RU2117631C1 - Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products - Google Patents
Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117631C1 RU2117631C1 RU97111942A RU97111942A RU2117631C1 RU 2117631 C1 RU2117631 C1 RU 2117631C1 RU 97111942 A RU97111942 A RU 97111942A RU 97111942 A RU97111942 A RU 97111942A RU 2117631 C1 RU2117631 C1 RU 2117631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alcohol
- hydrolysate
- aluminum
- xerogel
- aluminium oxide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии порошка оксида алюминия, используемого для получения прозрачной корундовой керамики, применяемой, в частности, в виде трубок газоразрядных натриевых ламп высокого давления. The invention relates to a technology of alumina powder used to produce transparent corundum ceramics, used in particular in the form of tubes of high-pressure sodium discharge lamps.
Известен способ получения неагрегированного порошка α-Al2O3 для изготовления керамики (Патент СССР N 1709901, кл. C 01 F 7/44, 30.01.92). Однако в качестве вещества-предшественника в указанном патенте используется высокодисперсный порошок (средний размер частиц 0,16 - 1,35 мкм) гидроксида алюминия или γ-Al2O3 , получение которого в промышленных масштабах при сохранении необходимой для получения прозрачной керамики чистоты весьма затруднительно. Так, в примерах (патент СССР N 1709901, кл. C 01 F 7/44, 30.01.92) указано, что гидроксид алюминия получали в виде аэрозоля при производительности по алкоксиду алюминия 8,9 г/ч и расходе газоносителя (азота) 750 л/ч (около 900 г/ч). Подобное разбавление реагента до массовой концентрации около 1% снижает удельную производительность реактора и чистоту продукта. Кроме этого, (патент СССР N 1709901, кл. C 01 F 7/44, 30.01.92) указывается необходимость мгновенного нагрева вещества-предшественника от температуры не выше 850oC до температуры 1150 - 1450oC, т.е. не менее чем на 300oC, что весьма затруднительно реализовать в промышленных масштабах, не прибегая к использованию сложного и дорогостоящего оборудования.A known method for producing non-aggregated powder of α-Al 2 O 3 for the manufacture of ceramics (USSR Patent N 1709901, class C 01 F 7/44, 01/30/92). However, a fine powder (average particle size 0.16 - 1.35 μm) of aluminum hydroxide or γ-Al 2 O 3 is used as a precursor substance in this patent. It is very difficult to obtain it on an industrial scale while maintaining the purity necessary to obtain a transparent ceramic . So, in the examples (USSR patent N 1709901, class C 01 F 7/44, 01/30/92) it is indicated that aluminum hydroxide was obtained as an aerosol with an aluminum alkoxide productivity of 8.9 g / h and a gas (nitrogen) flow rate of 750 l / h (about 900 g / h). Such dilution of the reagent to a mass concentration of about 1% reduces the specific productivity of the reactor and the purity of the product. In addition, (USSR patent N 1709901, class C 01 F 7/44, 01/30/92) indicates the need for instant heating of the precursor substance from a temperature not exceeding 850 o C to a temperature of 1150 - 1450 o C, i.e. not less than 300 o C, which is very difficult to implement on an industrial scale, without resorting to the use of complex and expensive equipment.
В (Патент США N 5455019, кл. C 01 F 7/02, кл. 423/629, 3.10.95) предложен способ решения проблемы получения высокодисперсного гидроксида алюминия (размер частиц 2 - 10 мкм), не содержащего крупных частиц путем жидкофазного гидролиза алкоксида алюминия в аппарате с весьма интенсивным перемешиванием в присутствии органических веществ, вводимых в виде раствора с алкоксидом алюминия и химически модифицирующих последний. Однако (патент США 5455019, кл. С 01 F 7/02, кл. 423/629, 3.10.95) не указано, какую структуру имеют частицы порошка Al2O3, образующегося в результате термообработки гидроксида, получаемого по способу, описанному в патенте, и может ли он быть применен для получения прозрачной корундовой керамики. Кроме этого, (патент США N 5455019, кл. C 01 F 7/02, кл. 423/629, 3.10.95) указывает на необходимость реализации очень высоких скоростей сдвига, что требует использования очень мощной мешалки. Это приводит к повышению капитальных и энергетических затрат.In (US Patent No. 5455019, class C 01
Наиболее близким к предлагаемому является способ, описанный в (патент РФ N 2083531, 20.10.97) и заключающийся в жидкофазном гидролизе спиртовой смеси алкоксида алюминия водным раствором минеральных солей и органических веществ при перемешивании, сушке геля и гидроксида алюминия, помоле ксерогеля, термообработке молотого гидроксида алюминия, формовании заготовок из порошка α-Al2O3 и обжиге заготовок в вакуумной печи при максимальной температуре 1800oC.Closest to the proposed one is the method described in (RF patent N 2083531, 20.10.97) and consisting in liquid-phase hydrolysis of an alcohol mixture of aluminum alkoxide with an aqueous solution of mineral salts and organic substances with stirring, drying the gel and aluminum hydroxide, grinding xerogel, heat treatment of ground hydroxide aluminum, forming blanks from powder α-Al 2 O 3 and firing blanks in a vacuum oven at a maximum temperature of 1800 o C.
Задачей настоящего изобретения является повышение удельной производительности оборудования, снижение энергопотребления, упрощение используемого оборудования при сохранении качества получаемого порошка Al2O3.The objective of the present invention is to increase the specific productivity of the equipment, reducing energy consumption, simplifying the equipment used while maintaining the quality of the obtained Al 2 O 3 powder.
Поставленная задача достигается тем, что жидкофазный гидролиз ведут путем смешивания алкоксида алюминия, который может быть в индивидуальном виде или в виде спиртового раствора, при перемешивании с водным раствором одного или нескольких органических полимеров, по крайней мере один из которых нерастворим в спирте, образующемся при гидролизе. Указанный водный раствор также содержит уплотняющую добавку в растворенном виде. Далее смесь подвергают перемешиванию, молярное соотношение вода : алкоксид алюминия составляет от 2,5 до 5. Суммарное количество упомянутых органических полимеров составляет 3 - 30 мас.% от эквивалентного содержания оксида алюминия. Из полученного гидролизата удаляют спирт и остатки воды до перехода гидролизата в хрупкое состояние (ксерогель). Способ удаления спирта и остатков воды не имеет значения, однако температура, которой при этом должен подвергаться гидролизат, не должна превышать 200oC. Полученный ксерогель подвергают измельчению до размера частиц не более 50 мкм. Измельченный ксерогель направляют на термообработку на воздухе или в другой окислительной среде при максимальной температуре 1100 - 1350oC. Полученный порошок является неагрегированным, представляет собой преимущественно α-Al2O3 и имеет узкое распределение частиц по размерам в диапазоне 0,8 - 1,6 мкм. Образцы, отформованные из этого порошка после обжига в вакууме или водороде при 1750 - 1850oC отличаются высоким светопропусканием, являющимся основным параметром качества изделий из прозрачной керамики. При этом линейная усадка заготовок находится в технологически приемлемом интервале 16 - 18%.The problem is achieved in that the liquid-phase hydrolysis is carried out by mixing aluminum alkoxide, which can be individually or in the form of an alcohol solution, while mixing with an aqueous solution of one or more organic polymers, at least one of which is insoluble in the alcohol formed during hydrolysis . The specified aqueous solution also contains a sealing additive in dissolved form. The mixture is then stirred, the molar ratio of water: aluminum alkoxide is from 2.5 to 5. The total amount of the mentioned organic polymers is 3 to 30 wt.% Of the equivalent content of aluminum oxide. Alcohol and residual water are removed from the hydrolyzate obtained until the hydrolyzate is in a brittle state (xerogel). The method of removing alcohol and water residues does not matter, however, the temperature to which the hydrolyzate must be subjected must not exceed 200 o C. The resulting xerogel is subjected to grinding to a particle size of not more than 50 microns. The ground xerogel is sent for heat treatment in air or in another oxidizing medium at a maximum temperature of 1100 - 1350 o C. The resulting powder is non-aggregated, it is mainly α-Al 2 O 3 and has a narrow particle size distribution in the range of 0.8 - 1, 6 microns. Samples formed from this powder after firing in vacuum or hydrogen at 1750 - 1850 o C are characterized by high light transmission, which is the main quality parameter of products made of transparent ceramics. Moreover, the linear shrinkage of the workpieces is in the technologically acceptable range of 16 - 18%.
Отличие предлагаемого способа от прототипа (патент РФ N 2083531, кл. 20.10.97) заключается в том, что для гидролиза может быть использован не только спиртовой раствор алкоксида алюминия, но и индивидуальный алкоксид алюминия. Это позволяет снизить энергетические затраты на испарение летучих компонентов смеси, образующейся в результате гидролиза. Помимо этого, при гидролизе алкоксида алюминия должен быть использован хотя бы один органический полимер, нерастворимый в спирте, присутствующем в аппарате для гидролиза. Это позволяет получить структуру ксерогеля гидроксида алюминия, обеспечивающую стабильность свойств керамики. The difference of the proposed method from the prototype (RF patent N 2083531, class 20.10.97) lies in the fact that for hydrolysis can be used not only an alcohol solution of aluminum alkoxide, but also an individual aluminum alkoxide. This reduces energy costs for the evaporation of the volatile components of the mixture formed as a result of hydrolysis. In addition, in the hydrolysis of aluminum alkoxide, at least one organic polymer insoluble in the alcohol present in the hydrolysis apparatus must be used. This allows you to get the xerogel structure of aluminum hydroxide, ensuring the stability of the properties of ceramics.
Примеры. Гидролиз втор-бутоксида алюминия проводили следующим образом. В втор-бутоксиду алюминия при комнатной температуре при перемешивании доливали водный раствор полиакриламида и полиметилакриловой кислоты, содержание которых составляет 2 мас.% и 1 мас.% соответственно по отношению к Al2O3, а также уплотняющие добавки: нитратов магния, иттрия и лантана из расчета содержания оксидов в Al2O3 (мас.%) :MgO- 0,1; V2O3 - 0,05; La2O3 - 0,05. Образовавшуюся при гидролизе пасту выдерживали при перемешивании в течение 10 мин. Далее проводили удаление спирта и остатков воды путем отгонки при температуре 150oC. Образовавшийся ксерогель гидроксида алюминия подвергали сухому помолу в планетарной мельнице корундовыми шарами в тефлоновых барабанах. Максимальный размер частиц после помола определяли петрографически. Далее измельченный порошок, помещенный в корундовый тигель, подвергали термообработке в печи в среде воздуха. Скорость нагревания составляла 400oC/ч. После достижения максимальной температуры (1250oC) следовала выдержка при ней в течение 2 ч., после чего порошок охлаждали с печью. Из полученного порошка были отформованы методом полусухого прессования при давлении 100 МПа образцы в виде дисков толщиной 1 мм. После этого образцы обжигали в вакуумной печи сопротивления по режиму: линейный нагрев до 1250oC на 100 мин, линейный нагрев до 1400oC за 80 мин, линейный нагрев до 1800 oC за 8 мин, выдержка при 1800oC в течение 3 ч., охлаждение со скоростью не выше 80oC/мин. Прозрачность обожженных полированных дисков толщиной 0,5 мм оценивали по величине прямого светопропускания, полученной на спектрофотометре Specord M 400 при длине волны 660 нм. Результаты экспериментов, в которых варьировались некоторые технологические параметры, представлены в таблице.Examples. The hydrolysis of sec-butoxide was carried out as follows. An aqueous solution of polyacrylamide and polymethylacrylic acid was added to second-butoxide at room temperature with stirring, the contents of which are 2 wt.% And 1 wt.%, Respectively, with respect to Al 2 O 3 , as well as sealing additives: magnesium, yttrium and lanthanum nitrates from the calculation of the content of oxides in Al 2 O 3 (wt.%): MgO-0,1; V 2 O 3 - 0.05; La 2 O 3 - 0.05. The paste formed during hydrolysis was kept under stirring for 10 minutes. Then, alcohol and water residues were removed by distillation at a temperature of 150 o C. The resulting aluminum hydroxide xerogel was subjected to dry grinding in a planetary mill with corundum balls in Teflon drums. The maximum particle size after grinding was determined petrographically. Next, the crushed powder, placed in a corundum crucible, was subjected to heat treatment in a furnace in air. The heating rate was 400 ° C./h. After reaching the maximum temperature (1250 o C) followed by exposure at it for 2 hours, after which the powder was cooled with the oven. Samples in the form of
Водный раствор имеет pH от 2 до 4. The aqueous solution has a pH of 2 to 4.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97111942A RU2117631C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97111942A RU2117631C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2117631C1 true RU2117631C1 (en) | 1998-08-20 |
RU97111942A RU97111942A (en) | 1998-12-27 |
Family
ID=20195255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97111942A RU2117631C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2117631C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9287106B1 (en) | 2014-11-10 | 2016-03-15 | Corning Incorporated | Translucent alumina filaments and tape cast methods for making |
-
1997
- 1997-07-11 RU RU97111942A patent/RU2117631C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9287106B1 (en) | 2014-11-10 | 2016-03-15 | Corning Incorporated | Translucent alumina filaments and tape cast methods for making |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2136596C1 (en) | Method of preparing alpha-aluminum powder and alpha-aluminum powder | |
Manalert et al. | Sol-gel processing and sintering of yttrium aluminum garnet (YAG) powders | |
EP0040499B1 (en) | Polycrystalline translucent alumina sintered body, a method of producing the same, and a high pressure vapour discharge lamp obtained by using such a sintered body | |
KR890002548B1 (en) | Method for making poly crystalline alpha-alumina bodies | |
CN1041580A (en) | Technology with the microwave energy heating material | |
CN1100066A (en) | Process for producing alpha-alumina powder | |
WO2019169868A1 (en) | Fluorescent ceramic and preparation method therefor | |
Messing et al. | Low‐Temperature Sintering of Seeded Sol—Gel‐Derived, ZrO2‐Toughened Al2O3 Composites | |
US4690911A (en) | Zirconia ceramics and process for producing the same | |
NL8301848A (en) | OPTICALLY TRANSLUCENT CERAMIC MATERIAL. | |
CN1198761C (en) | Preparation method of high-purity superfine alumina powder body | |
JPH07206432A (en) | Alpha-alumina powder and its production | |
US3227521A (en) | Process for producing substantially kappa-phase alumina | |
WO2018223544A1 (en) | Luminous ceramic and preparation process thereof | |
RU2117631C1 (en) | Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products | |
JPH0710535A (en) | Production of alumina sol excellent in transparency and having satisfactory viscosity stability | |
RU2584187C1 (en) | Method of producing transparent ceramic of yttrium aluminium garnet | |
JPWO2006003726A1 (en) | Translucent lutetium oxide sintered body and method for producing the same | |
CN1837327A (en) | Process for preparing aluminate luminescent materials | |
CN109650851B (en) | Preparation method of lighting material | |
RU2083531C1 (en) | Method of manufacturing transparent alumina ceramics | |
JPH02239114A (en) | Manufacture of acid-containing aluminium oxide gydrate,said hydrate for use in producing transparent ceramic product and transparent ceramic product | |
RU2340558C2 (en) | Method of obtaining fine crystalline alloyed lanthanum aluminate | |
RU2818557C1 (en) | METHOD OF PRODUCING ALPHA-ALUMINUM OXIDE POWDER WITH PARTICLE SIZE IN RANGE OF 1-4 mcm | |
Belyakov et al. | Optically transparent ceramics based on yttrium oxide using carbonate and alkoxy precursors |