单分散高纯α-Al₂O₃粉的制备方法

专利名称：单分散高纯α-Al₂O₃粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及单分散高纯a -Al2O3粉的制备方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术：
氧化铝具有机械强度高、硬度大、绝缘性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨等优异的物理化学特性，可作为耐磨材料、耐火保温材料、绝缘材料、航天材料 、信息材料等，广泛用于陶瓷、化工、电子等行业(參见新材料产业2006，12，17)，而高纯a-Al2O3是目前制备氧化铝透明陶瓷的关键材料。长期以来，为改善氧化铝透明陶瓷的性能，拓展其在电弧管、透明装甲、可见-红外视窗、激光介质等领域的应用，科研工作者进行了大量研究工作，其研究热点之ー是不断提高原材料的纯度和优化合成エ艺，以期控制氧化铝粉体的纯度、晶型、形貌、粒度、分散性等性能指标，制备高纯度高分散性的a -Al2O3粉体。氧化铝粉体的制备方法多种多祥，包括溶胶-凝胶法、硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法、喷雾热解法、水热/溶剂热法、异丙醇铝水解法、低碳烷基铝水解法、氯化汞活化水解法、水析络合法、等离子体法、高纯铝直接水化法等，目前可实现规模化制备O-Al2O3粉体的方法包括水热/溶剂热法、热解法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法等(參见J. Chin.Ceram. Soc. 2010，38，1450)。其中，水热/溶剂热法可以在合成过程中直接实现氧化铝的a晶型转化，但是需要高温高压的苛刻反应条件，还需加入晶型转化促进剂，易影响最终产品的纯度；热解、醇盐水解、溶胶-凝胶等方法虽然可实现产品的高纯度，但需要通过高温煅烧完成产品的a晶型转化，容易造成氧化铝粉体的烧结，影响到最终产品的形貌、粒度和分散性等。为改善上述现象，人们改进了氧化铝粉体的制备方法。CN1546381A(200310114455. 8)公开了ー种改良的热解法用于制备无团聚纳米a -Al2O3粉体。首先将纳米炭黑充分分散在无机铝盐溶液中，再在具有湍动的反应场中缓慢加入碱液，经沉化、过滤、洗涤后得到煅烧前驱体，然后先在惰性气氛下煅烧处理完成晶型转化，再通过空气气氛煅烧去除粉体表面包覆的纳米炭黑，最終得到无团聚的纳米a-Al2O3粉体。这种方法的优点是预先将纳米炭黑分散到了煅烧前驱体中，在煅烧过程中炭黑起到了物理隔离作用，因此改善了粉体在煅烧过程中容易烧结团聚的问题。但是这种方法需要在惰性气氛下煅烧以避免纳米炭黑被氧化；另外还需要増加一步煅烧过程以去除预先添加的纳米炭黑，这可能会造成产品制备成本的增加。此外，CN1948155A(200610104871. 3)公布的方法是在铝盐溶液中加入水溶性盐的辅助隔离相，再在体系中加入Q-Al2O3晶种及亲水性表面活性剤，搅拌使亲水性表面活性剂充分溶解后再在反应液体中缓慢滴入碱的水溶液，反应完成后对反应体系进行均质化处理，在干燥后进行研磨混合，将经研磨的粉末煅烧后，即得到分散的纳米a-Al2O3粉体；CN1762816 (200510017926. 2)是以氧化铝厂生产氧化铝的中间产物Al (OH)3为原料，加入相变添加剤、晶种和分散剂，在高纯的氧化铝研磨介质中研磨后，经焙烧，分散处理和离心分离，得到具有高分散性的a-Al2O3纳米粉；CN1919737A(200510096756. I)是采用分析纯铝醇盐水解反应、球磨、干燥和灼烧的エ艺，在水解中加入一种羧酸或表面活性剤，在球磨过程中加入O-Al2O3晶种和添加剂铵盐，再经烘干、灼烧即可得到分散性好、粒径分布均匀、高纯超细a -Al2O30以上方法主要是通过加入隔离相来改善氧化铝粉体在煅烧过程中的烧结团聚问题，或者是通过加入a -Al2O3晶种来促进煅烧前驱体的晶型转化，达到降低煅烧温度、改善烧结团聚的问题。然而，外加的隔离相有可能会引入或残留杂质成分，造成产物的纯度降低，此外，若添加a -Al2O3晶种，必须首先保证晶种本身具有良好的分散性，否则晶种的使用效果将大打折扣。因此，解决氧化铝粉体在a晶型转化的煅烧过程中容易烧结团聚、分散性差的问题，仍然是ー项具有挑战的研究工作。总之，高纯度、高分散性的a-Al2O3粉体具有重要的应用价值，克服氧化铝粉体易烧结团聚的技术难题，开发简单有效的方法制备单分散高纯a -Al2O3粉体，是ー项具有意义的工作
发明内容

针对现有技术在氧化铝粉体的a晶型转化煅烧过程中容易烧结团聚、分散性差的问题，本发明提供ー种单分散高纯a -Al2O3粉的制备方法。本发明的技术方案如下ー种单分散高纯a -Al2O3粉的制备方法，包括步骤如下(I)前驱体I的制备①首先将可溶性铝盐配制成0. 05 0. 5mol/L的溶液，然后加入适量分散剂I和晶化剂搅拌溶解，再逐滴加入25wt%的浓氨水，调节pH值为7 11，继续搅拌30 60min得到白色乳状悬浮液；所述可溶性铝盐选自Al(NO3)3 9H20、A1C13、AlCl3 6H20、Al2 (SO4) 3、Al2(SO4)3 ISH2O之ー或组合，所述分散剂I选自聚こニ醇、聚こ烯醇、聚甲基丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸甲酯之ー或组合，所述晶化剂选自H3B03、Na2B407、NaF、KF之ー或组合；以氧化铝计，分散剂I与铝盐的质量比为(I 30) 100，晶化剂与铝盐的质量比为(I 6) 100。②将上述白色乳状悬浮液置于密闭反应釜中，于180 300°C反应8 48h ;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水こ醇洗涤各两次，然后离心分离，再分散于适量无水こ醇中得到前驱体I。(2)前驱体II的制备①将醇铝盐加入去离子水与双氧水的混合溶液中，搅拌均匀得悬浮液；所述醇铝盐选自异丙醇铝、叔/仲/正丁醇铝、こニ醇铝、苄醇铝之ー或组合，醇铝盐、水、双氧水的摩尔比为I : (2O 5O) (0.10 0.50)。②将上述悬浮液置于密闭反应釜中，于80 120°C加热反应I 9h ;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水こ醇洗涤各两次，然后离心分离，再分散于适量无水こ醇中得到前驱体II。(3)前驱体III的制备取上述制备的前驱体I、前驱体II及分散剂II搅拌均匀，超声分散20 40min，然后离心分离得到沉淀；将所得沉淀研磨30 60min，再于40 80°C干燥5 8h，最后将干燥产物研磨至粉末状，即为前驱体III。其中，所述分散剂II选自聚こニ醇、柠檬酸、柠檬酸三钠、油酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠之ー或组合；以氧化铝计，前驱体I、前驱体II及分散剂II的质量比为(75 99) (25 I) (I 30)。(4)煅烧将步骤(3)所得前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧，烧结升温速率为I 10°C /min，烧结峰值温度 为1050 1300°C，峰值温度下保温I 8h，得到单分散a -Al2O3粉体。产品纯度达99. 95%。根据本发明，优选条件如下步骤⑴①中，分散剂I优选为聚こニ醇PEG6000，晶化剂优选为H3BO3 ;铝盐溶液的浓度优选为0. I 0. 3mol/L, pH调节值优选为8 10 ;以氧化铝计，分散剂I与铝盐的质量比为(5 15) 100，晶化剂与铝盐的质量比为(2 4) 100。步骤⑴②中，反应温度优选为220 240°C，反应时间优选为10 24h。步骤(2)①中，所述醇铝盐优选为异丙醇铝，所述醇铝盐、水、双氧水的摩尔比优选为 I : (30 40) (0. 20 0. 40)。步骤(2)②中，反应温度优选为90 100°C，反应时间优选为3 6h。步骤(3)中，分散剂II优选为分子量为6000的聚こニ醇PEG6000，煅烧前驱体I、II及分散剂II的质量比优选为(90 99) (10 I) (I 15)。步骤⑷中，升温速率优选为5 8°C/min，烧结峰值温度优选为1100 1200°C，峰值温度下保温时间优选为2 5h。本发明以实施例2、实施例3作为最佳实施方案，步骤如下(I)前驱体I的制备将7.5g Al(NO3)3.9H20、102. Omg 聚こニ醇 PEG6000 和 31. Omg H3BO3 加入 100. OmL
去离子水中，搅拌至完全溶解；强烈搅拌下逐滴加入25wt %的浓氨水，调节pH值为9，继续搅拌30min得到乳状悬浮物；将乳状悬浮物置于密闭反应釜中，于240°C烘箱中水热反应12h ;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水こ醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量こ醇至总体积100. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体I ;(2)前驱体II的制备将5. 15g异丙醇铝、17. 5mL去离子水、0. 625mL30 %的双氧水混合，搅拌均匀得到白色悬浮液，将所得悬浮液置于密闭反应釜中，于90°C烘箱中反应5h;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水こ醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量こ醇至总体积为125. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体II ；(3)煅烧前驱体III的制备取97. OmL前驱体I、3. OmL前驱体II、102. Omg聚こニ醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀；将沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后将干燥产物研磨至粉末状，即为煅烧前驱体III ;或者，取95. OmL煅烧前驱体I、5. OmL煅烧前驱体II、102. Omg聚こニ醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀；将沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，再研磨至粉末状得煅烧前驱体III ;(4)煅烧将上述煅烧前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧。其中，烧结升温速率为6°C /min，烧结峰值温度为1175°C，峰值温度下保温4h。本发明的技术特点及原理说明如下在步骤(I)中，可溶性铝盐在优化的水热反应条件下生成的产物为勃姆石溶胶，反应产物经过洗涤除杂后，作为煅烧前驱体I。其中，加入分散剂可改善溶胶的分散性，加入晶化剂可提高勃姆石溶胶粒子的结晶度，有利于得到形貌规整、分散良好的溶胶粒子。在步骤(2)中，醇铝盐在优化的水热反应条件下，生成拟勃水铝石溶胶，经过洗涤除杂后，作为煅烧前驱体II。其中，加入双氧水可促进拟勃水铝石的成核，有利于得到细小的溶胶粒子。在步骤(3)中，先通过超声、研磨等分散过程，使两种煅烧前驱体形成均匀混合，然后通过干燥除去分散溶剂，再研磨后得到煅烧前驱体III。在步骤(4)中，通过煅烧过程，实现前驱体III的α晶型转化，得到a -Al2O3粉体。其中，煅烧前驱体III是煅烧前驱体I和II的均匀混合物，即一种勃姆石和拟勃水铝石的混合物相，在优化的煅烧条件下，前驱体II率先实现α晶型转化，此时前驱体I可作为一种物理隔离相，避免率先生成的a-Al2O3粒子 发生烧结团聚；通过进一步煅烧，前驱体I也开始发生α晶型转化，此时由前驱体II率先生成的a -Al2O3粒子可作为煅烧晶种，通过峰值煅烧温度控制前驱体I的晶型转化速度，可实现从前驱体I到煅烧晶种的定向晶型转化，有利于得到形貌规整、粒度均匀、分散良好的a -Al2O3 粉体。 与现有的水热/溶剂热、热解、醇盐水解、溶胶-凝胶等技术相比，本发明的优良效果如下I.有效解决了氧化铝颗粒在α晶型转化煅烧过程中容易发生热聚或形成烧结瓶颈等所引起的团聚问题，可制备粒子尺寸为100 300nm、形貌呈规整的颗粒状、单分散性的Ct-Al2O3粉体。2.与水热/溶剂热直接实现氧化铝的α晶型转化的方法相比，本发明方法反应条件温和，可制备高纯度的a -Al2O3粉体，产品纯度达到99. 95%以上。3.与硫酸铝铵、碳酸铝铵等热解法相比、本发明方法产生的三废少、可实现环保化生产。4.与醇盐水解、溶胶-凝胶等生产技术相比，本发明在水溶液体系下，以无机铝盐作为主要原料，生产成本低，有利于实现产业化生产。


图I是实施例I所得氧化铝粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图2是实施例I所得氧化铝粉体的激光粒度分布图。图3是实施例2所得氧化铝粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图4是实施例2所得氧化铝粉体的激光粒度分布图。图5是实施例3所得氧化铝粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图6是实施例3所得氧化铝粉体的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片。图7是实施例3所得氧化铝粉体的激光粒度分布图。图8是实施例4所得氧化铝粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图9是实施例4所得氧化铝粉体的激光粒度分布图。图10是实施例5所得氧化铝粉体的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片。
图11是对比例I所得氧化铝粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图12是对比例2所得氧化铝粉体的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片。
具体实施例方式下面结合实施例及附图进一步说明本发明，但不限于此。实施例I(I)前驱体I的制备①首先将7. 5g Al (NO3)3 · 9Η20、102· Omg 聚乙二醇 PEG6000 和 31. Omg H3BO3 加入100. OmL去离子水中，搅拌至完全溶解；然后强烈搅拌下逐滴加入25wt %的浓氨水，调节pH值为9，继续搅拌30min得到白色乳状悬浮物。其中，可溶性铝盐为Al (NO3)3 · 9H20，分散剂 I为聚乙二醇PEG6000，晶化剂为H3BO3 ;铝盐溶液浓度为O. 2mol/L,以氧化铝计，分散剂I与铝盐的质量比为10 100，晶化剂与铝盐的质量比为3 100。②将上述白色乳状悬浮物置于密闭反应釜中，于240°C烘箱中水热反应12h ;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量乙醇至总体积100. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体I。(2)前驱体II的制备①将5. 15g异丙醇铝、17. 5mL去离子水、O. 625mL30%的双氧水混合，搅拌均匀得到白色悬浮液，其中醇铝盐、水、双氧水的摩尔比为I : 38 0.24。②将上述悬浮液置于密闭反应釜中，于90°C烘箱中反应5h。反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量乙醇至总体积为125. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体II。(3)煅烧前驱体III的制备取99. OmL前驱体I、I. OmL前驱体II、102. Omg聚乙二醇PEG6000(分散剂II)混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀。将上述沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后将干燥产物研磨至粉末状，即为煅烧前驱体III。其中，以氧化铝计，前驱体
I、前驱体II与分散剂II的质量比为99 : I : 10。(4)煅烧将上述煅烧前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧。其中，烧结升温速率为6 V /min，烧结峰值温度为1175°C，峰值温度下保温4h。所得产物的XRD衍射图谱分析为a -Al2O3，参见图I ;经元素分析检测，产品纯度达
99.95%以上；粉体分散性好、粒径分布均匀，平均粒径约238nm，参见图2。实施例2前驱体I、前驱体II的制备，同实施例I。所不同的是前驱体III的制备方法如下取97. OmL煅烧前驱体I、3. OmL煅烧前驱体II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作为分散剂II，以氧化铝计，煅烧前驱体Ι、Π及分散剂II的质量比为97 3 10。将上述沉淀研磨、干燥、再研磨至粉末状的煅烧前驱体III，同实施例I。后续煅烧步骤同实施例I。所得产物的XRD衍射图谱显示为α _Α1203(参见图3);经元素分析检测，产品纯度达99. 95%以上；粉体分散性好、粒径分布均匀，平均粒径约228nm(参见图4)。实施例3前驱体I、前驱体II的制备，同实施例I。所不同的是前驱体III的制备方法如下取95. OmL煅烧前驱体I、5. OmL煅烧前驱体II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作为分散剂II，以氧化铝计，煅烧前驱体Ι、Π及分散剂II的质量比为95 5 10。将上述沉淀研磨、 干燥、再研磨至粉末状的煅烧前驱体III，同实施例I。后续煅烧步骤同实施例I。所得产物的XRD衍射图谱显示为α_Α1203 (参见图5);经元素分析检测，产品纯度达99. 95%以上；粉体呈颗粒状(参见图6);分散性好、粒径分布均匀，平均粒径约242nm(参见图7)。实施例4前驱体I、前驱体II的制备，同实施例I。所不同的是前驱体III的制备方法如下取90. OmL煅烧前驱体I、10. OmL煅烧前驱体II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作为分散齐U II，以氧化铝计，煅烧前驱体I、II及分散剂II的质量比为90 10 10。将上述沉淀研磨、干燥、再研磨至粉末状的煅烧前驱体III，同实施例I。后续煅烧步骤同实施例I。所得产物的XRD衍射图谱显示为α _Α1203(参见图8);经元素分析检测，产品纯度达99. 95%以上；粉体分散性好、粒径分布均匀，平均粒径约247nm(参见图9)。实施例5(I)前驱体I的制备①首先将2. Og AlCl3、115.0mg 聚乙烯醇 PVA1799 和 38.0mg KF 加入 100. OmL 去离子水中，搅拌至完全溶解；然后强烈搅拌下逐滴加入25wt%的浓氨水，调节pH值为10，继续搅拌30min得到白色乳状悬浮物。其中，可溶性铝盐为AlCl3，分散剂I为聚乙烯醇PVA1799,晶化剂为KF ;铝盐溶液浓度为O. 15mol/L,以氧化铝计，分散剂I与铝盐的质量比为15 100，晶化剂与铝盐的质量比为5 100。②将上述白色乳状悬浮物置于密闭反应釜中，于260°C烘箱中水热反应I !;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量乙醇至总体积75. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体I。(2)前驱体II的制备①将4. 97g仲丁醇铝、17. 5mL去离子水、O. 75mL30%的双氧水混合，搅拌均匀得到白色悬浮液,其中醇铝、水、双氧水的摩尔比为I : 48 0.36。②将上述悬浮液置于密闭反应釜中，于100°C烘箱中反应8h。反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量乙醇至总体积为
100.OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体II。(3)煅烧前驱体III的制备取57. OmL前驱体I、3. OmL前驱体ΙΙ、6(λ Omg聚乙烯醇PVA1799 (分散剂II)混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀。将上述沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后将干燥产物研磨至粉末状，即为煅烧前驱体III。其中，以氧化铝计，前驱体I、前驱体II与分散剂II的质量比为95 : 5 : 10。(4)煅烧将上述煅烧前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧。其中，烧结升温速率为60C /min，烧结峰值温度为1185°C，峰值温度下保温时间为4h。所得产物经XRD分析为a -Al2O3,元素分析表明氧化铝纯度达99. 95%以上；SEM照片显示，粉体分散性好、粒径分布均匀，粒子尺寸约100 300nm(参见图10)。对比例I(I)依据实施例I中步骤(I)的方法，制得前驱体I。(2)取100. OmL煅烧前驱体I、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分 散30min，然后离心分离得到沉淀。其中，聚乙二醇PEG6000作为分散剂II，以氧化铝计，煅烧前驱体I与分散剂II的质量比为100 10。(3)将步骤(2)得到的沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后将干燥产物研磨至粉末状，作为煅烧前驱体III。(4)煅烧，同实施例I。依据XRD衍射图谱判断，所得产物并非是均相Q-Al2O3，而是含有α、Θ和γ三种晶型的混合物相(参见图11)。这是因为在煅烧前驱体III中未加入煅烧前驱体II，在相同的煅烧条件下，相当于缺少了促进前驱体III晶相转化的a -Al2O3煅烧晶种，所以最终产物未能实现煅烧前驱体III的α晶相转化。对比例2(I)依据对比例I中步骤⑴、⑵、⑶的方法，制得煅前驱体III。(2)将上述煅烧前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧。其中，烧结升温速率为6°C /min，烧结峰值温度为1250°C，峰值温度下保温时间为lh。依据XRD检测分析，所得产物为a -Al2O3,但SEM照片显示，粉体颗粒为蠕虫状结构，出现了严重的烧结团聚，导致颗粒尺寸明显增大(参见图12)。这是因为虽然通过提高峰值煅烧温度促进了前驱体III的α晶相转化，但同样是缺少了煅烧前驱体II，因此缺少Ci-Al2O3煅烧晶种，使前驱体III的α晶相转化无序进行，容易发生热聚和烧结瓶颈，造成粉体团聚。
权利要求
1.一种单分散a-Al2O3粉的制备方法，包括步骤如下 (1)前驱体I的制备 ①首先将可溶性铝盐配制成O.05 O. 5mol/L的溶液，然后加入适量分散剂I和晶化剂搅拌溶解，再逐滴加入25wt%的浓氨水，调节pH值为7 11，继续搅拌30 60min得到白色乳状悬浮液；所述可溶性铝盐选自 Al (NO3) 3 · 9H20、A1C13、AlCl3 · 6H20、Al2 (SO4) 3、Al2 (SO4) 3 · 18H20之一或组合，所述分散剂I选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸甲酯之一或组合，所述晶化剂选自H3B03、Na2B4O7, NaF, KF之一或组合；以氧化铝计，分散剂I与铝盐的质量比为(I 30) 100，晶化剂与铝盐的质量比为(I 6) 100； ②将上述白色乳状悬浮液置于密闭反应釜中，于180 300°C反应8 48h;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再分散于适量无水乙醇中得到前驱体； (2)前驱体II的制备 ①将醇铝盐加入去离子水与双氧水的混合溶液中，搅拌均匀得悬浮液； 所述醇铝盐选自异丙醇铝、叔/仲/正丁醇铝、乙二醇铝、苄醇铝之一或组合，醇铝盐、水、双氧水的摩尔比为I : (20 50) (O. 10 O. 50); ②将上述悬浮液置于密闭反应釜中，于80 120°C加热反应I 9h;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再分散于适量无水乙醇中得到前驱体II ； (3)前驱体III的制备 取上述制备的前驱体I、前驱体II及分散剂II搅拌均匀，超声分散20 40min，然后离心分离得到沉淀；将所得沉淀研磨30 60min，再于40 80°C干燥5 8h，最后将干燥产物研磨至粉末状，即为前驱体III ;其中，所述分散剂II选自聚乙二醇、柠檬酸、柠檬酸三钠、油酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠之一或组合；以氧化铝计，前驱体I、前驱体II及分散剂II的质量比为(75 99) (25 I) (I 30); (4)煅烧 将步骤(3)所得前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧，烧结升温速率为I IO0C /min，烧结峰值温度为1050 1300°C，峰值温度下保温I 8h，得到单分散a -Al2O3粉体。产品纯度达99. 95%。
2.如权利要求I所述的单分散a-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤(I)①中，分散剂I为聚乙二醇PEG6000，晶化剂为H3BO3 ;铝盐溶液的浓度为O. I O. 3mol/L，pH调节为8 10;以氧化铝计，分散剂I与铝盐的质量比为(5 15) 100，晶化剂与铝盐的质量比为(2 4) 100。
3.如权利要求I所述的单分散a-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤(I)②中，反应温度为220 240°C，反应时间为10 24h。
4.如权利要求I所述的单分散a-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤⑵①中，所述醇铝盐为异丙醇铝，所述醇铝盐、水、双氧水的摩尔比为I : (30 40) (O. 20 O. 40)。
5.如权利要求I所述的单分散a-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)②中，反应温度为90 100°C，反应时间为3 6h。
6.如权利要求I所述的单分散a-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，分散剂II为分子量为6000的聚乙二醇PEG6000，煅烧前驱体I、前驱体II及分散剂II的质量比为(90 99) (10 I) (I 15)。
7.如权利要求I所述的单分散a-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，升温速率为5 8°C /min，烧结峰值温度为1100 1200°C，峰值温度下保温2 5h。
8.如权利要求I所述的单分散Ci-Al2O3粉的制备方法，其特征在于，步骤如下 (1)前驱体I的制备将 7. 5g Al (NO3) 3 · 9Η20、102· Omg 聚乙二醇 PEG6000 和 31. Omg H3BO3 加入 100. OmL 去离子水中，搅拌至完全溶解；强烈搅拌下逐滴加入25wt%的浓氨水，调节pH值为9，继续搅拌30min得到乳状悬浮物；将乳状悬浮物置于密闭反应釜中，于240°C烘箱中水热反应12h ；反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量乙醇至总体积100. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体I ; (2)前驱体II的制备 将5. 15g异丙醇铝、17. 5mL去离子水、O. 625mL30 %的双氧水混合，搅拌均匀得到白色悬浮液，将所得悬浮液置于密闭反应釜中，于90°C烘箱中反应5h;反应产物经离心分离，并依次用去离子水和无水乙醇洗涤各两次，然后离心分离，再加入适量乙醇至总体积为125. OmL，超声分散为均匀的白色悬浮液，得到煅烧前驱体II ； (3)煅烧前驱体III的制备 取97. OmL前驱体I、3. OmL前驱体II、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀；将沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，最后将干燥产物研磨至粉末状，即为煅烧前驱体III ;或者， 取95. OmL煅烧前驱体I、5. OmL煅烧前驱体11、102. Omg聚乙二醇PEG6000混合搅拌均匀，再超声分散30min，然后离心分离得到沉淀；将沉淀研磨30min，再于60°C干燥6h，再研磨至粉末状得煅烧前驱体III ; (4)煅烧 将上述煅烧前驱体III置于坩埚中，于高温烧结炉中煅烧。其中，烧结升温速率为6°C /min，烧结峰值温度为1175 °C，峰值温度下保温4h。
全文摘要
本发明涉及单分散高纯α-Al2O3粉的制备方法。包括用可溶性铝盐在水热条件下反应生成溶胶产物，经洗涤除杂后作为煅烧前驱体I；采用醇铝盐在水热条件下生成溶胶，经洗涤除杂后作为煅烧前驱体II；然后通过超声、研磨等分散手段，使煅烧前驱体I、II和分散剂均匀混合，再经过干燥、研磨得到煅烧前驱体III；最后通过煅烧实现前驱体III的晶型转化，得到单分散的高纯α-Al2O3粉体。所得粉体的纯度高、分散性好、扫描电镜显示为100～300nm的分散颗粒，激光粒度呈单分散粒径分布。本发明解决了氧化铝粉体在煅烧过程中容易发生烧结团聚的问题，反应条件温和、操控简单、成本低、质量稳定，适合规模化生产。
文档编号B82Y40/00GK102659149SQ20121004906
公开日2012年9月12日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者张建, 杨阳, 焦秀玲, 陈代荣, 陈波 申请人:山东大学