHFFFAOYSA-K aluminum;trihydroxide;hydrate Chemical compound O.[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] SMYKVLBUSSNXMV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- BUACSMWVFUNQET-UHFFFAOYSA-H dialuminum;trisulfate;hydrate Chemical compound O.[Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O BUACSMWVFUNQET-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- BUKHSQBUKZIMLB-UHFFFAOYSA-L potassium;sodium;dichloride Chemical compound [Na+].[Cl-].[Cl-].[K+] BUKHSQBUKZIMLB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960003010 sodium sulfate Drugs 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- KPZSTOVTJYRDIO-UHFFFAOYSA-K trichlorocerium;heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.Cl[Ce](Cl)Cl KPZSTOVTJYRDIO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/30—Preparation of aluminium oxide or hydroxide by thermal decomposition or by hydrolysis or oxidation of aluminium compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适用于多种铝源低温制备片状α‑氧化铝的方法，旨在提供一种适用于多种铝源的，在熔盐下低温制备粒度均匀的片状氧化铝的方法；其技术方案依次包括下述步骤：步骤一）选取铝盐或铝的含氧化合物或制备的铝前驱体作为铝源；步骤二）制备片状α‑Al2O3，在无溶剂或者水的条件下，按照质量比为1:1~1:6将铝源和复配熔盐在研钵中研磨，混合均匀后倒入氧化铝坩埚，送入马弗炉，以1~10℃/min升温速率，升温至500~680℃，保温时间为1~10h；属于无机材料技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法，属于无机材料技术领域。
背景技术
热管理是一门根据具体对象的要求，研究一定方法手段以到达目的对象的传热需求的领域。除了在电子芯片行业外，热管理在电池和汽车冷却系统的快速发展中也发挥了非常重要的作用。热管理针对散热问题的一个解决办法就是研制出高导热的复合材料。其中聚合物材料由于其相对于金属或陶瓷材料的突出优势，以及成本低、易于处理、优异的灵活性和轻量级迎合了柔性电子等新兴技术，近年来引起了人们的广泛关注。然而，聚合物本质上的导热系数都很低（低于5.0 W·m~1·K~1）。改善此现状的方法是往其中加入高导热的填料。常见的导热填料大致可分为金属和非金属无机材料两种。金属(如Au、Ag、Cu、Al、Mg等)均具有较高的导热性和导电性。而部分材料，如金属氧化物Al2O3、MgO、ZnO、NiO，金属氮化物AlN、Si3N4、BN等不仅具有高导热性，同时也具有优良的绝缘性能、力学性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能等，因此被广泛用作电子行业中的高散热界面材料及封装材料等。由于氧化铝相较于其他材料其价格便宜，所以被大量使用。在片状、球状、针状的氧化铝中，片状氧化铝因其特殊的二维结构（长径比大于10:1），粒径通常几微米到几十微米。可通过真空辅助抽滤、热压、静电纺丝等技术诱导二维片状结构层层有序堆叠，在体相能形成有效的导热网络，可大幅度提升聚合物基材料的热导率。
目前合成片状氧化铝的主要有三种方法，水热法，高温固相法以及熔盐法。水热法在高温高压下直接制备片状形貌氧化铝，此过程无需添加形貌调控剂。高温固相法则是添加少量氟化物，则起到降低α相转变温度以及促进片状形貌的形成的作用。水热法由于反应时间长，而且涉及高温高压，很难得到大规模应用。而氟化物添加剂一是价格昂贵，二是在高温煅烧时会产生有毒气体且腐蚀设备，也不利于实现工业化生产。熔盐法则是一种灵活的方法，只需在煅烧前将准备好的前驱体与其研磨均匀，在高温煅烧即可得到片状氧化铝。熔盐在高温时熔化为流动的液体，这时候熔体中的熔盐离子具有较高的离子迁移率和扩散速度，这极大的提升了体系的传热和传质速率。这些离子倾向吸附在形成的氧化铝晶核表面能较小（原子最少）的一面{0001}面，此面生长受到阻碍后，氧化铝晶核只能沿着平行{0001}面的方向生长，所以最终会得到二维的片状结构。烧结成块后，使用热水将熔盐溶解后还可以回收，进行反复利用。另外通过调节复相熔盐中不同盐的比例可引起最终熔化后的复相熔盐体系物理性质（熔点、沸点、蒸汽压、粘度、导电性和表面张力等）的极大改变，对于利用熔盐合成无机材料的学者来言，熔点的变化是最值得关注的。因为同一种化合物中的可能具有多种晶相，以氧化铝为例，氧化铝有很多同质异形相，如chi（χ），eta（η），kappa（κ），theta（θ），delta（δ），gamma（γ），和beta（β）。在同一个体系下，每个晶相的稳定存在有一个温度区间，提升温度，晶相就会转变成更稳定的相。通过将熔盐按不同比例复配，可得到不同的熔点。每一种复相熔盐体系都有一个热稳定区间。可以根据需要选择不同的熔盐在不同的温度区间完成需要的反应。
目前已报道的熔盐法制备片状α-氧化铝工艺路线中，其熔盐常用的组合是硫酸钠-硫酸钾、氯化钠-氯化钾，且两种盐的摩尔比通常为1:1。通过改变铝源与复配熔盐比例的研究较多，而关注复配熔盐的熔点变化的报道较少。比如，CN105645445A公开一种以铝的水合物或过渡相氧化铝为原料，加入可溶性碱金属硫酸盐和碱金属卤代盐，混合研磨均匀后得到混合物料。再将混合物料以1~20℃/min升温速率在700～1200℃下煅烧0.5~4h，得到片状单晶α-氧化铝，该方法需要添加氟化物，对环境污染较大。
CN116041984A将水合硫酸铝、七水合氯化铈、碱金属硫酸盐，将其溶于去离子水中制备A溶液。将十二水合磷酸钠和无水碳酸钠溶于去离子水中制备B溶液。后在60～80℃将B滴入A种，从而制得白色凝胶。将此白色凝胶在1100～1300℃煅烧3～4h，得到的片状氧化铝的平均粒径为5～65μm，厚度为0.2～0.8μm。CN114958035A将十八水硫酸铝和的硫酸氧钛溶入的去离子水中，得到无色透明硫酸铝溶液，碳酸钠和十二水合磷酸钠溶于去离子水，得到碳酸钠溶液，将碳酸钠溶液逐滴加入配置好的硫酸铝溶液，搅拌，得到氢氧化铝胶体。将氢氧化铝胶550℃煅烧3h，得到过渡氧化铝，将其与无水硫酸钠和氯化钾按一定比例混合，在1200℃加热4h，得到片状α-氧化铝粒径为15～28μm，厚度约0.2μm。CN114920272A将氢氧化铝、硫酸钾与硫酸钠混合物、硫酸氧钛、磷酸钠溶于水加热到100℃，搅拌，观察到液体变粘稠，继续加热，直至变成固体状再将固体置于真空管式炉内1050℃～1300摄氏度煅烧5h，得到的片状氧化铝粉体粒径集中在15μm，厚度集中在0.5μm～1μm。CN115784279A将氧化铝溶胶在干燥得到干凝胶，在干凝胶中加入α相氧化铝晶种，以及硫酸钾，湿法球磨混合均匀后干燥12h，得到前驱体，将该前驱体850℃～1000℃煅烧2h，最终得到的片状氧化铝其厚度为40nm～100nm，径向尺寸为300nm～4um，径厚比为7～100。
然而，上述专利中制备的片状氧化铝均采用了高温煅烧，其温度范围为700℃～1300℃，选择的熔盐基本都是二元熔盐，都不同程度的使用了矿化剂以及形貌添加剂，并且铝源的选择很有限制。目前关于使用熔盐法低温（700℃以下）制备氧化铝的研究较少，行业内普遍认为制备片状氧化铝需要1000℃及以上高温才能得到最终相α相。这造成了在熔盐体系中低温（500～680℃）下研究氧化铝的相变以及与其他材料复合的缺失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于多种铝源的，在熔盐下低温制备粒度均匀的片状氧化铝的方法。
为此，本发明提供的技术方案是这样的：
一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，依次包括下述步骤：
步骤一）选取铝源；
步骤二）制备片状α-Al2O3
在无溶剂或者水的条件下，按照质量比为1:1~1:6将铝源和复配熔盐在研钵中研磨，混合均匀后倒入氧化铝坩埚，送入马弗炉，以1~10℃/min升温速率，升温至500~680℃，保温时间为1~10 h；
所述的复配熔盐由氯化钾、硫酸钾、硫酸钠按照质量比0.64-3.6:0.8-3:0.6-5组成。
进一步的，上述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，步骤一）所述的铝源为铝盐或铝的含氧化合物或铝配合物。
进一步的，上述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，步骤一）所述的铝配合物是通过下述方法制备的：
将铝盐和尿素按照摩尔比为1:1~1:6混合，通过酸溶液法制备得到配合物，再将配合物在150~280℃煅烧得到铝配合物。
进一步的，上述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，所述的酸为硝酸、硫酸、盐酸的至少一种。
进一步的，上述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，步骤一）所述的铝的含氧化合物为氢氧化铝、γ-氧化铝、拟薄水铝石、非晶氧化铝的至少一种。
进一步的，上述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，所述的铝盐为十八水合硫酸铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝的其中之一。
进一步的，上述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，所述的氯化钾、硫酸钾、硫酸钠的质量比为：3.6:0.8:2或者3:2:5或者0.64:1.6:0.96或者0.4:1:0.6或者1.2:3:1.8。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下技术优点：
1、本发明提供的技术方案通过复配具有低熔点的熔盐，利用不同的铝源在所复配的熔盐中通过500℃~680℃下煅烧得到了片状α-氧化铝粉体，具有合成方法简单，通用性强，无需使用任何溶剂或者水，也无需另外添加形貌调控剂和分散剂，煅烧温度低，制备出的α-氧化铝表面光滑且呈单分散，粒度均匀，可用作聚合物基的导热填料提高其导热率。
2、本发明提供的技术方案可制备出中等径厚比（10~100），径向尺寸从几十纳米到几个微米单分散片状α-氧化铝，其中的铝源来源广泛，可以是铝盐、铝的含氧化合物（如氢氧化铝，拟薄水铝石，过渡态氧化铝，非晶氧化铝等）以及自行制备的铝盐前驱体。
3、本发明提供的技术方案创造性地从共熔点角度进行考虑，使用了三种熔盐。与传统的二元熔盐相比，三元熔盐的共熔点得到了降低且热稳定性得到了提高。这意味着有着更宽的工作范围，熔点的降低有利于晶相的转变，也有利于大幅度减少实际生产中的功耗，所以可通过调配不同比例达到不同的低共熔点来制备不同尺寸的片状α-氧化铝。
附图说明
图1为实施例1制备得到的片状氧化铝的场发射扫描电镜图；
图2为实施例1制备得到的片状氧化铝的XRD衍射图谱；
图3为实施例1制备得到的片状氧化铝的粒度分布图；
图4为实施例2制备得到的片状氧化铝的场发射扫描电镜图；
图5为实施例2制备得到的片状氧化铝的XRD衍射图谱；
图6为实施例2制备得到的片状氧化铝的粒度分布图；
图7为对比例1制备得到的产物的XRD衍射图谱；
图8为对比例2制备得到的产物的XRD衍射图谱；
图9为对比例3制备得到的产物的XRD衍射图谱；
图10为对比例4制备得到的产物的XRD衍射图谱；
图11为实施例2三元熔盐与对比例1二元熔盐的热流（DSC）对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例的方式对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围内所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围之内。
实施例1
本实施例提供一种片状α-氧化铝的制备方法，该方法依次包括下述步骤：
取8g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)和8.65g尿素(CON2H4)溶解于50ml 0.2mol·L~1稀硫酸溶液中，在室温下进行磁力搅拌10min，得到透明溶液。将此溶液转移到烘箱进行烘干（100℃，3h）。烘干完成后将配合物转移到坩埚中180℃煅烧1h，自然降温得到白色粉末A（铝源）。称取2g硫酸钠和0.8g硫酸钾和3.6g氯化钾与上述白色粉末混合研磨均匀得到混合物B，再将B转移至氧化铝陶瓷坩埚中在500℃下保温5h，自然降温。在90℃的热水中洗涤所加的熔盐，直至最后一次用电导率仪检测电导率小于20μS·cm~1后，停止洗涤，在烘箱进行烘干便得到片状α-氧化铝，记作P1。
通过场发射扫描电镜（SEM，ZEISS GeminiSEM 450）对粉体的形貌表征和厚度进行分析，如图1所示；通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ Pert Pro）分析粉体的物相，测得的数据如图2所示；通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示，其粒度分布图如图3所示。
实施例2
本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同的是：硫酸钾、硫酸钠和氯化钾的使用量分别为2g，5g，3g。煅烧温度为600℃。记作P2。过场发射扫描电镜（SEM，ZEISSGeminiSEM 450）对粉体的形貌表征和厚度进行分析，如图4所示；通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ Pert Pro）分析粉体的物相，测得的数据如图5所示；通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示，其粒度分布图如图6所示。
实施例3
本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同的是：称取4g硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)与坩埚中在马弗炉中240℃煅烧1h。将煅烧后的产物与熔盐混合在600℃煅烧；氯化钾、硫酸钾、硫酸钠三种盐添加量分别为0.64g、1.6g、0.96g。记作P3。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测的数据如表格1所示。
实施例4
本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同的是：【使用的铝源通过以下过程制备：称取4.83g氯化铝（AlCl3·6H2O）与7.2g尿素溶解于50ml 0.2moL·L~1稀盐酸溶液中，在室温下进行磁力搅拌10min，得到透明溶液。将此溶液转移到烘箱进行烘干（100℃，3h）。烘干完成后将配合物转移到坩埚中180℃煅烧1h，自然降温得到白色粉末C。】将白色粉末C与熔盐混合在600℃煅烧；氯化钾、硫酸钾、硫酸钠三种盐添加量分别为0.4g、1g、0.6g。记作P4。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
实施例5
本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为氢氧化铝，称取质量为1g；氯化钾、硫酸钾、硫酸钠三种盐添加量分别为1.2g、3g、1.8g。煅烧温度为600℃。记作P5。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ Pert Pro）分析粉体的物相，测得的数据如图2所示。
通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
实施例6
本实施例与上述实施例5的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为十八水合硫酸铝，称取质量为1.5g；记作P6。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
实施例7
本实施例与上述实施例5的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为γ-氧化铝，称取质量为2g；记作P7。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
实施例8
本实施例与上述实施例5的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为拟薄水铝石，称取质量为4g；记作P8。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
实施例9
本实施例与上述实施例5的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为六水合氯化铝，称取6g；记作P9。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
实施例10
本实施例与上述实施例5的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为九水合硝酸铝，称取质量为2g；煅烧温度为680℃。记作P10。通过使用真理光学LT2200E激光粒度分析仪来评价氧化铝薄片的D10、D50和D90，测得的数据如表格1所示。
对比例1
称取8g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，6.44g硫酸钠和7.8g硫酸钾于研磨中，手动研磨均匀后，将混合物转移至氧化铝陶瓷坩埚中在600℃下保温5h，自然降温。在90℃的热水中洗涤所加的熔盐，直至最后一次用电导率仪检测电导率小于20μS·cm~1后，停止洗涤，在烘箱进行烘干便得到片状α-氧化铝。通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ PertPro）分析粉体的物相，测得的数据如图7所示。
对比例2
本实施例与上述对比例1的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为九水合硝酸铝；使用的熔盐为氯化钠和氯化钾，称取质量分别为5.84g和7.46g。通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ Pert Pro）分析粉体的物相，测得的数据如图8所示。
对比例3
本实施例与上述对比例1的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为六水合氯化铝；使用的熔盐为氯化钠和硫酸钾，称取质量分别为5.84g和7.8g。通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ Pert Pro）分析粉体的物相，测得的数据如图9所示。
对比例4
本实施例与上述对比例1的制备过程完全相同，不同的是：使用的铝源为氢氧化铝；使用的熔盐为硫酸钠和氯化钾，称取质量分别为6.44g和7.46g。通过X射线粉末衍射仪（XRD，PANalytical X’ Pert Pro）分析粉体的物相，测得的数据如图10所示。
| 样品名称 | D10（μm） | D50（μm） | D90（μm） | 平均厚度（μm） | 平均径厚比 |
| P1 | 0.606 | 1.239 | 3.404 | 0.11 | 11 |
| P2 | 0.595 | 1.539 | 5.756 | 0.12 | 13 |
| P3 | 5.236 | 24.839 | 51.243 | 0.23 | 108 |
| P4 | 0.492 | 1.864 | 8.541 | 0.18 | 10 |
| P5 | 2.360 | 15.375 | 35.001 | 0.20 | 77 |
| P6 | 1.851 | 5.932 | 21.783 | 0.18 | 33 |
| P7 | 1.325 | 5.644 | 13.334 | 0.15 | 38 |
| P8 | 3.717 | 15.094 | 38.252 | 0.17 | 88 |
| P9 | 3.481 | 11.221 | 29.480 | 0.16 | 70 |
| P10 | 1.723 | 12.511 | 46.464 | 0.24 | 52 |
表1
本申请实施例1~10使用的铝源的种类涵盖了含氧酸盐、卤代盐、铝的含氧化合物、非晶态氧化铝等。通过上述表格可以看出，申请实施例1~10合成的片状氧化铝径厚比跨度为10~100。说明在此体系下利用不同铝源可进行不同粒径的片状氧化铝合成。
另外从图1和图4看出合成的片状氧化铝均为片状，粒度均匀且分散性较好。
图2和图5的XRD结果显示均为α相氧化铝晶面衍射峰，没有其他杂质峰的出现。图3和图6的粒度分布图表明，使用自行制备的铝盐前驱体作为铝源时，得到的片状氧化铝平均粒径D50在1.2~1.5μm，且粒度分布较窄。
而对比例1~4只使用了两元盐进行制备目标产物，从图7至图10的XRD结果来看，都没有形成纯的α相。从图11实施例2三元熔盐与对比例1二元熔盐的热流（DSC）对比分析可知，通过调控三元熔盐体系能显著降低熔盐的熔点，促进α-氧化铝的转变。
综上所述，通过复配不同种类的熔盐，选取不同的铝源，可以在500~680℃下制备粒度均匀的片状α-氧化铝，可用作聚合物基的导热填料提高其导热率。该合成方法简单易行，易规模化推广。相比传统合成片状氧化铝的煅烧温度大都超过1000℃，本申请提供的技术方案大幅度降低了片状氧化铝的煅烧温度，用于工业化生产将节约大量能源，为片状氧化铝及复合材料的低温制备开拓了巨大的空间，也为深入研究氧化铝的相变机理提供了实验基础。
Claims (6)
1.一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，依次包括下述步骤：
步骤一）选取铝源；
步骤二）制备片状α-Al2O3
在无溶剂或者水的条件下，按照质量比为1:1~1:6将铝源和复配熔盐在研钵中研磨，混合均匀后倒入氧化铝坩埚，送入马弗炉，以1~10℃/min升温速率，升温至500~600℃，保温时间为1~10h；
所述的复配熔盐由氯化钾、硫酸钾、硫酸钠按照质量比0.64-3.6:0.8-3:0.6-5组成；
步骤一）所述的铝源为铝盐或铝的含氧化合物或铝配合物。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，步骤一）所述的铝配合物是通过下述方法制备的：
将铝盐和尿素按照摩尔比为1:1~1:6混合，通过酸溶液法制备得到配合物，再将配合物在150~280℃煅烧得到铝配合物。
3.根据权利要求2所述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，所述的酸为硝酸、硫酸、盐酸的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，步骤一）所述的铝的含氧化合物为氢氧化铝、γ-氧化铝、拟薄水铝石、非晶氧化铝的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，所述的铝盐为十八水合硫酸铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝的其中之一。
6.根据权利要求1所述的一种适用于多种铝源低温制备片状α-Al2O3的方法，其特征在于，所述的氯化钾、硫酸钾、硫酸钠的质量比为：3.6:0.8:2或者3:2:5或者0.64:1.6:0.96或者1.2:3:1.8。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410071970.4A CN117585701B (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410071970.4A CN117585701B (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117585701A CN117585701A (zh) | 2024-02-23 |
| CN117585701B true CN117585701B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=89913675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410071970.4A Active CN117585701B (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117585701B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115974111A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-04-18 | 化学与精细化工广东省实验室 | 一种片状氧化铝的可控制备方法 |
-
2024
- 2024-01-18 CN CN202410071970.4A patent/CN117585701B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115974111A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-04-18 | 化学与精细化工广东省实验室 | 一种片状氧化铝的可控制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Mechanochemical-molten salt synthesis of α-Al 2 O 3 platelets";P. Billik et al.;《Ceramics International》;20150327;第41卷;第8742–8747页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117585701A (zh) | 2024-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102718236B (zh) | 一种叶片具有取向的分级结构活性氧化铝及其制备方法 | |
| CN105645445A (zh) | 一种片状单晶α-氧化铝及其制备方法和用途 | |
| Huang et al. | The effects of precipitants on co-precipitation synthesis of yttria-stabilized zirconia nanocrystalline powders | |
| CN107326432B (zh) | 一种织构氧化铝陶瓷用的模板籽晶的制备方法和应用 | |
| CN108910927A (zh) | 一种低温制备多面体状纳米α-氧化铝粉的方法 | |
| CN113816379B (zh) | 一种纳米硼化铪粉体的制备方法 | |
| CN109650424A (zh) | 一种无定型氧化铝八面体颗粒及其制备方法 | |
| Xiang et al. | Effect of process factors on properties of high dispersion spherical α-Al2O3 particles prepared by hydrothermal method | |
| CN1936114A (zh) | 低温制备片状α－Al2O3单晶颗粒的方法 | |
| CN115974111A (zh) | 一种片状氧化铝的可控制备方法 | |
| CN116396080A (zh) | 一种低碳高熵陶瓷粉体及其制备方法 | |
| CN114715925A (zh) | 一种片状α氧化铝及其制备方法 | |
| CN117585701B (zh) | 一种适用于多种铝源低温制备片状α-氧化铝的方法 | |
| CN113086998B (zh) | 一种Mg6Al2(OH)18·4.5H2O纳米片及其制备方法和应用 | |
| CN105858694A (zh) | 一种以Na3FSO4为种晶制备片状单晶α-氧化铝的方法 | |
| CN105645422A (zh) | 一种液相法制备球形超细硼化锆粉体的工艺 | |
| Lei et al. | Synthesis of polycrystalline γ-AlON powders by novel wet chemical processing | |
| Yang et al. | Synthesis of spherical α-alumina and its effect on the performances of phase change materials based on sodium acetate trihydrate | |
| Kuo et al. | Crystallization kinetics of lanthanum monoaluminate (LaAlO3) nanopowders prepared by co-precipitation process | |
| Zeng et al. | Coupling effect of chromia doping and vacuum on the phase transition of alumina prepared by co-precipitation process | |
| Yin et al. | Synthesis and mechanism studies of novel drum-like Cd (OH) 2 superstructures | |
| CN113636581A (zh) | 一种微波感应加热合成铝酸钙复合粉体的方法 | |
| WO2020073767A1 (zh) | 一种TiB 2或(Zr,Hf)B 2陶瓷粉体的制备方法 | |
| CN102001696A (zh) | 一种镁铝尖晶石纳米颗粒粉体的制备方法 | |
| Fan et al. | Reduce synthesis temperature and improve dispersion of YAG nanopowders based on the co-crystallization method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |