一种α相氧化铝纳米粉的制备方法与流程

本发明涉及氧化铝的制备方法，特别涉及一种α相氧化铝纳米粉的制备方法。

背景技术：

氧化铝粉硬度高、耐热、耐腐蚀，广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、电子、耐火材料等制品中，是最重要的工业原材料之一。α相氧化铝熔点高、导热性能优良，且耐腐蚀和耐磨性能均十分优良，在所有氧化铝晶型中应用最为广泛。

当颗粒尺寸减小至100nm以下时，由于纳米颗粒材料的表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应，纳米氧化铝表现出良好的热学、光学、电学、磁学以及化学方面的性质，在新材料、微电子、宇航工业等高科技领域以及传统产业中均表现出极大的应用前景。例如，高分散纳米α相氧化铝烧成的氧化铝陶瓷，其致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂增韧性和抗蠕变性能极佳；均匀掺入高分子材料中可大幅提高产品的耐磨性；纳米α相氧化铝还可作为性能优异的远红外发射材料和保温材料应用于纺织产品中；高分散纳米α相氧化铝还被用于制备高透明yag激光晶体和电绝缘材料等。

但是，高分散纳米α相氧化铝难以制备，其原因是制备温度必须在1000℃以上，氧化铝才能转变为α相，而在如此高温下纳米颗粒极易发生烧结。现有纳米氧化铝的制备方法，如热分解法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、喷雾热解法、溶剂热法、冷冻干燥法等，均无法避免1000℃高温下氧化铝纳米颗粒的接触传质，也无法抑制纳米颗粒的烧结长大，因此难以得到分散的α氧化铝纳米颗粒。迄今为止，尚无高效制备100nm以下高分散α相氧化铝颗粒的方法，而制备10nm以下超小粒径高分散α相氧化铝颗粒更加困难。现有技术均无法避免高温煅烧过程中纳米氧化铝颗粒之间的团聚和烧结，所制备出的纳米α相氧化铝也均为纳米颗粒的团聚体。要实现高效制备100nm甚至10nm以下高分散α相氧化铝纳米粉，必须有效解决此问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种粒径超小、高分散的α相氧化铝纳米粉的制备方法。

技术方案：本发明提供一种α相氧化铝纳米粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制铝盐的水溶液；

(2)在铝盐的水溶液中加入硫酸钾并溶解，得到铝盐和硫酸钾的混合水溶液；

(3)用氨水调节混合水溶液的ph值至4～7，得到半透明胶状沉淀物；

(4)将半透明胶状沉淀物用有机溶剂洗涤、干燥；

(5)将所得干燥产物在1000℃以上、硫酸钾熔点之下条件下煅烧1小时以上；

(6)将所得煅烧产物水洗、干燥，即可得到α相氧化铝纳米粉。

进一步地，所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、硫酸铝钾或硫酸铝铵。

进一步地，所述铝盐的水溶液中铝盐的质量分数在0.1％～20％之间。

进一步地，所述混合水溶液中硫酸钾的质量分数不少于5％，少于5％不能有效隔离水合氢氧化铝纳米颗粒。

进一步地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或二甲基甲酰胺。

团聚和烧结是纳米粒子制备过程中的难以克服的技术瓶颈。这是由于纳米颗粒粒径小，表面能大，处于能量不稳定状态，在范德华力和颗粒间静电力等的作用下，极易发生团聚。而在表面氢键和化学键等作用下，纳米颗粒将发生不可回复的硬团聚。纳米颗粒在干燥过程中，会受到毛细表面张力和液相桥的作用，而使颗粒团聚问题进一步加剧。而在高温下，纳米颗粒极易发生烧结，导致颗粒粘连并迅速合并长大。由于这些原因，高温下制备分散的纳米颗粒极其困难。

本发明首先配制出含有铝盐和硫酸钾的混合水溶液，调节ph使其生成胶状沉淀物。该胶状沉淀物由水合氢氧化铝超小纳米颗粒组成的空间网络及包含在空间网络中的大量水组成，水中溶解有硫酸钾。用乙醇等有机溶剂洗涤该胶状沉淀物时，水中的硫酸钾溶解度降低并析出，析出的硫酸钾将水合氢氧化铝纳米颗粒隔离开。当继续在α相转变温度之上、硫酸钾熔点(1069℃)之下煅烧时，水合氢氧化铝纳米颗粒转变为α相氧化铝，同时由于固体硫酸钾的隔离作用，纳米氧化铝颗粒之间不会发生团聚和烧结长大。将高温煅烧后的产物水洗、干燥，即可得到高分散的超小粒径α氧化铝纳米颗粒，尺寸仅4-5nm。

有益效果：本发明的α相氧化铝纳米粉分散度高，粒径超小，小至4-5nm。而且原材料价格低廉，工艺简便易行，因此具有明显的优越性。

附图说明

图1为使用本发明方法在1050℃制备的α氧化铝纳米颗粒，粒径约4-5nm，分散性良好。

具体实施方式

实施例1

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝5，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例2

配制质量分数为0.1％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝5，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例3

配制质量分数为20％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝5，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例4

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝4，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例5

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝7，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例6

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入7克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例7

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入硫酸钾溶解使硫酸钾的质量分数为5％，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例8

配制质量分数为10％的氯化铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例9

配制质量分数为5％的硫酸铝钾水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例10

配制质量分数为5％的硫酸铝铵水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例11

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用甲醇洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例12

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用丙酮洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例13

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用二甲基甲酰胺洗涤2次，干燥后在1000℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例14

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1050℃煅烧2小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。

实施例15

配制质量分数为10％的硝酸铝水溶液100ml；加入10克硫酸钾并溶解，得到混合水溶液；用氨水调节混合水溶液的ph＝6，得到半透明胶状沉淀物；用乙醇洗涤2次，干燥后在1050℃煅烧1小时，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得高分散超小粒径α氧化铝纳米粉。