专利名称：亚球形氧化铝粉末、其制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化铝粉末，具体涉及一种颗粒分布均匀的亚球形颗粒的氧化铝粉末、其制造方法及应用。
氧化铝是许多发光材料的基质材料。因为发光材料对微量杂质非常敏感，故用于制备发光材料的氧化铝必须有很高的化学纯度，并且还必须具有良好的晶形、晶貌。这也就是说，氧化铝的晶体颗粒状态对制备发光材料是至关重要的。现有技术和经典方法制备的氧化铝，其化学纯度基本可以满足制备荧光粉的要求，但由于晶体形状不佳，比表面积过大，且在扫描电镜下，呈空心絮状结构，用该氧化铝制造的荧光粉，往往粒度分布很宽，必须磨粉后消除粗颗粒，同时还须水析分级除去超细颗粒。往往还会因反应不完全，留有游离氧化铝，发光效率差，这对制备发光材料是十分不利的。当前，显示技术发展迅速，平板显示技术的商业化，指日可待。因此提高氧化铝晶体质量，克服空心絮状氧化铝的缺点，是迫在眼前的十分重要的问题。
本发明的目的是提供一种颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末；本发明的另一个目的是提供一种制备本发明的颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末的制造方法。
本发明针对上述问题，从研究荧光粉的基质材料对获得良好的荧光粉着手，开发了亚球形颗粒的氧化铝。为了克服氧化铝晶体空心絮状结构，本发明在制造过程中使其化学组成中引入了适量的氟离子，增加氧化铝晶体成长速度，使之收缩成球形或亚球形的晶体颗粒。
通常氧化铝是由铝的氢氧化物、铝的强酸盐或其水介产物，经高温脱水分解成氧化铝。由于铝的盐类或氢氧化物含水量高，极易生成一种超细的凝胶体，故经高温烧成后的氧化铝，在扫描电镜下一般都是空心絮状晶体。烧成温度高低，只是影响氧化铝的晶体相位结构变化。通常烧成温度小于1000℃的氧化铝以β、γ相为主，当烧成温度大于1100℃的氧化铝以α相为主。但无论α相还是β、γ相，其晶体表面结构，在扫描电镜下都显示空心絮状结构(见
图1)。
本发明的颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末，它的化学表达式为Aln+2(0，Fn)3式中n＝1×10-4-1×10-1。
本发明的颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末的制备方法包括(1)配制铝的强酸盐溶液，该铝的强酸盐可选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝或硫酸铝铵复盐等；
(2)在上述铝的强酸盐溶液中加入氨水使其中和水解；(3)使铝盐的水解产物脱水；(4)将得到的脱水产物烘干、烧成并过筛；其特征在于当铝的强酸盐溶液中和水解时加入氟离子，或直接在脱水产物中加入氟离子，其添加量要使脱水产物Aln+2(0，Fn)3中的n＝1×10-4-1×10-1。
本发明一般采用提纯后的硝酸铝、氯化铝、硫酸铝等铝的强酸盐或铝的复盐为原料，在稀氨水溶液中添加一定量的氟化氢铵(NH4HF2)或氢氟酸，将其慢慢倒入铝盐水溶液中使铝盐中和水解，水解产物经清洗、脱水、烧成、过筛后，即获得本发明的亚球形氧化铝晶体粉末。
对于引入氟离子的方法也可以安排其他方式，比如不加在氨水中，而是在铝盐中和水解、并将该水解产物清洗、脱水以后，直接在脱水产物中加入氟化氢铵或氢氟酸。
本发明的制造过程中，引入了氟离子，使铝盐的水解产物在脱水、烧成过程中，氧化铝收缩成亚球状晶体(见图2)。
在相同制造方法下，氟离子的添加量不同，所得氧化铝的晶体收缩大小、形状不一。本发明的氟离子的添加量范围控制在要使n＝1×10-4-1×10-1为好。当氟离子的添加量使n＜1×10-4时，则烧成后的氧化铝收缩不佳，呈絮状晶体，因此n的数值必须大于1×10-4。当n为5×10-4～5×10-2时，则效果最佳，晶体呈亚球形。用该氧化铝制造荧光粉的效果最佳，发光效率最高。当n超过1×10-1时，则烧成后的氧化铝易结块，且用此氧化铝去制造荧光粉时，体色发黄，热稳定性差，荧光粉的粒度分布也不佳，效果不明显。
现有技术生产的氧化铝，由于结晶形状不佳，比表面积过大，晶体呈网状或絮状空心结构，造成用该氧化铝制造的荧光粉的晶体发育不良、粒度分布不好、发光效率不高、热稳定性差等一系列缺点。
本发明Al2+n(O，Fn)3有以下特点1.本发明的氧化铝晶体呈亚球形或球形结构，粒度均匀并为非絮状结构。
2.本发明氧化铝的制造工艺简便、成本低。
3.由于本发明的氧化铝晶体从空心絮状结构收缩成亚球形或球形结构，使氧化铝的假比重增大，故采用本发明的氧化铝制造荧光粉时，装料容量大，混料均匀，能制造出优良的荧光粉，且制造荧光粉的成本低。
采用本发明的氧化铝制造荧光粉时有以下优点1.由于荧光粉的烧成温度高，采用市售高纯α-Al2O3制造荧光粉时，不但粉体十分坚硬，且后处理困难，收率低、成本高，而用本发明的Al2O3制造荧光粉即使烧成温度超过1550℃时，烧成后的荧光粉也不太坚硬，后处理方便。
2.采用本发明的氧化铝制造荧光粉或其它精密陶瓷，电子元器件时，由于本发明氧化铝内含有微量AlF3，故能起到助溶剂作用，使烧成温度范围变宽，操作弹性范围变大，不会因烧成温度过高，过低给烧成产品带来严重影响。
3.采用本发明的氧化铝制造多铝酸盐蓝色荧光粉时，不用添加任何熔剂，就能获得具有六角形晶体的粉末，且粉体亮度高，热稳定性好。而采用市售高纯度α-Al2O3很难获得六角形晶体粉末。且有粉体亮度低，粒度分布差，热稳定性不好等缺点。
4.采用本发明的氧化铝所制造的荧光粉，具有粒度分布均匀，烧成后的产品质量好，收率高等优点，并能制得不球磨荧光粉(nomill phosphor)。
以下是本发明制造方法的详细说明称取一定量的铝盐加纯水溶解，使Al2O3含量约为100g/l，将氨水稀释至2～5N，并加一定量的NH4HF2，搅拌10分钟后缓慢地将所配制的氨水加到铝盐的水溶液中，边加边搅拌。加料时间控制在1～3小时。控制反应温度在40～80℃之间。等反应结束后澄清1小时弃去上清液。将沉淀物用热纯水清洗2～5次，过滤，甩干，得含氟的铝的水解产物。将上述固体物料在100℃烘干，放入高温炉烧成。烧成温度为900～1300℃，保温时间1～3小时，烧成温度可按需要选用。烧成温度小于1000℃时，所得产品氧化铝以β、γ相为主。大于1100℃时，所得产品氧化铝以α相为主。将上述烧成物料100目过筛，即获得本发明的亚球形颗粒氧化铝。
以下是本发明的实施例，但本发明并不局限于以下实施例范围内；应该理解，不管采用什么方法，凡是在氧化铝粉末中引入氟离子(或其它离子)使氧化铝晶体颗粒改善的发明都在本发明的范畴以内。实施例1(1)称取提纯的硫酸铝铵复盐1000g，加纯水溶解，至总体积为1000ml，搅拌加热至40～80℃。
(2)将市售氨水溶液稀释至2N，加8.55g NH4HF2搅拌10分钟，温度宜小于40℃。
(3)将上述配制好的氨水溶液缓慢地加入到已配制好的铝铵复盐溶液中，边搅拌边中和水解至PH＝6.5～8.5。反应温度控制在50～70℃，反应结束后澄清1小时，再将上清液弃去。
(4)将沉淀物用纯水清洗5次(80℃左右的热水、每次约500ml)，离心脱水，100℃烘干。
(5)将烘干物料放入烧成炉内，1200℃烧成，保温3小时，冷却出料，100目过筛，即为本发明的产品Aln+2(0，Fn)3，其中n＝1×10-1，该产品经X衍射说明其是以α相为主相，基本无杂相。实施例2按实施例1的步骤，仅最后一步烧成温度改为900℃，其余同实施例1。所得产品经X衍射说明其是以β相为主相的氧化铝。实施例3将实施例1中的NH4HF2加量改为4.28g，其余同实施例1，得到本发明的产品——Aln+2(0，Fn)3，其中n＝5×10-2。实施例4将实施例1中的NH4HF2加量改为0.855g，其余同实施例1，得到本发明的产品——Aln+2(0，Fn)3，其中n＝1×10-2。实施例5将实施例1中的NH4HF2加量改为0.428g，其余同实施例1，得到本发明的产品——Aln+2(0，Fn)3，其中n＝5×10-3。实施例6将实施例1中的NH4HF2加量改为0.0855g，其余同实施例1，得到本发明的产品——Aln+2(0，Fn)3，其中n＝1×10-3。实施例7将实施例1中的NH4HF2加量改为0.0428g，其余同实施例1，得到本发明的产品——Aln+2(0，Fn)3，其中n＝5×10-4。实施例8将实施例1中的NH4HF2加量改为0.00855g，其余同实施例1，得到本发明的产品——Aln+2(0，Fn)3，其中n＝1×10-4。
以上8个实施例，经测试评价，其结果列于表一
表一氟离子添加量对氧化铝的比表面积和假比重的影响
从表一的实施例可见，随着氟离子添加量增大，比表面积减小，而假比重增大。由于对比例不加氟离子，故比表面积达38000cm2/g，在扫描电镜下，呈空心网状或絮状结构(见图1)，且假比重小。当n＝5×10-2～1×10-2时，氧化铝的比表面积为4500～5800cm2/g，假比重为0.38～0.25，在扫描电镜下，呈亚球状结构(见图2)。由此可见，若要获得亚球状结构氧化铝，则必须引入氟离子，在本发明范围内氟离子的添加得越多，氧化铝晶体收缩得越佳。
用上述实施例和对比例、通常例的氧化铝，制造多铝酸盐绿色荧光粉，经测试评价，其结果列于表二。
表二氟离子添加量对绿色荧光粉性能的影响
由表二可知，用本发明的氧化铝制造绿色荧光粉的效果是十分明显的。采用本发明的氧化铝与对比例氧化铝相比，荧光粉的相对亮度分别提高1～8％，与通常例相比，荧光粉的相对亮度可提高1～11％。荧光粉热稳定性也提高2％左右。且采用本发明的氧化铝粒度分布好，可以制造成不球磨荧光粉。而且通常例及对比例的氧化铝，不能获得同一品质的不球磨荧光粉。因此，本发明克服和解决了多铝酸盐荧光粉的亮度和不球磨粉之间长期存在的难度。
再将上述实施例和对比例、通常例中的氧化铝分别制造成多铝酸盐蓝色荧光粉，经测试评价，其结果列于表三。
>
由表三可知，用本发明的氧化铝制造成蓝色荧光粉的效果也是十分明显的。采用本发明的氧化铝与对比例的氧化铝相比，荧光粉的相对亮度分别提高3～17％；与通常例相比，荧光粉的相对亮度可提高4～18％；热稳定性也提高5％以上。由此可见本发明的效果是十分显著的，是制造荧光粉的最佳材料。再从扫描电镜可见，用本发明的氧化铝所制造的蓝色荧光粉的晶体形状明显可见为六角形(见图3)，而用对比例或通常例的氧化铝所制造的蓝色荧光粉的晶体形状，很难看到六角形(见图4)。由此说明用本发明的氧化铝制造蓝色荧光粉的晶体生长十分完美，而用对比例及通常例的氧化铝制造的蓝色荧光粉，尽管制造工艺相同，但荧光粉的晶体发育不良，不能明显见到六角形(见图4)。
本发明产品主要用于制造三基色荧光粉、PDP荧光粉、彩电或显示用荧光粉。
本发明产品还可用于制造精细陶瓷产品、半透明陶瓷管、研磨材料、电子元器件、医疗器件等。
权利要求
1.一种颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末，其特征在于它的化学表达式为Aln+2(0，Fn)3，式中n＝1×10-4-1×10-1。
2.如权利要求1所述的亚球形氧化铝粉末，其特征还在于其化学表达式中的n＝5×10-4-5×10-2。
3.如权利要求1所述的亚球形氧化铝粉末的制备方法，该方法包括(1)配制铝的强酸盐溶液，该铝的强酸盐可选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝或硫酸铝铵复盐等；(2)在上述铝的强酸盐溶液中加入氨水使其中和水解；(3)使铝盐的水解产物脱水；(4)将得到的脱水产物烘干、烧成并过筛；其特征在于在铝的强酸盐溶液中和水解时或直接在脱水产物中加入氟离子，其添加量要使脱水产物Aln+2(0，Fn)3中的n＝1×10-4-1×10-1。
4.如权利要求3所述的亚球形氧化铝粉末的制备方法，其特征在于所述铝的强酸盐为硫酸铝铵复盐，在硫酸铝铵复盐溶液中加入氨水中和水解，该氨水中并添加有氟化氢铵或氢氟酸。
5.如权利要求3所述的亚球形氧化铝粉末的制备方法，其特征在于所述铝的强酸盐为硫酸铝铵复盐，在硫酸铝铵复盐的水解产物脱水后，直接在脱水产物中加入氟化氢铵或氢氟酸。
6.如权利要求3，4或5中任一亚球形氧化铝粉末的制备方法，其特征在于其水解工艺条件为反应温度为40-80℃，反应时间为1-5小时，水解最终pH值在6.5-8.5之间。
7.如权利要求3，4或5中任一亚球形氧化铝粉末的制备方法，其特征在于其烧成工艺条件为烧成温度为800-1300℃，达到烧成温度后保温1-3小时。
8.如权利要求6所述的亚球形氧化铝粉末的制备方法，其特征在于其烧成工艺条件为烧成温度为800-1300℃，达到烧成温度后保温1-3小时。
9.如权利要求1或2所述的亚球形氧化铝粉末的应用，其特征在于它被用于制造发光材料。
全文摘要
本发明涉及到一种特别适用于制备发光材料的、颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末、其制备方法及应用。本发明颗粒分布均匀的亚球形氧化铝粉末的化学表达式为Al
文档编号C01F7/00GK1158821SQ9612176
公开日1997年9月10日 申请日期1996年11月21日 优先权日1996年11月21日
发明者仝茂福 申请人:仝茂福