專利名稱：板狀氧化鋁顆粒的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種板狀氧化鋁(Al2O3)顆粒的制備方法，更確切地說涉及一種板狀Al2O3顆粒的制備及其尺寸控制的方法，屬于精細化工領域。
背景技術：
板狀Al2O3顆粒是一種重要的工業原料。在復相陶瓷中板狀Al2O3作為一種增韌劑可以大幅度提高瓷體中裂紋偏轉和橋聯效果，改善材料的韌性。利用板狀Al2O3的高導熱性，在塑料電子封裝材料中引入板狀Al2O3可以大幅度提高塑料的熱導率，改善電子器件的散熱效果。另外，板狀Al2O3顆粒還是通過模板誘導晶粒生長法制備織構化Al2O3陶瓷不可或缺的模板顆粒。最近研究表明，某些織構化Al2O3陶瓷的綜合力學性能遠高于普通Al2O3陶瓷，其強度可以達到800MPa左右，而其韌性達10-11MPa·m1/2。目前關于板狀Al2O3顆粒的制備方法主要有AlF輔助氣相傳質Al2O3板狀顆粒生長法和以鋁無機鹽為原料的熔鹽法等[Richard F.Hill，Robert Danzer andRobert T.Paine.Synthesis of Alumina Oxide Platelets，J.Am.Ceram.Soc.84(3)514-20，2001，S.Hashimoto，and A.Yamaguchi.Synthesis of α-Al2O3Platelets Using Sodium Sulfate Flux，J.Mater.Res.，14(12)4667-72，1999]。但從現有報導來看，所得板狀Al2O3顆粒的尺寸普遍比較粗大(5～33μm)，不但不均勻，且團聚現象往往比較嚴重。這不利于材料的后續應用。另外，目前尚沒有一種可行的方法對所得板狀Al2O3顆粒尺寸進行精確控制。
發明內容
本發明的目的在于提供一種板狀Al2O3顆粒的制備方法，以克服當今板狀Al2O3顆粒的制備中存在的上述問題。
本發明目的的實施是以分解的鋁鹽為原料通過熔鹽法制備了尺寸大小均勻且近似呈單分散狀態分布的板狀Al2O3顆粒，并通過控制制備過程中板狀Al2O3晶種的添加量實現了對最終產物中Al2O3板狀顆粒尺寸的精確控制。這對板狀Al2O3粉體的生產和應用具有重要的意義。
具體地說，首先將鋁鹽于適當溫度下煅燒使之部分熱分解，以部分分解的鋁鹽為Al2O3前驅體，然后與適當量的熔鹽介質(和晶種)混合。經干燥后，在高溫下煅燒。水洗去除熔鹽介質，即可得到板狀Al2O3顆粒。主要工藝參數如下1.所用的鋁鹽是在高溫下可分解為Al2O3的鋁的硫酸鹽或硝酸鹽，如為Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3中的一種，所謂部分熱分解溫度是指鋁鹽在加溫坩堝中開始分解的溫度2.作為熔鹽介質使用的無機鹽為Na2SO4、K2SO4、NaCl和KCl中的一種或幾種的混合鹽；加入量是鋁鹽完全分解為Al2O3后，反應體系中Al2O3與熔鹽介質的體積比為1∶5-1∶10之間。
3.板狀Al2O3晶種的添加量為鋁鹽完全分解為Al2O3后反應體系中Al2O3總量的5-40wt％。
4.熔鹽體系煅燒溫度為1100-1300℃，反應時間為1-3小時。
本發明的突出優點是以部分分解的鋁鹽作為Al2O3來源所制得的板狀Al2O3顆粒細小均勻，且幾乎無團聚，顆粒尺寸介于亞微米到幾個微米之間。再通過加入板狀Al2O3晶種可以精確控制最終產物中板狀Al2O3顆粒的尺寸。材料制備工藝簡單，適合于工業化批量生產。(詳見實施例3)
圖1和2分別為實施例1和2中所制備板狀Al2O3顆粒的掃描電鏡照片。
圖3為實施例3中添加(A)5wt％，(B)20.7wt％和(C)37wt％板狀Al2O3晶種時所得Al2O3顆粒的掃描電鏡照片。
圖4為實施例3中板狀Al2O3顆粒大小與板狀Al2O3晶種添加量的關系曲線，其中實線為根據Oswald生長機理計算的理論曲線，而散點為具體實驗結果。
具體實施例方式
下面結合實施例描述的進一步說明本發明的創新點而決非限制本說明。
實施例1首先，將Al2(SO4)3置于Al2O3坩堝中，蓋上坩堝蓋，然后于900℃煅燒3小時使之部分分解為Al2O3。其次，將部分分解的Al2(SO4)3與適量的Na2SO4通過球磨混合，混合粉體的原料配比為使Al2(SO4)3完全分解后生成的Al2O3與Na2SO4熔鹽介質的體積比為1∶6。上述混合粉體經80℃干燥后置于敞口Al2O3坩堝中1100℃煅燒1小時。反應產物經多次水洗后去除掉Na2SO4，圖1為所得六方板狀Al2O3顆粒的掃描電鏡照片。Al2O3顆粒為幾乎單分散的六方板狀顆粒，且尺寸均勻(1±0.1μm)。
實施例2首先，將Al2(SO4)3置于Al2O3坩堝中，蓋上坩堝蓋，然后于900℃煅燒3小時使之部分分解為Al2O3。其次，將部分分解的Al2(SO4)3與適量的Na2SO4通過球磨混合，混合粉體的原料配比為使Al2(SO4)3完全分解后生成的Al2O3與Na2SO4熔鹽介質的體積比為1∶8。上述混合粉體經80℃干燥后置于敞口Al2O3坩堝中1200℃煅燒2小時。反應產物經多次水洗后去除掉Na2SO4，圖2為所得六方板狀Al2O3顆粒的掃描電鏡照片。Al2O3顆粒同樣為幾乎單分散的六方板狀顆粒，平均粒徑為960±120nm。
實施例3實施例3與實施例2的工藝過程幾乎完全相同，所不同的是在原料粉體球磨混合過程中加入5-40wt％粒徑為1μm的六方板狀Al2O3顆粒作為晶種。圖3(A)、(B)和(C)分別為晶種添加量為5、20.7和37wt％時所得板狀Al2O3顆粒的掃描電鏡照片。各試樣中Al2O3顆粒均為近似六方板狀顆粒，其平均粒徑隨晶種的含量而變化。進一步研究發現，在添加板狀Al2O3晶種的情況下，粉體中Al2O3顆粒是以板狀晶種為模板，按照Oswald生長機理生長；由此導致最終粉體中板狀Al2O3顆粒尺寸與晶種的尺寸和含量應有如下關系，即Df=DsWs3,]]>其中Df和Ds分別為最終粉體中和晶種中板狀Al2O3的顆粒尺寸，Ws為晶種的重量百分比含量。圖4為實施例3中Al2O3板狀顆粒尺寸與晶種含量的關系曲線，其中散點為具體實驗結果，而曲線為按照上述公式計算的理論結果。可以發現二者具有很好的吻合性。因此，根據上述公式，可以通過改變晶種的含量實現對最終粉體中Al2O3板狀顆粒尺寸的精確控制。
權利要求
1.一種板狀Al2O3顆粒的制備方法，其特征在于首先將鋁鹽煅燒使之部分熱分解，以部分分解的鋁鹽為Al2O3前驅體，然后與熔鹽介質球磨混合；經干燥后，在高溫下煅燒，水洗去除熔鹽介質，得到板狀Al2O3顆粒；①所述的鋁鹽為在高溫下可分解為Al2O3的鋁的硫酸鹽或硝酸鹽；②作為熔鹽介質使用的無機鹽為Na2SO4、K2SO4、NaCl和KCl中的一種或幾種的混合鹽；加入量是鋁鹽完全分解為Al2O3后，反應體系中Al2O3與熔鹽介質的體積比為1∶5-1∶10之間；③最后煅燒溫度為1100～1300℃。
2.按權利要求1所述的板狀Al2O3顆粒的制備方法，其特征在于所述的鋁鹽為Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3中的任意一種。
3.按權利要求1所述的板狀Al2O3顆粒的方法，其特征在于Al2O3部分分解的鋁鹽與熔鹽介質混和干燥后煅燒反應時間為1-3小時。
4.按權利要求1所述的板狀Al2O3顆粒的方法，其特征在于制備的板狀Al2O3尺寸介于亞微米和幾個微米之間。
5.一種板狀Al2O3顆粒的方法，其特征在于首先將鋁鹽煅燒使之部分熱分解，以部分分解的鋁鹽為Al2O3前驅體，然后與熔鹽介質和晶種球磨混合；經干燥后，在高溫下煅燒，水洗去除熔鹽介質，即可得到板狀Al2O3顆粒；主要工藝參數如下①所用的鋁鹽為Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3等在高溫下可分解為Al2O3的鹽類；②作為熔鹽介質使用的無機鹽為Na2SO4、K2SO4、NaCl和KCl中的一種或幾種的混合鹽；加入量是鋁鹽完全分解為Al2O3后，反應體系中Al2O3與熔鹽介質的體積比為1∶5-1∶10之間；③所述的晶種為板狀Al2O3晶種，添加量為鋁鹽完全分解為Al2O3后反應體系中Al2O3總量的5-40wt％；④最后煅燒溫度為1100-1300℃。
6.按權利要求5所述的板狀Al2O3顆粒的制備方法，其特征在于所述的鋁鹽為Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3中的任意一種。
7.按權利要求5所述的板狀Al2O3顆粒的方法，其特征在于Al2O3部分分解的鋁鹽與熔鹽介質混和干燥后煅燒反應時間為1-3小時。
8.按權利要求5至7中任意一項權利要求所述的板狀氧化鋁的制備方法，其特征在于最終制備的板狀氧化鋁顆粒是以板狀晶種為模板，最終粉體中板狀Al2O3顆粒尺寸與晶種的尺寸和含量的關系式為Df=DsWs3,]]>式中Df和Ds分別為最終粉體中和晶種中板狀Al2O3的顆粒尺寸，Ws為晶種的重量百分含量。
9.按權利要求5所述的板狀Al2O3顆粒的方法，其特征在于制備的板狀Al2O3尺寸介于亞微米和幾個微米之間。
全文摘要
本發明涉及一種通過熔鹽法制備板狀Al
文檔編號C01F7/32GK1800024SQ20061002332
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月13日 優先權日2006年1月13日
發明者高濂, 靳喜海 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所