合成高温稳定型α-Al₂O₃纳米粉体的方法

专利名称：合成高温稳定型α-Al₂O₃纳米粉体的方法
技术领域：
本发明涉及制备高温稳定型a-Al203纳米粉体的方法，属于材料科学技术领域。
背景技术：
纳米氧化铝是一种新型的功能材料，它具有耐高温、耐化学腐蚀、耐磨和 高硬度、高强度以及高表面活性等特点，已成为极其重要的陶瓷材料、复合材 料、催化剂及其载体材料。纳米a-Al203是一种高温稳定型的纳米氧化铝，也是 目前氧化铝各种晶型中应用最广泛的一种，在高强度材料、电子材料、填料、 磨料、刃具以及催化剂等方面已经得到了广泛应用。高温稳定型纳米a-Al203的 制备工艺多种多样，有固相法、气相法、液相法等，其中沉淀法、溶胶-凝胶法 等湿化学方法是应用最广、最为成熟的方法。
韩冰等(化学工业与工程，2006， 23， 6， 512-515)利用硝酸铝溶液和碳酸 铵溶液的沉淀反应制备一种氧化铝的前驱体，研究了pH值、溶液浓度、分散剂 用量对纳米氧化铝粒径的影响，在121(TC煅烧后获得一次粒径在40nm左右的 a-Al203。张永成等(硅酸盐通报，2007， 26， 5， 901-904)以A1(N03)3'9H20、 NH4HC03为原料，采用化学沉淀法制备了 NH4A1(0H)2C03和AIO(OH)前驱体，
通过X射线衍射、透射电镜和热膨胀仪研究发现Al203粉体具有较高的结晶温
度和a相变温度，在110(TC煅烧后获得0与cc两相共存的纳米Al2Cb粉体。赵 玉成等(燕山大学学报，2005， 29， 1， 88-91)以廉价的无水氯化铝为主要原料， 采用液相法制备出Al(OH)3沉淀，经120(TC煅烧2小时后，获得平均粒径30 80nm的a-Al203。史桂梅等(沈阳工业大学学报，2007， 29， 3， 275-278)以异 丙醇铝为原料，采用溶胶-凝胶法制备出了纳米Al203粉体，在45(TC热处理干凝 胶后获得粒径在10nm左右的非晶体，在120(TC的温度下处理lh后完全转变成 粒径在15 35 nm的《-Al203纳米颗粒。
从上述文献的报道结果可以得知，采用湿化学法合成高温稳定型的a-Al203 纳米粉体，其煅烧温度一般在120(TC左右，低于120(TC煅烧时很难获得单一物
相的Ct-Al203粉体。

发明内容
本发明的目的是提供一种在较低温度下合成高温稳定型a-Al203纳米粉体 的方法。本发明的合成高温稳定型a-Ab03纳米粉体的方法，包括以下步骤
(1) 将铝的无机盐溶解于去离子水中，形成0.5 2.0mol/l铝的无机盐水溶液， 再按每升溶液20g的量加入分散剂，混合搅拌均匀；
(2) 按照钙与铝的摩尔比为0.04 3.5: 100，镁与铝的摩尔比为0.06 2.5: 100，硅与铝的摩尔比为(U6 5.5: 100，向上述溶液中加入钙的无机盐、镁的 无机盐以及硅溶胶，搅拌混合均匀；
(3) 将上述溶液置于80 10(TC的水浴或烘箱中，直至获得粘稠的乳白色胶 体，冷却，得干凝胶；
(4) 将干凝胶放入高铝坩埚中，在卯0 1100'C煅烧，得到高温稳定型《-Al203 纳米粉体。本发明步骤(l)中，所说的铝的无机盐可为A1(N03^9H20、 Al(OH)(CH3COO)2'2H20、 C6H9A106、 C9H21A103、 A1C136H20、 Al(OH)3,以及 铝溶胶中的一种或几种；所说的分散剂可为油酸、脂肪酸、聚乙二醇PEG、聚 乙烯醇PVA、聚乙烯醇縮丁醛PVB，以及(:3必76^02中的一种或几种。
本发明步骤(2)中，所说的钙的无机盐可为Ca(N03)24H20 、 Ca(CH3COO)2'H20、 CaCI2'2H20和CaCl2中的一种或几种；所说的镁的无机盐可 为Mg(N03)2'6H20、 Mg(CH3COO)2'4H20和MgCl2'6H20中的一种或几种。
本发明所采用的原材料来源广泛、成本低廉，制备工艺简单可控；与现有 技术相比，由于在铝的无机盐中引入了钙镁硅等元素，在煅烧过程中将形成 CaO-MgO-Al20rSi02的玻璃相，能有效促进高温稳定型a-Al203在较低的温度 下完全形成；同时，由于分散剂的引入，利用其空间位阻作用，从而致使最终 能获得粒径细小、颗粒分布均匀的纳米oc-Al203粉体。
具体实施例方式
下面结合实例对本发明作进一步描述。
实施例h
称取lmol的A1(N03)3-9H20溶于一定量的去离子水中，形成lmol/1的硝酸 铝水溶液，加入20克的PEG400，再加入0.0068mol的Ca(NO3)2'4H2O、0.0025mol 的Mg(N03)2*6H20以及0.016mol的硅溶胶进行混合搅拌；将上述混合溶液搅拌 均匀后放入9(TC的烘箱中，48小时后获得粘稠的乳白色胶体，随后进行冷却获 得干凝胶；将干凝胶放入高铝坩埚中，在IOO(TC煅烧2小时，即得到白色的纳 米陶瓷粉体。
对上述陶瓷粉体进行透射电镜TEM分析，可以观察到粉体的颗粒直径在 25 35nm之间，XRD分析表明该粉体是单一的高温稳定型a-Al203。实施例2:
称取lmol的Al(OH)(CH3COO)2'2H20溶于一定量的去离子水中，形成 1.5mol/l的醋酸铝水溶液，加入20克的油酸，再加入0.005mol的Ca(N03)2'4H20、 0.005mol的Mg(CH3COO)2'4H20以及O.Olmol的硅溶胶进行混合搅拌；将上述 混合溶液搅拌均匀后放入95"C的烘箱中，24小时后获得粘稠的乳白色胶体，随 后进行冷却获得干凝胶；将干凝胶放入高铝坩埚中，在105(TC煅烧2小时，即 得到白色的纳米陶瓷粉体。
对上述陶瓷粉体进行透射电镜TEM分析，可以观察到粉体的颗粒直径在 30 50nm之间，XRD分析表明该粉体是单一的高温稳定型oc-Al203。
实施例3:
称取lmol的C9H2tA103溶于一定量的去离子水中，形成0.8mol/l的异丙醇 铝水溶液，加入20克的聚乙烯醇PVA，再加入O.Olmol的Ca(CH3COO)2.H20、 O.Olmol的Mg(N03)2'6H20以及0.03mol的硅溶胶进行混合搅拌；将上述混合溶 液搅拌均匀后放入9(TC的烘箱中，48小时后获得粘稠的乳白色胶体，随后进行 冷却获得干凝胶；将干凝胶放入高铝坩埚中，在980。C煅烧2小时，即得到白色 的纳米陶瓷粉体。
对上述陶瓷粉体进行透射电镜TEM分析，可以观察到粉体的颗粒直径在 20 30nm之间，XRD分析表明该粉体是单一的高温稳定型cc-Al203。
权利要求
1、合成高温稳定型α-Al2O3纳米粉体的方法，包括以下步骤(1)将铝的无机盐溶解于去离子水中，形成0.5～2.0mol/l铝的无机盐水溶液，再按每升溶液20g的量加入分散剂，混合搅拌均匀；(2)按照钙与铝的摩尔比为0.04～3.5100，镁与铝的摩尔比为0.06～2.5100，硅与铝的摩尔比为0.16～5.5100，向上述溶液中加入钙的无机盐、镁的无机盐以及硅溶胶，搅拌混合均匀；(3)将上述溶液置于80～100℃的水浴或烘箱中，直至获得粘稠的乳白色胶体，冷却，得干凝胶；(4)将干凝胶放入高铝坩埚中，在900～1100℃煅烧，得到高温稳定型a-Al2O3纳米粉体。
2、 根据权利要求1所述的合成高温稳定型ct-Al203纳米粉体的方法，其特 征在于所述的铝的无机盐为A1(N03V9H20、 Al(OH)(CH3COO)r2H20、 C6H9A106、 C9H21A103、 A1C13'6H20、 Al(OH)3，以及铝溶胶中的一种或几种。
3、 根据权利要求1所述的合成高温稳定型CC-Al203纳米粉体的方法，其特征在于所述的分散剂为油酸、脂肪酸、聚乙二醇PEG、聚乙烯醇PVA、聚乙烯醇縮丁醛PVB，以及C38H76N202中的一种或几种。
4、 根据权利要求1所述的合成高温稳定型《-^203纳米粉体的方法，其特 征在于所述的钙的无机盐为Ca(N03)2'4H20、 Ca(CH3COO)2'H20、 CaCl2'2H20 和CaCl2中的一种或几种。
5、 根据权利要求1所述的合成高温稳定型CC-Al203纳米粉体的方法，其特征在于所述的镁的无机盐为Mg(N03)2'6H20 、 Mg(CH3COOV4H20和 MgCl2《H20中的一种或几种。
全文摘要
本发明公开的合成高温稳定型α-Al₂O₃纳米粉体的方法，其步骤包括将铝的无机盐溶解于去离子水中，加入适量分散剂；再向上述溶液中加入钙的无机盐、镁的无机盐以及硅溶胶，搅拌混合均匀，置于80～100℃的水浴或烘箱中，直至获得粘稠的乳白色胶体，冷却后获得干凝胶；将干凝胶放入高铝坩埚中，在900～1100℃煅烧，得到a-Al₂O₃纳米粉体。本发明所采用的原材料来源广泛易得、成本低廉，制备工艺简单可控，特别是微量钙镁硅元素的引入，可以在较低的温度下制备高温稳定型α-Al₂O₃纳米粉体，且制得的α-Al₂O₃纳米粉体粒径细小、分散均匀，具有良好的工业应用价值。
文档编号C01F7/00GK101456567SQ200810164120
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者斌 张, 徐时清, 李登豪, 王宝玲, 王焕平, 赵士龙 申请人:中国计量学院