专利名称：一种制备十二硼化铝的方法
技术领域：
本发明属于材料制备领域，特别涉及一种制备十二硼化铝的方法。
背景技术：
十二硼化铝(AlB12)的制备工艺主要有(I)以Al、B2O3为原料，热震烧结制备AlB12 ； (2)以Al、B为原料进行真空反应烧结；(3)以KBF4、铝为原料，进行熔盐辅助合成制备AlB12;以上方法缺点有方法(I)工艺复杂，氧化铝杂质较多；方法(2)原材料昂 贵仅限于实验室制备AlB12,且有氧化铝杂质；方法(3)产量极低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用产量大且相对成本低廉的Al粉、B2O3> Al2O3和冰晶石为主要原料，采用真空热爆合成和电解法制备十二硼化铝(AlB12),达到工艺简单易行，适合工业化连续生产，降低制备成本的目的。本发明的一种制备十二硼化铝的方法，包括以下步骤
Cl)制备Al2O3和AlB12混合粉将45. 6 46. 9wt%的铝粉与53. Γ54. 4wt%的氧化硼混合，球磨f2h制成混合料，再将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中，将真空度控制在50Pa以下，以10°C /min的速率将温度升到400°C、00°C，进行真空热爆合成，制备得Al2O3和AlB12 ;将制备的氧化铝和十二硼化铝破碎，并过目数为160目的筛子，使Al2O3和AlB12的颗粒直径小于等于96 μ m ;再向制备的Al2O3和AlB12中加入其质量0 60%的Al2O3粉，并混合均匀；
(2)电解制备向冰晶石Na3AlF6中加入AlF3,使冰晶石混合料中NaF和AlF3摩尔比为(2. Γ2. 9) :1，再向其中加入为冰晶石混合料质量f 25%的CaF2或LiF配制成电解质，将电解质物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，将电解槽加热至86(T960°C ;向电解槽中加入为电解质物料质量2 10%的步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉，获得熔融态混合电解质，向电解槽中插入高纯石墨圆柱作为阳极，给电解槽进行通电，电解电压为8V,电解电流为20A，电流密度为O. 2 2A/cm2，电解时间为O. 5 10h，每隔2(T25min再向电解槽中加入为电解质物料质量2 10%的步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉；
(3)过滤电解产物电解不断进行，不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，用铝水过滤网对电解产物进行过滤，将过滤得出的渣用O. 5"2mol/L的盐酸或硫酸酸洗O. 5^2h,过滤得到十二硼化铝。其中，步骤(3)中所述的铝水过滤网，其网孔规格为O. Γ2. 5mm。本发明的特点和有益效果在于
本发明利用电解法去除真空热爆合成产生的Al2O3 :经过高温热爆产生的Al2O3为刚玉氧化铝，其最大的特性就是极其稳定，耐酸耐碱，根本无法利用常规方法予以去除，这也是目前制约AlB12I业化生产的主要原因；工业中制备Al的方法就是利用电解法，将可以溶解于熔融电解质中的各类Al2O3反应掉并最终制备出Al。由于Al的密度大于电解质的密度使其沉积于阴极表面，而AlB12的抗腐蚀力极强，且其密度也大于电解质的密度，最终在此电解过程中，得到的阴极产物若不过滤，就得到了含有Al和AlB12的混合物，这种复合材料可以作为屏蔽材料使用。本发明利用产量大且成本相对低廉的Al粉、B2O3粉、Al2O3和冰晶石等作为主原料，有效地控制了生产成本，且操作简单，适合工业化连续生产。
图I为实施例I中Al2O3向Al转化的过程图，(a)为电解后的照片，(b)为Al元素的能谱分布图，(c)为B元素的能谱分布图，(d)为O元素的能谱分布 图2为实施例I电解产生铝的EDS能谱，(a)为电解后的照片，(b)为局部放大照片，(C)为图(a)中A点处的能谱图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步说明。本实施例中使用的扫描电子显微镜型号为日立S-3400N扫描电子显微镜。实施例I
(1)制备Al2O3和AlB12混合粉将45.6wt%的铝粉与54. 4wt%的氧化硼混合，球磨Ih制成混合料，再将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中，将真空度控制在50Pa以下，以10°C /min的速率将温度升到800°C，进行真空热爆合成，制备Al2O3和AlB12 ;将制备的氧化铝和十二硼化铝破碎，并过目数为160目的筛子，使Al2O3和AlB12的颗粒直径小于等于96 μ m ;再向制备的Al2O3和AlB12中加入其质量20%的Al2O3粉，并混合均匀；
(2)电解制备向冰晶石Na3AlF6(3NaF =AlF3)中加入AlF3,使冰晶石中NaF和AlF3分子比为2. I :1，再向其中加入为其质量1%的CaF2配制成电解质，电解质混合物料总质量为300g，将电解质混合物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，将电解槽加热至920°C ；向电解槽中加入6g步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉，获得熔融态混合电解质，向电解槽中插入直径为30mm的高纯石墨圆柱作为阳极，给电解槽进行通电，电解电压为8V,电解电流为20A，电流密度为O. 8A/cm2,电解时间为4h，每隔20min向电解槽中加入6gAl203和AlB12 ；
(3)过滤电解产物电解不断进行，不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，用网孔规格为O. Imm的铝水过滤网对电解产物进行过滤，将过滤得出的渣用lmol/L的盐酸酸洗lh，最终制备出十二硼化铝。图I为实施例I中Al2O3向Al转化的过程图，(a)为电解后的照片，(b)为Al元素的能谱分布图，(c)为B元素的能谱分布图，(d)为O元素的能谱分布图；由图看出，Al元素的逐渐富集说明有Al生成，Al2O3在向Al转变，有B元素的区域多有Al元素存在而没有O元素的存在，说明AlB12在Al其中。图2为实施例I电解产生铝的EDS能谱，(a)为电解后的照片，(b)为局部放大照片，(c)为图(a)中A点处的能谱图。从能谱结果看出，有单质Al生成。
实施例2
Cl)制备Al2O3和AlB12混合粉将46. 9wt%的铝粉与53. lwt%的氧化硼混合，球磨2h制成混合料，再将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中，将真空度控制在50Pa以下，以10°C /min的速率将温度升到700°C，进行真空热爆合成，制备Al2O3和AlB12 ;将制备的氧化铝和十二硼化铝破碎，并过目数为160目的筛子，使Al2O3和AlB12的颗粒直径小于等于96μπι;
(2)电解制备向冰晶石Na3AlF6(3NaF =AlF3)中加入AlF3,使冰晶石中NaF和AlF3分子比为2. 6 :1，再向其中加入为其质量8%的CaF2配制成电解质，电解质混合物料总质量为320g，将电解质混合物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，将电解槽加热至960°C ；向电解槽中加入IOg步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉，获得熔融态混合电解质，向电解槽中插入直径为30mm的高纯石墨圆柱作为阳极，给电解槽进行通电，电解电压为8V,电解电流为20A，电流密度为O. Th/cm2,电解时间为O. 5h，每隔25min向电解槽中加入IOgAl2O3和 AlB12 ；
(3)过滤电解产物电解不断进行，不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，用网孔规格为O. 5mm的铝水过滤网对电解产物进行过滤，将过滤得出的渣用O. 5mol/L的硫酸酸洗2h,最终制备出十二硼化招。实施例3
(1)制备Al2O3和AlB12混合粉将46wt%的铝粉与54wt%的氧化硼混合，球磨I.5h制成混合料，再将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中，将真空度控制在50Pa以下，以10°C /min的速率将温度升到400°C，进行真空热爆合成，制备Al2O3和AlB12 ;将制备的氧化铝和十二硼化铝破碎，并过目数为160目的筛子，使Al2O3和AlB12的颗粒直径小于等于96 μ m ;再向制备的Al2O3和AlB12中加入其质量40%的Al2O3粉，并混合均匀；
(2)电解制备向冰晶石Na3AlF6(3NaF =AlF3)中加入AlF3,使冰晶石中NaF和AlF3分子比为2. 4 :1，再向其中加入为其质量12%的LiF配制成电解质，电解质混合物料总质量为500g，将电解质混合物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，将电解槽加热至860°C ；向电解槽中加入15g步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉，获得熔融态混合电解质，向电解槽中插入直径为30mm的高纯石墨圆柱作为阳极，给电解槽进行通电，电解电压为8V,电解电流为20A，电流密度为O. 2A/cm2,电解时间为8h，每隔25min向电解槽中加入15gAl203和AlB12 ；
(3)过滤电解产物电解不断进行，不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，用网孔规格为I. Omm的铝水过滤网对电解产物进行过滤，将过滤得出的渣用2mol/L的硫酸酸洗O. 5h,最终制备出十二硼化招。实施例4
Cl)制备Al2O3和AlB12混合粉将46. 5wt%的铝粉与53. 5wt%的氧化硼混合，球磨2h制成混合料，再将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中，将真空度控制在50Pa以下，以10°C /min的速率将温度升到600°C，进行真空热爆合成，制备Al2O3和AlB12 ;将制备的氧化铝和十二硼化铝破碎，并过目数为160目的筛子，使Al2O3和AlB12的颗粒直径小于等于96 μ m ;再向制备的Al2O3和AlB12中加入其质量60%的Al2O3粉，并混合均匀；
(2)电解制备向冰晶石Na3AlF6(3NaF =AlF3)中加入AlF3，使冰晶石中NaF和AlF3分子比为2. 9 :1，再向其中加入为其质量25%的LiF配制成电解质，电解质混合物料总质量为lOOOg，将电解质混合物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，将电解槽加热至9000C ；向电解槽中加入IOOg步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉，获得熔融态混合电解质，向电解槽中插入直径为30mm的高纯石墨圆柱作为阳极，给电解槽进行通电，电解电压为8V，电解电流为20A，电流密度为2 A/cm2，电解时间为10h，每隔25min向电解槽中加入IOOgAl2O3 和 AlB12 ；
(3)过滤电解产物电解不断进行，不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，用网孔规格为2. 5mm的铝水过滤网对电解产物进行过滤，将过滤得出的渣用lmol/L的硫酸酸洗Ih,最终制备出十二硼化招。
权利要求
1.一种制备十二硼化铝的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)制备Al2O3和AlB12混合粉将45.6 46. 9wt%的铝粉与53. Γ54. 4wt%的氧化硼混合，球磨f2h制成混合料，再将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中，将真空度控制在50Pa以下，以10°C /min的速率将温度升到400°C、00°C，进行真空热爆合成，制备得Al2O3和AlB12 ;将制备的氧化铝和十二硼化铝破碎，并过目数为160目的筛子，使Al2O3和AlB12的颗粒直径小于等于96 μ m ;再向制备的Al2O3和AlB12中加入其质量0 60%的Al2O3粉，并混合均匀； (2)电解制备向冰晶石Na3AlF6中加入AlF3,使冰晶石混合料中NaF和AlF3摩尔比为(2. Γ2. 9) :1，再向其中加入为冰晶石混合料质量f 25%的CaF2或LiF配制成电解质，将电解质物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，将电解槽加热至86(T960°C ;向电解槽中加入为电解质物料质量2 10%的步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉，获得熔融态混合电解质，向电解槽中插入高纯石墨圆柱作为阳极，给电解槽进行通电，电解电压为8V,电解 电流为20A，电流密度为O. 2 2A/cm2，电解时间为O. 5 10h，每隔2(T25min再向电解槽中加入为电解质物料质量2 10%的步骤(I)得到的Al2O3和AlB12混合粉； (3)过滤电解产物电解不断进行，不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，用铝水过滤网对电解产物进行过滤，将过滤得出的渣用O. 5"2mol/L的盐酸或硫酸酸洗O. 5^2h,过滤得到十二硼化铝。
2.根据权利要求I所述的一种制备十二硼化铝的方法，其特征在于步骤(3)中所述的铝水过滤网，其网孔规格为O. Γ2. 5_。
全文摘要
本发明属于材料制备领域，特别涉及一种制备十二硼化铝的方法，操作步骤为将铝粉与氧化硼混合，球磨制成混合料，将混合料放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚密封放入真空碳管炉中真空热爆合成，制备Al2O3和AlB12；向纯冰晶石Na3AlF6中加入AlF3均匀混合成电解质，再向电解质中加入CaF2或LiF，将电解质混合物料置于电解槽中，电解槽的材质为高纯石墨，给电解槽进行通电，每隔20~25min再向电解槽中加入Al2O3和AlB12；不断地取出位于阴极的电解产物，电解产物为Al和AlB12的混合物，过滤后将过滤得出的渣用盐酸或硫酸处理，最终制备出十二硼化铝。本发明利用产量大且成本低的Al粉、B2O3粉、Al2O3和冰晶石作为主原料，有效地控制了生产成本，且操作简单，适合工业化连续生产。
文档编号C01B35/04GK102965685SQ20121055353
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者薛向欣, 王超, 曹晓舟, 张建, 段培宁 申请人:东北大学