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 PDF

Info

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
Application number
RU97111942A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97111942A (en
Inventor
А.В. Беляков
А.Н. Сухожак
С.А. Першиков
А.И. Кузнецов
Ю.И. Расторгуев
М.М. Гончарик
Е.В. Павлов
Original Assignee
Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева filed Critical Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева
Priority to RU97111942A priority Critical patent/RU2117631C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2117631C1 publication Critical patent/RU2117631C1/en
Publication of RU97111942A publication Critical patent/RU97111942A/en

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

FIELD: building industry, more particularly preparation of aluminium oxide powder. SUBSTANCE: aluminium oxide powder is prepared by liquid phase hydrolysis carried by mixing aluminium alkoxide with aqueous solution of one or more organic polymers, at least one of which is insoluble in alcohol resulting from hydrolysis. Said aqueous solution also contains sealing additive in dissolved form. The resulting mixture is stirred. Water to aluminium alkoxide molar ratio is from 2.5 to 5.0. Total amount of said organic polymers is 3- 30 wt % of equivalent content of aluminium oxide. Alcohol and water remnants are removed from the resulting hydrolysate till hydrolysate is converted to fragile state (xerogel). When removing alcohol and water remnants from hydrolysate, hydrolysate temperature should not exceed 200 C. The resulting aluminium hydroxide xerogel is ground to particle size of not greater than 50 mcm. Ground xerogel is heat treated in the air or in other oxidative medium at 1100-1350. EFFECT: increased specific efficiency of equipment and lower power consumption. 6 cl, 1 tbl

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 F 7/02, class 423/629, 3.10.95), a method is proposed for solving the problem of producing highly dispersed aluminum hydroxide (particle size 2-10 microns), not containing large particles by liquid phase hydrolysis aluminum alkoxide in an apparatus with very intensive mixing in the presence of organic substances introduced in the form of a solution with aluminum alkoxide and chemically modifying the latter. However (US patent 5455019, class C 01 F 7/02, class 423/629, 3.10.95) it is not indicated what structure the particles of Al 2 O 3 powder formed as a result of heat treatment of the hydroxide obtained by the method described in patent, and whether it can be applied to obtain transparent corundum ceramics. In addition, (US patent N 5455019, class C 01 F 7/02, class 423/629, 3.10.95) indicates the need for very high shear rates, which requires the use of a very powerful mixer. This leads to an increase in capital and energy costs.

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 disks 1 mm thick were molded from the obtained powder by the method of semi-dry pressing at a pressure of 100 MPa. After that, the samples were fired in a vacuum resistance furnace according to the regime: linear heating to 1250 ° C for 100 minutes, linear heating to 1400 ° C for 80 minutes, linear heating to 1800 ° C for 8 minutes, holding at 1800 ° C for 3 hours ., cooling at a rate not exceeding 80 o C / min. The transparency of the burned polished discs with a thickness of 0.5 mm was evaluated by the direct light transmission obtained on a Specord M 400 spectrophotometer at a wavelength of 660 nm. The results of experiments in which some technological parameters were varied are presented in the table.

Водный раствор имеет pH от 2 до 4. The aqueous solution has a pH of 2 to 4.

Claims (6)

1. Способ получения порошка оксида алюминия для изготовления прозрачной керамики, включающий жидкофазный гидролиз алкоксида алюминия водным раствором уплотняющей добавки при молярном отношении вода : алкоксид алюминия 25 - 5,0, удаление спирта и остатков воды из гидролизата, измельчение ксерогеля гидроксида алюминия и его термообработку, отличающийся тем, что гидролиз осуществляют путем смешения алкоксида алюминия 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. 1. A method of producing aluminum oxide powder for the manufacture of transparent ceramics, including liquid-phase hydrolysis of aluminum alkoxide with an aqueous solution of a sealing additive with a molar ratio of water: aluminum alkoxide 25 - 5.0, removal of alcohol and water residues from the hydrolyzate, grinding of aluminum hydroxide xerogel and its heat treatment, characterized in that the hydrolysis is carried out by mixing aluminum alkoxide individually or in the form of an alcohol solution with stirring with an aqueous solution of one or more organically x polymers, at least one of which is insoluble in the alcohol formed during hydrolysis. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарное количество органических полимеров составляет 3 - 30 мас.% от количества оксида алюминия, образующегося из алкоксида алюминия. 2. The method according to claim 1, characterized in that the total amount of organic polymers is 3 to 30 wt.% Of the amount of aluminum oxide formed from aluminum alkoxide. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при удалении спирта и остатков воды из гидролизата температура последнего не превышает 200oC.3. The method according to claim 1, characterized in that when removing alcohol and residual water from the hydrolyzate, the temperature of the latter does not exceed 200 o C. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед термообработкой гидроксида алюминия производят измельчение последнего до размера частиц не более 50 мкм. 4. The method according to claim 1, characterized in that before heat treatment of aluminum hydroxide produce grinding of the latter to a particle size of not more than 50 microns. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку гидроксида алюминия осуществляют на воздухе или в любой другой окислительной атмосфере. 5. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of aluminum hydroxide is carried out in air or in any other oxidizing atmosphere. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку гидроксида алюминия ведут при температуре в диапазоне 1100 - 1350oC.6. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of aluminum hydroxide is carried out at a temperature in the range of 1100 - 1350 o C.
RU97111942A 1997-07-11 1997-07-11 Method of preparing aluminium oxide powder to manufacture transparent ceramic products RU2117631C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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