一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法。本方法采用高能球磨法直接研磨α氧化铝微粉，球磨过程不需要气氛保护，球磨得到的粉体通过室温酸腐蚀去除来自球磨罐和球磨介质的杂质，无需反应釜高温腐蚀，即获得完全分散无团聚、颗粒细小纯度为99.56wt％的α氧化铝纳米颗粒粉体。本发明专利技术所用原料廉价、工艺条件简单、操作简便，具有成本低、可重复性强、产率高、产量大、易于批量化生产等优点，为氧化铝纳米晶陶瓷的研究、α氧化铝纳米颗粒的直接应用奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用高能球磨制备方法，属于纳米材料领域，具体的说是一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法。
技术介绍
α氧化铝是氧化铝的稳定相，是一种重要的基础材料。由于其耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度、抗磨损、抗氧化、绝缘性好和表面积大等特点，在许多领域有极广泛的应用。α氧化铝纳米颗粒也是制备氧化铝纳米晶陶瓷的原材料。同时α氧化铝纳米颗粒弥散在涂料中，喷涂在硬质合金、玻璃、塑料等表面上，能够提高材料的硬度、耐磨及耐腐蚀性。α氧化铝纳米颗粒的特性能够影响陶瓷材料的性能，因此制备氧化铝纳米晶陶瓷，首先要制备出分散、细小、等轴的α氧化铝纳米颗粒粉体，当粉体的分散性不好、有团聚时，团聚体尺寸越大，含量越高，则其烧结性能越差；当纳米颗粒越细小，其烧结活性越高。如果能制备出理想的α氧化铝纳米颗粒，就有望获得高密度细晶粒的氧化铝纳米晶陶瓷。α氧化铝纳米颗粒作为涂层添料，其尺寸越大、分散性越差，则涂层表面会越粗糙、涂层耐磨性也越差。在电子工业领域，随着多层布线基片日趋薄型化(<100nm)，并且要求基片具有良好的物理结构，只有使用超细的氧化铝纳米颗粒粉体才能满足要求。分散、细小、等轴的α氧化铝纳米颗粒也是制备透明氧化铝陶瓷的必需原料。二十多年来国内外研究小组进行了大量探索，却只能获得粗大(>15nm)的α氧化铝纳米颗粒，或细小的γ氧化铝纳米颗粒。在工业及实验室中，α氧化铝纳米颗粒主要是通过高温相变来制备。常见的制备氧化铝纳米粉体的方法有沉淀法(J.G.Li,X.D.Sun.Acta mater.,2000,48,3103-3112.)、喷雾热解法(R.M.Laine,J.C.Marchal,H.P.Sun,X.Q.Pan.Nature Mater.,2006,5,710-712.)。通过这些方法制备α氧化铝纳米颗粒粉体，一般需要经过1000℃以上的煅烧，使颗粒长大、形成严重团聚和烧结现象。即使通过添加晶种和隔离相的办法，使相变温度降低到1000℃以下，但是100nm左右蠕虫状的烧结体却依然无法避免。因此通过上述方法制备完全分散的α氧化铝纳米颗粒，特别是单一α相的氧化铝纳米颗粒十分困难。常规方法中借助隔离相的机械化学-选择性腐蚀的制备方法。首先通过机械化学反应制备出细小、等轴α氧化铝纳米颗粒分散于金属基体的纳米复合材料，再将基体选择性腐蚀去除，得到分散、细小、等轴的α氧化铝纳米颗粒(Sanxu Pu,Lu Li,Ji Ma,Fuliang Lu&Jiangong Li.Scientific Reports.,2015,5,11575.)。借助隔离相的机械化学-选择性腐蚀法制备α氧化铝纳米颗粒虽然取得了不错的结果，但是高能球磨诱发机械化学反应的过程需要氩气气氛保护，其次由于金属基体铁的存在，经过室温酸洗得到纯度为97wt％的α氧化铝，进一步通过高温酸洗，得到纯度为99.6wt％的α氧化铝，另外产物是以α氧化铝和α铁为主的复合物，当球磨罐的体积一定时，使得α氧化铝的产率相对较低。因此用该方法制备α氧化铝纳米颗粒成本高，方法复杂，产率较低。考虑到α氧化铝纳米颗粒的广泛应用，亟待一种简单、高效制备高纯度α氧化铝纳米颗粒的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，采用高能球磨法直接研磨α氧化铝微粉，球磨过程不需要气氛保护，球磨得到的粉体通过室温酸腐蚀去除来自球磨罐和球磨介质的杂质，无需反应釜高温腐蚀，即获得完全分散无团聚、颗粒细小的α氧化铝纳米颗粒粉体。为实现上述目的，本专利技术所述一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，实现步骤如下：一、采用硝酸铝(纯度≥99.0wt.％)或者α氧化铝微粉，在1100-1200℃下煅烧1.5-2.5h，得到α氧化铝粉体；二、然后用高能球磨机将α氧化铝微粉直接研磨，球磨时的球磨参数为：转速为150-300rpm，球料质量比10:1-100:1，研磨时间为10-100h；三、将球磨所得粉体在室温下用10-15mol/L的盐酸酸洗，磁力搅拌8-12h，静置8-12h，吸去上清液，保留沉淀，将剩余沉淀转入离心管，在转速8000-10000rpm下离心4-6min去掉含有杂质的酸；四、向经过上述去酸后的沉淀中加入等于或大于4mol/L的盐酸，超声分散后，在转速8000-10000rpm下离心洗涤4-6min，然后分离出酸洗后的粉体，即得到完全分散的α氧化铝纳米颗粒。所述球磨罐体积采用80～500ml，磨球直径选用10～20mm。所述球磨参数为：转速为200r-300rpm，球料质量比为20:1-50:1，研磨时间为20h-60h。所述得到的得到完全分散的α氧化铝纳米颗粒无团聚、形状为等轴、尺寸细小，平均粒径为6.4nm，粒径分布为2.4–68.1nm。本专利技术所述一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，其有益效果在于：本方法采用高能球磨法直接研磨α氧化铝微粉，球磨过程不需要气氛保护，室温酸洗去除杂质，无需反应釜高温腐蚀，得到完全分散无团聚、颗粒细小纯度为99.56wt％的α氧化铝纳米颗粒粉体；所用原料廉价、工艺条件简单、操作简便，具有成本低、可重复性强、产率高、产量大、易于批量化生产等优点，为氧化铝纳米晶陶瓷的研究、α氧化铝纳米颗粒的直接应用奠定了基础。附图说明图1为实施例1中煅烧硝酸铝后所得粉体的X射线衍射谱。图2为实施例1中煅烧硝酸铝后所得粉体的透射电子显微照片。图3为实施例1中制备的α氧化铝纳米颗粒的X射线衍射谱。图4为实施例1中制备的α氧化铝纳米颗粒的透射电子显微照片。图5为实施例5中制备的α氧化铝纳米颗粒的X射线衍射谱。图6为实施例5中制备的α氧化铝纳米颗粒的透射电子显微照片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行进一步阐述。实施例1本专利技术所述一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，实现步骤如下：一、将廉价原料硝酸铝(纯度≥99.0wt.％)在1150℃下煅烧2h，得到纯的α氧化铝微粉，煅烧后所得α氧化铝微粉的X射线衍射谱和透射电镜照片分别如图1、图2所示；二、煅烧后所得α氧化铝粉体烧结团聚严重、形貌不规则、尺寸在微米级。球磨罐体积采用80ml，磨球直径选用10mm，称量α氧化铝微粉3.3333g，球料比为30:1，在主盘转速300rpm下球磨20h；三、将球磨所得粉体放入烧杯中，加入足量的12mol/L的盐酸，磁力搅拌10h，静置10h，吸去上清液，保留沉淀，重新加入足量的12mol/L的盐酸，重复上述酸洗过程三次，将剩余沉淀转入离心管，在转速10000rpm下离心5min去掉含有杂质的酸；四、向经上述去酸后的沉淀中加入4mol/L的盐酸，超声分散之后，在转速10000rpm下离心洗涤5min，该离心清洗过程重复一次，X射线衍射谱如图3所示，经过盐酸酸洗后的产物为α氧化铝，从X射线衍射谱(图1、图3)可知，经过高能球磨后，得到α氧化铝纯相，α氧化铝衍射峰明显宽化，说明颗粒(晶粒)尺寸细小，从透射电镜照片(图4)可知，酸洗产物为α氧化铝纳米颗粒，呈完全分散，无团聚，等轴，颗粒细小。经统计，平均粒径为6.4nm，粒径分布为2.4–68.1nm。实施例2采用实施例1相同的原料和方法制备α氧化铝微粉，采用球磨罐体积80ml，磨球直径1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，实现步骤如下：(1)采用硝酸铝，在1100‑1200℃下煅烧1.5‑2.5h，得到α氧化铝粉体作为原料，或者采用α氧化铝微粉作为原料；(2)然后用高能球磨机将原料α氧化铝微粉直接研磨，球磨时的球磨参数为：转速为150‑300rpm，球料质量比10:1‑100:1，研磨时间为10‑100h；(3)将球磨所得粉体在室温酸洗，并去掉含有杂质的酸；(4)洗涤经过上述去酸后的沉淀，即得到完全分散的α氧化铝纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，实现步骤如下：(1)采用硝酸铝，在1100-1200℃下煅烧1.5-2.5h，得到α氧化铝粉体作为原料，或者采用α氧化铝微粉作为原料；(2)然后用高能球磨机将原料α氧化铝微粉直接研磨，球磨时的球磨参数为：转速为150-300rpm，球料质量比10:1-100:1，研磨时间为10-100h；(3)将球磨所得粉体在室温酸洗，并去掉含有杂质的酸；(4)洗涤经过上述去酸后的沉淀，即得到完全分散的α氧化铝纳米颗粒。2.如权利要求1所述一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，其特征在于：研磨时的球料质量比10:1-30:1所述球磨参数为：转速为200-300rpm，研磨时间为20-60h，磨球直径为10～20mm。3.如权利要求2所述一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，其特征在于将硝酸铝(纯度≥99.0wt.％)在1150℃下煅烧2h，得到纯的α氧化铝微粉，将前述的球α氧化铝微粉3.3333g放入80ml的磨罐体内，磨球直径选用10mm，球料比为30:1，在主盘转速300rpm下球磨20h，将经球磨后的粉体放入烧杯中，加入足量的12mol/L的盐酸，搅拌10h，静置10h，吸去上清液，保留沉淀，重新加入足量的12mol/L的盐酸，重复上述酸洗过程三次，固液分离后用等于或大于4mol/L的盐酸清洗，再经固液分离得到完全分散α氧化铝纳米颗粒。4.如权利要求2所述一种完全分散α氧化铝纳米颗粒的制备方法，其特征在于将硝酸铝(纯度≥99.0wt.％)在1150℃下煅烧2h，得到纯的α氧化铝微粉，将前述的球α氧化铝微粉10g...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建功，李璐，马骥，蒲三旭，曹文斌，火军明，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62