专利名称：一种硼酸铝晶须的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硼酸铝晶须的制备方法。
背景技术：
硼酸铝晶须(9Al2O3.2B2O3)属于氧化物型晶须，具有耐高温、耐酸碱、抗化学腐蚀、热绝缘和电绝缘等优异性能，可以作为铝基复合材料、工程塑料、水泥、陶瓷等的添加剂，以提高其抗压、抗拉能力、增强粘结能力和抗蚀性等，在航空航天、新型陶瓷及生物材料等领域具有广泛用途。
虽然9Al2O3.2B2O3晶须与SiC、Si3N4具有相似的机械性质，但其制备价格却仅为SiC、Si3N4制备价格的三分之一到几十分之一，是一种非常值得研究和开发的材料体系。目前其主要的制备方法包括(1)熔融法将氧化铝和硼酸或氧化硼混合，在2100℃下熔融，然后冷却成长为晶须。该法只能成长为数十微米以上的晶须。
(2)气相法在1000℃～1400℃下，将水蒸汽通入大气状态的氟化铝和氧化硼中，可得硼酸铝晶须。该法不易操作。
(3)内部熔融法将氧化铝或者在高温下生成氧化铝的化合物与氧化硼在1200℃～1400℃下反应，氧化硼同时起助剂的作用，最终得到硼酸铝晶须。该法只能得到大尺寸的晶须，并且由于氧化硼起助剂的作用使生成的晶须溶解，收率降低。
(4)外部熔融法在1000℃以上，在氧化铝和生产氧化硼的原料中加入与反应无关的助熔剂(如碱金属氧化物、硫酸盐或碳酸盐)，在1000℃～1200℃成长为晶须，反应后用水处理，除去助熔剂，分离出晶须。此法较熔融法和气相法的反应温度低，能耗低，收率高。
(5)以三碱硫酸铝[M3Al(SO4)3](M为碱金属)与硼的氧化物、氯酸盐或碱金属硼酸盐为原料，以硼和铝的摩尔比为4∶6～2∶9进行混合，该混合物在700～1200℃温度范围内反应，得到硼酸铝晶须。
查阅日本、美国、中国的专利及文章，还没有利用固相反应方法制备硼酸铝晶须的报道。
发明内容
本发明的目的是在低温下，通过固相反应获得硼酸铝晶须。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种硼酸铝晶须的制备方法，其特征是包括下述步骤1).原料的选取a).平均粒径为50~80nm的TiB2粉末与固相特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的质量比为1∶10~20，特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]溶于水中0.13g/ml水溶液；b).纳米TiB2粉与分散剂的质量比为1∶30~60，以PEG400、PEG1000、PEG2000混合液为分散剂，分散剂各成分的质量比为1∶1∶1；c).纳米TiB2与NH4HCO3的质量比为1∶10~20，NH4HCO3配制成浓度为0.1g/ml的水溶液；2).将分散剂混合液倒入硫酸铝铵液体中，搅拌，加入纳米TiB2粉，继续搅拌，将碳酸氢铵液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，继续搅拌，混合液为亮黑色；3).将混合液在阴暗处放置10～20小时后，倒掉上层液体，将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品；4).在有氧的环境中加热包覆型混合粉至1000℃～1200℃，最终获得硼酸铝晶须。
具体实现过程详述如下1).原料的选取a).平均粒径为50~80nm的TiB2粉与固相特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的质量比为1∶10~20，30℃时，以特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]溶于水中配制成0.13g/ml的水溶液，水浴加热至50℃并保温，电动搅拌，转速500r/min；b).纳米TiB2与分散剂的质量比为1∶30~60，以PEG400、PEG1000、PEG2000混合液为分散剂，分散剂各成分的质量比为1∶1∶1，混合，用玻璃棒搅拌约20分钟成糊状混合液；c).固相TiB2与NH4HCO3的质量比为1∶10~20，NH4HCO3配制成浓度为0.1g/ml的水溶液；2).将分散剂混合液倒入硫酸铝铵液体中，继续电动搅拌约10分钟，加入平均粒径为50～80nm的TiB2粉，继续搅拌，将碳酸氢铵液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，控制滴速为10ml/min，待碳酸氢铵全部滴完后，控制水温50℃和转速500r/min不变，继续搅拌3小时，混合液为亮黑色；3).将混合液在阴暗处放置10～20小时后，液体出现分层，倒掉上层液体，加入无水乙醇，无水乙醇与TiB2粉的质量比为30~60∶1，搅拌均匀，再放置半小时，再倒掉上层液体；将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品，此时样品为泥状物，具有粘性；4).将这种泥状物放入氧化铝坩埚中，在箱式炉中灼烧，升温参数如下0℃→800℃，5℃/min，800℃→T℃，3℃/min，T℃保温2小时，(T为1000℃～1200℃)，在有氧的环境中加热包覆型混合粉至1000℃～1200℃，使混合粉内发生固相反应
最终获得硼酸铝晶须。
本发明在纳米TiB2表面包覆絮状Al2O3前驱体。在有氧的碱性环境中加热包覆型复合粉，使TiB2中的B被O以B2O3的形式置换出来，同时吸附在絮状Al2O3前驱体的微孔中。随着加热温度的升高，超细无定形活性B2O3与Al2O3逐渐发生固相反应，在1000℃～1200℃的低温度下，生长为硼酸铝晶须。本发明在低温下，通过固相反应获得硼酸铝晶须。
图1是本发明的制备工艺流程2是本发明制备的硼酸铝晶须SEM3是本发明复合粉1200℃灼烧后的XRD分析图具体实施方式
硼酸铝晶须的制备工艺流程如图1所示。
实例1将13克特纯工业硫酸铝铵溶于50ml水中，水浴加热至50℃并保温，电动搅拌，转速500r/min。在另一容器中配制PEG400、PEG1000、PEG2000各10克的混合液，用玻璃棒搅拌约20分钟后，将糊状混合液倒入硫酸铝铵液体中，继续电动搅拌约10分钟。随后加入1克纳米TiB2粉，继续搅拌。
与此同时，在第三个容器中将10克碳酸氢铵加入50ml水中，配制成有刺激性气味的液体，将这种液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，控制滴速为10ml/min。可以看见混合液体中出现絮状胶体，反应比较剧烈，有气泡产生。待碳酸氢铵全部滴完后，控制水温和转速不变，继续搅拌3小时，混合液为亮黑色。
将混合液在阴暗处放置10小时后，液体出现分层，倒掉上层液体，加入30ml无水乙醇，搅拌均匀，再放置半小时，又可以见到明显分层的液体，再倒掉上层液体。
将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品。此时样品为泥状物，具有粘性。
将这种泥状物放入氧化铝坩埚中，在箱式炉中灼烧。升温参数如下0℃→800℃5℃/min800℃→1200℃ 3℃/min1200℃保温2小时取出样品为粉红色。利用SEM观察形貌为晶须(见图2)，XRD分析主晶相为9Al2O3.2B2O3，同时含有TiO2(见图3)。
实例2将10克特纯工业硫酸铝铵溶于50ml水中，水浴加热至50℃并保温，电动搅拌，转速500r/min。在另一容器中配制PEG400、PEG1000、PEG2000各10克的混合液，用玻璃棒搅拌约20分钟后，将糊状混合液倒入硫酸铝铵液体中，继续电动搅拌约10分钟。随后加入0.5克纳米TiB2粉，继续搅拌。
与此同时，在第三个容器中将10克碳酸氢铵加入50ml水中，配制成有刺激性气味的液体，将这种液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，控制滴速为10ml/min。可以看见混合液体中出现絮状胶体，反应比较剧烈，有气泡产生。待碳酸氢铵全部滴完后，控制水温和转速不变，继续搅拌3小时，混合液为亮黑色。
将混合液在阴暗处放置10小时后，液体出现分层，倒掉上层液体，加入30ml无水乙醇，搅拌均匀，再放置半小时，又可以见到明显分层的液体，再倒掉上层液体。
将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品。此时样品为泥状物，具有粘性。
将这种泥状物放入氧化铝坩埚中，在箱式炉中灼烧。升温参数如下0℃→800℃ 5℃/min800℃→1200℃ 3℃/min1200℃保温2小时取出样品为粉红色。利用SEM观察形貌为晶须，XRD分析主晶相为9Al2O3.2B2O3，同时含有TiO2。
实例3将10克特纯工业硫酸铝铵溶于50ml水中，水浴加热至50℃并保温，电动搅拌，转速500r/min。在另一容器中配制PEG400、PEG1000、PEG2000各10克的混合液，用玻璃棒搅拌约20分钟后，将糊状混合液倒入硫酸铝铵液体中，继续电动搅拌约10分钟。随后加入0.5克纳米TiB2粉，继续搅拌。
与此同时，在第三个容器中将10克碳酸氢铵加入50ml水中，配制成有刺激性气味的液体，将这种液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，控制滴速为10ml/min。可以看见混合液体中出现絮状胶体，反应比较剧烈，有气泡产生。待碳酸氢铵全部滴完后，控制水温和转速不变，继续搅拌3小时，混合液为亮黑色。
将混合液在阴暗处放置15小时后，液体出现分层，倒掉上层液体，加入30ml无水乙醇，搅拌均匀，再放置半小时，又可以见到明显分层的液体，再倒掉上层液体。
将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品。此时样品为泥状物，具有粘性。
将这种泥状物放入氧化铝坩埚中，在箱式炉中灼烧。升温参数如下0℃→800℃ 5℃/min800℃→1050℃ 3℃/min1050℃保温2小时取出样品为粉红色。利用SEM观察形貌为晶须，XRD分析主晶相为9Al2O3.2B2O3，同时含有TiO2。
权利要求
1.一种硼酸铝晶须的制备方法，其特征是包括下述步骤1).原料的选取a).平均粒径为50~80nm的TiB2粉末与固相特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的质量比为1∶10~20，特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]溶于水中配制成0.13g/ml的水溶液；b).纳米TiB2粉与分散剂的质量比为1∶30~60，以PEG400、PEG1000、PEG2000混合液为分散剂，分散剂各成分的质量比为1∶1∶1；c).纳米TiB2与NH4HCO3的质量比为1∶10~20，NH4HCO3配制成浓度为0.1g/ml的水溶液；2).将分散剂混合液倒入硫酸铝铵液体中，搅拌，加入纳米TiB2粉，继续搅拌，将碳酸氢铵液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，继续搅拌，混合液为亮黑色；3).将混合液在阴暗处放置10～20小时后，倒掉上层液体，将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品；4).在有氧的环境中加热包覆型混合粉至1000℃～1200℃，最终获得硼酸铝晶须。
2.根据权利要求1所述的一种硼酸铝晶须的制备方法，其特征是其具体步骤如下1).原料的选取a).平均粒径为50~80nm的TiB2粉与固相特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的质量比为1∶10~20，30℃时，以特纯级工业硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]溶于水中配制成0.13g/ml水溶液，水浴加热至50℃并保温，电动搅拌，转速500r/min；b).纳米TiB2粉与分散剂的质量比为1∶30~60，以PEG400、PEG1000、PEG2000混合液为分散剂，分散剂各成分的质量比为1∶1∶1，混合，用玻璃棒搅拌约20分钟成糊状混合液；c).固相TiB2与NH4HCO3的质量比为1∶10~20，NH4HCO3配制成浓度为0.1g/ml的溶液；2).将分散剂混合液倒入硫酸铝铵液体中，继续电动搅拌约10分钟，加入纳米TiB2粉，继续搅拌，将碳酸氢铵液体用滴管滴入含有TiB2的硫酸铝铵液体中，控制滴速为10ml/min，待碳酸氢铵全部滴完后，控制水温50℃和转速500r/min不变，继续搅拌3小时，混合液为亮黑色；3).将混合液在阴暗处放置10～20小时后，液体出现分层，倒掉上层液体，加入无水乙醇，无水乙醇与TiB2粉的质量比为30~60∶1，搅拌均匀，再放置半小时，再倒掉上层液体；将下层物质放入恒温烘箱中，控制温度为60℃，12小时后，取出样品，此时样品为泥状物，具有粘性；4).将这种泥状物放入氧化铝坩埚中，在箱式炉中灼烧，升温参数如下0℃→800℃，5℃/min，800℃→T℃，3℃/min，T℃保温2小时，T为1000℃～1200℃，获得硼酸铝晶须。
全文摘要
本发明涉及一种硼酸铝晶须的制备方法。一种硼酸铝晶须的制备方法，利用固相反应方法制备硼酸铝晶须，其特征是利用[NH
文档编号C30B29/00GK1556260SQ20041001260
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月2日 优先权日2004年1月2日
发明者张东明, 傅正义, 郭景坤, 俞仕杰, 李佑俊 申请人:武汉理工大学