CN1634802A - 用共沉淀法制备镁铝尖晶石纳米粉体 - Google Patents
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Abstract
一种制备无团聚镁铝尖晶石纳米粉体的方法,属于精细化工领域。本发明的主要特征是以镁和铝离子的硝酸盐水溶液为原料,以碳酸氢铵为沉淀剂,沉淀过滤、干燥,在1000~1400℃之间煅烧,可获得平均粒径为20纳米的无团聚,无杂相的镁铝尖晶石粉体。该方法突出特点是:原料采用无机盐,不必加表面活性剂,不必真空干燥或冷冻干燥,可得到无团聚,无杂相,高纯度,粒径分布窄的镁铝尖晶石纳米粉体。该方法制备的粉体质量好,工艺简单稳定,生产成本低,易实现大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于精细化工领域,尤其是涉及镁铝尖晶石纳米粉体的制备方法。
背景技术
镁铝尖晶石(MgAl2O4)是一种应用领域广泛的材料。作为耐火材料,具有耐高温、耐腐蚀和高温下的高强度;作为良好的电绝缘陶瓷器件,其具有高的介电特性和好的电绝缘特性;其透明多晶镁铝尖晶石具有机械强度高、物化性质稳定、良好的紫外、可见和红外透光率、良好的热导性能,弹性模量和热膨胀系数低,将在透明装甲、导弹整流罩和观察窗口材料等方面得到广泛应用。制备上述性能优异的镁铝尖晶石材料需要高质量的镁铝尖晶石粉体,即纯度高,粒径小,粒径分布窄且无团聚。
目前国内外制备镁铝尖晶石粉体的方法主要有固相反应法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。如固相反应法是将氧化镁MgO和氧化铝Al2O3粉体混合作为合成镁铝尖晶石的原料,在1400℃温度下合成镁铝尖晶石粉体。该方法很难做到原料混合的均匀化,造成制备的多晶尖晶石材料出现非均相现象,影响了材料的光学透过率。溶胶-凝胶法多采用相应的金属醇盐作原料,水解形成溶胶,凝胶化,再干燥煅烧,制得的镁铝尖晶石粉体均匀性好,杂质含量低,粒径达到近纳米级,但原料成本较高,工艺复杂,不适合工业化生产。共沉淀法是在相应的可溶性盐溶液中加入沉淀剂,将金属离子均匀沉淀出来,再过滤、洗涤、干燥和煅烧,得到镁铝尖晶石粉体。其优点是产品纯度较高,生产成本低,工艺简单,易实现工业化生产。但易出现团聚问题,常添加表面活性剂、真空干燥或冷冻干燥加以克服。
发明内容
本发明的目的是提供一种大规模生产无团聚、无杂相的镁铝尖晶石(MgAl2O4)纳米粉体的方法。
实现本发明目的的技术方案是:
1.无机盐的选择:镁和铝离子溶液采用镁的硝酸盐和铝的硝酸盐配制,这两种溶液混合时金属离子摩尔比为1∶2;
2.无机盐浓度的选择:应控制在一定的浓度范围,浓度过高粉体容易产生团聚,浓度过低则产率低。镁和铝离子的浓度为0.5~0.005mol/L;
3.助剂的选择:不加任何助剂也能得到纳米尺度的粉体,但添加硫酸铵可以提高沉淀分散性,减小粉体粒径。添加量为镁离子摩尔量的0~20%;
4.沉淀过程中pH值:应控制pH值在5~9,并充分搅拌,保证镁离子和铝离子都均匀沉淀完全,沉淀剂采用碳酸氢铵水溶液,浓度为0.5~0.005mol/L;
5.沉淀的抽滤:抽滤过程中先用去离子水洗涤,是为了除去水溶性杂质,水洗后用有机溶剂洗涤,是为了减少水的吸附,降低其羟基桥联引起团聚。本方法优选无水乙醇为有机溶剂洗涤剂;
6.干燥:干燥的目的是为了除去沉淀吸附的水和有机溶剂,在普通烘箱中温度100-120℃干燥2~6小时;
7.煅烧:煅烧是为了把生成碳酸盐和类碳酸盐沉淀转变成氧化物,热处理温度过低,镁铝尖晶石生成不完全,产生杂相,热处理温度过高,镁铝尖晶石晶粒生长,粒径变大,因此热处理温度控制在1000~1400℃,时间控制在4~12小时。
用本发明提供的方法,制备的无团聚镁铝尖晶石纳米粉体的粒径为20~100纳米。图1中的上谱图是平均粒径为20纳米的镁铝尖晶石粉体的粉末X-射线衍射图,和下谱图的晶体模拟的粉末衍射图相比,所有特征峰均为尖晶石相,未出现其它杂相;图2是平均粒径为20纳米的镁铝尖晶石粉体的电子衍射照片,衍射环清晰,表明镁铝尖晶石晶型完整;图3是平均颗粒尺寸为20纳米的镁铝尖晶石粉体的透射电镜照片,基本上无团聚。
与现有技术相比,本发明的优点是:
1.制备工艺简单,对设备要求低,工艺参数易控制,易实现大规模生产;
2.原料均为无机盐,生产成本低;
3.粉体的纯度高,无杂相,粒径达到纳米级,无团聚。
附图说明
图1是平均粒径为20纳米的镁铝尖晶石粉体和镁铝尖晶石晶体模拟的粉末X-射线衍射图的比较,其中上图谱为测量的镁铝尖晶石粉体的粉末X-射线衍射图,下图谱为镁铝尖晶石晶体模拟的粉末X-射线衍射图;
图2是平均粒径为20纳米的镁铝尖晶石粉体的电子衍射照片;
图3是平均粒径为20纳米的镁铝尖晶石粉体的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
实施例1:
把Mg(NO3)2和Al(NO3)3分别溶于蒸馏水中,镁离子和铝离子的浓度分别为0.3mol/L和0.5mol/L,把这两种溶液按金属离子摩尔比为1∶2混合,充分搅拌下,滴加入过量的浓度为0.5mol/L的碳酸氢铵溶液中,完毕后得白色胶状沉淀,pH值为8左右。抽滤,蒸馏水洗2次,无水乙醇洗2次,在110℃干燥4小时,研磨,过筛,然后放在高温炉中,1300℃煅烧8小时,获得镁铝尖晶石粉体的平均粒径为60纳米。
实施例2:
把Mg(NO3)2和Al(NO3)3分别溶于蒸馏水中,镁离子和铝离子的浓度分别为0.1mol/L和0.3mol/L,把这两种溶液按金属离子摩尔比为1∶2混合,充分搅拌下,滴加入过量的浓度为0.3mol/L碳酸氢铵溶液中,完毕后得白色胶状沉淀,pH值为8左右。抽滤,蒸馏水洗2次,无水乙醇洗2次,在110℃干燥4小时,研磨,过筛,然后放在高温炉中,1300℃煅烧6小时,获得镁铝尖晶石粉体的平均粒径为40纳米。
实施例3:
把Mg(NO3)2和Al(NO3)3分别溶于蒸馏水中,镁离子和铝离子的浓度分别为0.3mol/L和0.5mol/L,把这两种溶液按金属离子摩尔比为1∶2混合,并加入硫酸铵溶液(约为镁离子摩尔量的10%),搅拌下,滴加入过量的浓度为0.5mol/L的碳酸氢铵溶液中,完毕后得白色胶状沉淀,pH值为8左右。抽滤,蒸馏水洗2次,无水乙醇洗2次,在110℃干燥4小时,研磨,过筛,然后放在高温炉中,1300℃煅烧6小时,获得镁铝尖晶石粉体的平均粒径为20纳米。
Claims (1)
1.用共沉淀法制备镁铝尖晶石纳米粉体,它包括沉淀、抽滤、干燥、煅烧过程,其特征在于:
(1)配制硝酸镁和硝酸铝水溶液,镁和铝离子的浓度为0.5~0.005mol/L,将这两种水溶液按镁离子和铝离子摩尔比为1∶2的比例混合;
(2)采用浓度为0.5~0.005mol/L的碳酸氢铵水溶液为沉淀剂;
(3)添加硫酸铵作为助剂,添加量为镁离子摩尔量的0~20%。
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