一种制备片状氧化铝粉末的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉体制备及粉末形貌控制技术领域，特别提供了一种制备片状氧化铝 粉末的方法。
【背景技术】
[0002] 片状氧化铝是一种特殊结构的氧化铝，其径向尺度为微米级，厚度尺度为纳米级 或近于纳米级，兼备微米粉末和纳米粉末的双重特性，具有较好的表面活性和附着力，容易 与活性基团结合而不易产生团聚，具有易分散的特点。片状氧化铝粉末除了具有氧化铝的 物理化学性能外，还有无色、透明的特点，具有较强的反射光线的能力和屏蔽效应。因此，片 状氧化铝粉末在化妆品、汽车面漆、珠光颜料、填料及复合材料等领域应用潜力很大。片状 氧化铝的制备方法主要有水热（醇热）法、高温烧结法和熔盐法等，关键是控制氧化铝的形 貌，促进氧化铝的各向异性生长。水热（醇热）法是在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高 温高压的条件下利用溶液中微粒间的化学反应，通过形核、结晶，生成片状氧化铝粉末。高 温烧结法是将氧化铝粉末在较高温度下烧结，并添加烧结助剂降低氧化铝的烧结温度，促 进其各向异性生长而得到片状形貌，由于反应温度高，氧化铝晶粒的尺寸和形貌较难控制。 熔盐合成法采用一种或多种低熔点的无机盐类为反应介质，使片状氧化铝在熔融盐中完成 生长反应。传统片状氧化铝粉末的制备方法存在原料价格昂贵、片状粉末的平均径厚比较 小、片状特征不显著、工艺复杂、制备周期长和制造成本高等问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种制备片状氧化铝粉末的方法，旨在采用简单两步煅烧 方法制备出径厚比大、片状特征显著的片状氧化铝粉末。
[0004] 本发明在氢氧化铝或过渡氧化铝粉末中添加晶种、分散剂和形貌控制剂，然后在 含有卤素和卤素化合物气体的气氛中进行高温+低温两阶段煅烧。高温煅烧过程中，颗粒 发生重建式相变，颗粒局部收缩，表面形成大量细小裂纹等缺陷，卤化物分子进一步破坏了 原氧化铝晶体内部原子的规则排列，形成Al3+离子空位，显著提高了氧化铝的活性，加速了 Al3+离子的扩散速度和Al2O3的晶相转变，有利于降低煅烧温度和控制氧化铝粉体的各向异 性晶粒生长，这为低温煅烧时的破碎奠定了基础。同时，形貌控制剂在相变过程中吸附在氧 化铝晶粒的特定晶面上，降低了该晶面的表面能和生成该晶面的驱动力，减弱了该晶面对 氧化铝分子的吸引力，使得氧化铝晶粒在一个方向的生长速率显著大于其它方向。分散剂 的作用是在晶体表面吸附，以抑制氧化铝晶体在厚度方向上的生长，并减少粉体之间的团 聚和交错生长。低温煅烧过程中，具有较高活性和较多缺陷的氧化铝粉末在含较高浓度的 卤化物气相的气氛中煅烧后将进一步细化，晶粒进一步发育完善，得到分散性较好的片状 氧化铝粉末。制坯工序通过改变压制压力来控制粉末颗粒堆积的紧密程度，对增大反应物 浓度和提高化学反应速率起到至关重要的作用。在气氛中引入卤化物延长了卤化物和原料 粉末的作用时间，提高了反应的均匀程度。本发明在上述机制及其它一些原理仍不清楚的 机制作用下，实现了氧化铝晶粒的各向异性生长，从而制备出片状特征显著的氧化铝粉末。
[0005] -种制备片状氧化铝粉末的方法，具体工艺步骤有：
[0006] 1、原料混合：以工业氢氧化铝或过渡相氧化铝粉末为原料，在原料粉末中添加 5?15wt. %晶种、1. 6?4wt. %分散剂、1. 3?4wt. %晶粒形貌控制剂和0?2wt. %气相 源，采用搅拌或球磨的方式混合均匀后在90?120°C烘干1?2小时，得到混合料；
[0007] 所述的过渡相氧化错为y-A1203、5 ~A1203、G~A1203、n_A1203、9 _A1203、K-Al2O3 和X-Al2O3中的一种或几种。
[0008] 所述的晶种为：厚度为0. 05?0. 2ym，径厚比大于50的片状氧化铝。
[0009] 所述的分散剂为Na3PO4 ? 12H20、磷酸一氢铝和磷酸二氢铝中的一种或几种。
[0010] 所述的晶粒形貌控制剂为AlF3、AlCl3、ZrF4、Ti0S04、Zr0ClJPZrCl4中的一种或几 种。
[0011] 2、一次制坯：在烘干后的混合料中添加0.5?2. 3wt. %糊精或聚乙烯醇，在 200?550MPa的压力下成形，得到一次坯体；
[0012] 3、一次煅烧：一次坯体在含卤化氢和形貌控制组元的气氛中进行高温煅烧，煅烧 温度为1000?1150°C，煅烧时间为3. 5?8小时，得到一次煅烧坯体；所述形貌控制组元 是卤化锆；
[0013] 所述的含卤化氢的气氛为卤化氢、氨气、卤化锆、氢气、氮气和空气的混合气相，气 相中卤化氢的浓度为I. 1?1. 5%、氨气的浓度为0. 1?1. 0%、卤化锆的浓度为2. 5?4%、 氢气的浓度为1?2. 6%、氮气的浓度为2?5%、余量为空气。
[0014] -次煅烧时，也可以将卤化氨和卤素化合物预先添加到混合料中，在高温下分解 得到卤化氢、氨气或卤化锆。卤素化合物为六氟锆酸铵。
[0015] 对于工业化生产，煅烧（包括一次坯体煅烧和二次坯体煅烧）可用隧道窑、旋转窑 或推进式炉以连续方式进行。
[0016] 4、二次制坯：将一次煅烧坯体破碎成粉末，并在破碎粉末中添加0. 5?2. 3wt. % 糊精或聚乙烯醇，在200?550MPa的压力下成形，得到二次坯体；
[0017] 5、二次煅烧：将二次坯体进行低温煅烧，煅烧温度为300?500°C，煅烧时间为 5. 5?12小时。二次煅烧后得到二次煅烧坯体，二次煅烧坯体破碎后得到厚度小于0. 2ym， 平均径厚比大于50的片状氧化铝粉末，且a-Al2O3的含量为100%，片状氧化铝粉末的形 貌如图2所示。
[0018] 二次煅烧时采用含较高浓度卤化氢气体的气氛，其中卤化氢的浓度为2. 0?3%、 氨气的浓度为1. 6?2. 2%、氢气的浓度为6?7%、氮气的浓度为13. 5?15%、余量为空 气。
[0019] 二次煅烧时，也可以将卤化氨预先添加到混合料中，在高温下分解得到卤化氢和 氨气。
[0020] 本发明的优点在于：在添加晶种、分散剂和形状控制剂的原料粉末中，综合利用两 次制坯、两步煅烧、引入特殊设计的含卤化氢和/或氟化物（氟化锆）烧结气氛等技术，提 高氧化铝的活性，降低反应温度，促进氧化铝晶粒的径向生长，抑制其在厚度方向的生长。 通过控制不同晶面生长速率达到了控制氧化铝晶体粒径和形貌的目的，所得片状氧化铝粉 末的径厚比可调、结晶形貌规则、粉末均匀度高、分散性良好、晶粒发育完善、a-Al2O3的含 量为100%。此外，该方法反应温度较低，反应时间较短，工艺简单，反应过程易于控制，容易 实现工业化生产。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的工艺流程图
[0022] 图2为片状氧化物粉末的形貌
【具体实施方式】
[0023] 实施例1 :以y-Al2O3和TiOSO4为原料制备片状氧化铝粉末
[0024] 以y-Al2O3粉末为原料，在原料粉末中添加5wt. %片状a-Al203晶种（厚度 0. 05ym，平均径厚比50)和I. 3wt. %形貌抑制剂（TiOSO4)，采用搅拌或球磨的方式混合均 匀后在90°C烘干2小时，得到混合料。在烘干后的混合料中添加Iwt. %糊精或聚乙烯醇， 在200MPa的压力下成形，得到一次坯体；一次坯体进行高温煅烧，煅烧温度为1000°C，煅烧 时间为8小时。一次煅烧气氛中氟化氢的浓度为0. 1 %、氨气的浓度为0. 1 %、氯化锆的浓度 为1%、氢气的浓度为1%、氮气的浓度为2%、余量为空气。一次煅烧后得到一次煅烧坯体； 将一次煅烧坯体破碎成粉末，并在破碎粉末中添加〇. 8wt. %糊精或聚乙烯醇，在200MPa的 压力下成形，得到二次坯体；将二次坯体进行低温煅烧，煅烧温度为350°C，煅烧时间为2小 时。二次煅烧气氛中氟化氢的浓度为2. 0%、氨气的浓度为1. 6%、氢气的浓度为6%、氮气 的浓度为14%、余量为空气。二次煅烧后得到二次煅烧坯体，二次煅烧坯体破碎后得到片状 氧化铝粉末。所得片状氧化铝粉末的厚度为0.06ym，平均径厚比为51 :La-Al2O3的含 量为100%。
[0025] 实施例2 :以Y-Al2O3和ZrOCl2为原料制备片状氧化铝粉末
[0026] 以S-Al2O3粉末为原料，在原料粉末中添加15wt. %晶种（厚度0? 2ym，平均径 厚比64)和4wt. %形貌抑制剂（ZrOCl2),采用搅拌或球磨的方式混合均匀后在120°C烘干 1小时，得到混合料。在烘干后的混合料中添加0. 5wt. %糊精或聚乙烯醇，在250MPa的压 力下成形，得到一次坯体；一次坯体进行高温煅烧，煅烧温度为1150°C，煅烧时间为8小时。 一次煅烧气氛中氟化氢的浓度为1. 5%、氨气的浓度为1. 0%、氯化锆的浓度为4. 0%、氢气 的浓度为2. 6%、氮气的浓度为5%、余量为空气。一次煅烧后得到一次煅烧坯体；将一次 煅烧坯体破碎成粉末，并在破碎粉末中添加I. 5wt. %糊精或聚乙烯醇，在450MPa的压力下 成形，得到二次坯体；将二次坯体进行低温煅烧，煅烧温度为500°C，煅烧时间为2小时。二 次煅烧气氛中氟化氢的浓度为3. 0%、氨气的浓度为2. 2%、氢气的浓度为7%、氮气的浓度 为13. 5 %、余