一种晶种法制备片状氧化铝晶体的方法与流程

本发明属于粉末粒径和形貌控制技术领域，具体的涉及一种片状氧化铝晶体的制备方法。

背景技术：

α-al2o3具有硬度高、熔点高、抗氧化能力强、化学性质稳定、导热性高、电阻率高等优异性能。此外，铝资源储量丰富且价格便宜。这使得氧化铝拥有广泛的应用前景。片状氧化铝作为一种特殊形貌的氧化铝，不仅具备普通氧化铝的优良性能，而且还由于具有特殊的二维片状结构，表面活性适中，附着力强，对光线具有反射能力等特点适中的表面活性、良好的附着力、反射光线的能力从而得到了大规模的研究与开发。此外，在实际应用中，通过改变合成条件来控制片状氧化铝的晶体形貌（如厚度、粒径分布、径厚比等），实现结构与功能的设计。因此，片状氧化铝作为一种特殊形貌的氧化铝，有着广泛的应用前景。目前，片状氧化铝已被广泛的应用到颜料、化妆品、汽车漆料、耐火材料、增韧陶瓷等各个领域。

片状氧化铝的制备方法主要有熔融盐法、水热法（溶剂热法）、高温烧结法等。“chenh,wuq,yangt,etal.theinfluenceofdifferenttitaniumsourcesonflakyα-al2o3preparedbymoltensaltsynthesis[j].ceramicsinternational,2015,41(9):12288-12294.”利用熔盐法研究了不同ti含量的添加剂对于片状氧化铝的厚度以及其他形貌α-al2o3生长的影响，虽然获得了六角片状氧化铝，但尺寸较小，仅仅在9um左右。范秀丽，刘江华，刘冠华申请的cn105347377b（申请号201510656878.5）介绍了一种利用异丙醇铝为原料，氟化氢铵或氟化铵作晶体形貌控制剂，然后在高温条件下制备出粒径为2-20um的片状氧化铝，但方法成本较高，不利于大规模工业生产。许杰，曹余亮，许华申请的cn107140666a（申请号201710338047.2）介绍了一种利用纳米勃姆石、氟化物矿化剂经球磨混料，然后在高温条件下制备出片状氧化铝，但方法获得的片状氧化铝的厚度较大。由此可见，目前制备的片状氧化铝存在形貌不均，粒径尺寸小，径厚比小等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种拥有大径厚比的片状α-al2o3微粉的制备方法，所述的工艺流程简单，适合工业化大规模生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1.片状氧化铝前驱体的制备

步骤一、含有水溶性熔剂的铝前体溶液与锌、锡前体溶液混合以制备金属前体溶液；

步骤二、用含有碳酸盐、磷酸盐溶液滴定金属前体溶液至ph6.5-7.5，并水解溶液以制备凝胶混合物；

步骤三、通过在90℃老化凝胶混合物12小时，接着进行干燥处理凝胶混合物。

2.勃姆石晶种的合成

步骤一、将含有水溶性铝盐的铝前体溶液逐滴添加至强碱溶液中反应得到混合液i；

步骤二、向混合液i中滴加含有表面活性剂的乙醇溶液得到混合液ii；

步骤三、将混合液ii转移至高压反应釜中进行高温高压反应；

其中，步骤一中的水溶性铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的一种或多种，强碱为强氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，水溶性铝盐的浓度为0.4-0.6mol/l，al³⁺与oh^-的摩尔比为1:4-1:5;

其中，步骤二中的表面活性剂的类型为十六烷基三甲基溴化铵（catb）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）、十二烷基硫酸钠（sds）、琥珀酸二异辛酯磺酸钠（aot）中的一种或多种，浓度为0.02-0.05mol/l，表面活性剂的乙醇溶液占混合液ii中的体积为40%-60%；

其中，步骤三中的反应温度为120-180℃，反应时间为9-24h，离心，洗涤，干燥，得到勃姆石晶种。

3.片状氧化铝的合成

步骤一、将片状氧化铝前驱体与晶种混合均匀，得到混合料；

步骤二、将混合料进行高温处理；

步骤三、将高温煅烧后的团块冷却至室温，在20-90℃的水中使其溶解，过滤除去熔剂，使用乙醇分散溶液并过滤，洗涤，干燥，获得片状氧化铝产品。

其中，步骤一中的混料方式为球磨混料或搅拌混料，晶种的添加量为前驱体原料的0.05-0.5wt%；

其中，步骤二中的反应温度为1000-1200℃，反应时间为1-5小时。

有益效果

1、本发明所述的一种晶种法制备片状氧化铝晶体的方法，所制备的片状氧化铝粒径尺寸大，径厚比在50以上；

2、本发明所述的一种晶种法制备片状氧化铝晶体的方法，所用设备简单、故障容易排除、减少设备投资；

3、本发明所述的一种晶种法制备片状氧化铝晶体的方法，工艺及操作简单，可进行大规模生产；

4、本发明所述的一种晶种法制备片状氧化铝晶体的方法，具有反应温度较低，反应时间较短，可操作性强的优点。

附图说明

图1为实施例1制备得到的勃姆石晶种透射电镜图。

图2为实施例1制备得到的片状氧化铝的xrd衍射图谱。

图3为实施例1制备得到的片状氧化铝的扫面电镜图。

图4为实施例1制备得到的片状氧化铝横截面的扫面电镜图。

图5为实施例1制备得到的片状氧化铝的粒度分布图。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细描述本发明：

通过下列仪器和方法对本发明实施例1-4的勃姆石晶种及片状氧化铝进行检测：x射线粉末衍射仪（xrd，d8focus）分析勃姆石晶种及片状氧化铝的物相；场发射扫面电镜（sem，feiquantafeg250）对片状氧化铝进行形貌表征；透射电子显微镜（tem，jem-1400）对勃姆石晶种进行形貌表征；激光粒度仪（bt-9300h）对片状氧化铝进行粒度表征。

实施案例1

在含有250ml的去离子水中，添加66.643g十八水硫酸铝、34.090g硫酸钠、27.878g硫酸钾、0.72g七水硫酸锌和0.065g硫酸亚锡。通过在65℃下混合获得均匀的混合溶液。在30℃的100ml去离子水中溶解32.755g碳酸钠和0.536g十二水磷酸钠制备碱溶液。在搅拌的同时，碱液逐滴入硫酸铝混合液至ph7.5，获得凝胶混合物。然后在90℃老化24小时，110℃干燥24小时，最后研磨干燥的凝胶混合物至小于5mm的尺寸。

将1.92g氢氧化钠溶解于12ml去离子水中，在搅拌条件下，将20ml0.6mol/l的氯化铝溶液逐滴加入氢氧化钠溶液中，然后加入40ml0.05mol/l的catb-c2h5oh溶液，搅拌24小时，然后转移至高压反应釜后，160℃反应12小时，然后冷却至室温，乙醇洗涤，过滤，干燥，获得勃姆石晶种。

取10g片状氧化铝前驱体与0.012g勃姆石搅拌混料，待混料均匀后。随后，在1100℃进行煅烧处理2小时以获得片状氧化铝晶体。待坩埚冷却至室温，在80℃水中溶解熔剂，通过过滤分离熔剂。然后用水洗涤、乙醇洗涤，在60℃干燥，获得具有0.1-0.3um厚度和15-35um粒径的透明片状氧化铝晶体。

实施案例2

除了加入40ml0.05mol/l的sds-c2h5oh溶液以外，以与实施例1相同的方式制备片状氧化铝晶体。制得的片状氧化铝晶体具有0.1-0.3um厚度和13-31um粒径的透明片状氧化铝晶体。

实施案例3

除了加入0.01g勃姆石晶种以外，以与实施例1相同的方式制备片状氧化铝晶体。制得的片状氧化铝晶体具有0.1-0.25um厚度和11-28um粒径的透明片状氧化铝晶体。

实施案例4

除了加入0.015g勃姆石晶种以外，以与实施例1相同的方式制备片状氧化铝晶体。制得的片状氧化铝晶体具有0.1-0.3um厚度和13-32um粒径的透明片状氧化铝晶体。

实施案例5

除了加入0.025g勃姆石晶种以外，以与实施例1相同的方式制备片状氧化铝晶体。制得的片状氧化铝晶体具有0.3-0.5um厚度和10-26um粒径的透明片状氧化铝晶体。

实施案例6

除了未加入勃姆石晶种以外，以与实施例1相同的方式制备片状氧化铝晶体。制得的片状氧化铝晶体具有0.2-0.4um厚度和9-24um粒径的透明片状氧化铝晶体。