一种针状α-Al2O3纳米粉体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种制备针状α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米粉体的方法。本发明专利技术利用在制备的针状水热产物表面包覆铝的有机盐，使得针状前驱物的形貌在煅烧过程中得以保持，得到了针状的α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米粒子，通过对实验参数的调节，还可以对针状α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粒子的长径比进行调节。由于包覆层煅烧后不残留杂质，因而本方法适合生产高纯针状α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米粉体，产品性能适应了一些对氧化铝纯度要求高的领域。

【技术实现步骤摘要】
一种针状α-Al2O3纳米粉体的制备方法专利
本专利技术涉及一种制备针状α-Al2O3纳米粉体的方法，更确切的说，本专利技术涉及一种通过制备形貌为针状的氧化铝前驱物，然后在热分解过程中保持前驱物形貌的方法来制备针状的α-Al2O3纳米粉体。技术背景针状α-Al2O3粉体是一种重要的陶瓷粉体，可用于生产高技术电子材料、陶瓷基晶须增强复合材料、金属基晶须增强复合材料、聚合物基晶须增强复合材料。该产品在电子、高强材料及军用材料等方面有着广阔的应用市场和巨大的发展潜力，其生产可以创造巨大的社会经济价值。目前我国使用的该类产品主要是从日本、德国等国家进口，因此生产这一产品具有广阔的市场和可观的经济效益。由于α-Al2O3的相转变温度相当高，传统的α-Al2O3生产工艺通常是将氧化铝的前驱物在1200℃以上的高温煅烧完成α相变，在这么高的温度下，粉体很容易产生烧结，使原本超细的粒子严重粗化，而且低温下的形状发生变化。因此对α-Al2O3粒子形貌的控制以及粒子的超细化，一直是一个难题。目前商品化的氧化铝纤维的制备通常是以氧化铝粉末为主要原料，同时加入分散剂、流变助剂等，分散于水中或有机溶剂中，制成可纺浆料，再经纺丝或挤出成纤、干燥、煅烧，得到氧化铝纤维。这样制备的氧化铝纤维直径一般在十几个微米，不能达到纳米尺寸，而且一般含有氧化硅，因而限制了它在高性能陶瓷中的应用。近年来人们尝试了很多方法试图得到不同形貌的纳米α-Al2O3粉体，溶剂热技术是由液相直接合成粉体，避免了高温煅烧过程，因而在粒子的形貌控制方面-->具有优势。James H.Adair等采用1，4-丁二醇作为溶剂，将生成的氢氧化铝沉淀在300℃的高温下进行长时间处理，得到了不同形貌的α-Al2O3粉体。但是，这种方法制得的α-Al2O3形貌为板状及多棱柱体，不能得到针状粒子，另外溶剂热所需的温度较高，时间也比较长，且得到的粉体粒径大于一个微米。表面包覆也是一种形貌控制的方法，美国专利5,286,687报道通过在针状的氧化铝前驱物颗粒上包覆含硅物质，使其在1300℃煅烧转化为α相后形状未发生大的变化，从而得到类圆柱状的α-Al2O3纤维。这种方法得到的α-Al2O3纤维直径在40-50纳米。但由于经包覆处理后得到的α-Al2O3颗粒表面含有硅元素，一般只能作为磨料来使用，不能作为陶瓷材料应用于一些需要高纯度氧化铝的领域，例如高技术电子材料等，因而限制了它的使用。专利技术目的为了克服现有技术中的上述问题并得到纳米级的针状α-Al2O3粉体，在对现有技术进行分析研究的基础上，本专利技术提出了一种适合生产高纯针状α-Al2O3纳米粒子的方法，该方法通过对针状的前驱物表面包覆铝的有机盐，使得针状前驱物的形貌在煅烧过程中得以保持，且表面包覆的有机铝盐和前驱物都转化为α-Al2O3，从而得到了纯粹的针状的α-Al2O3纳米颗粒。与包覆有机硅得到的α-Al2O3纤维相比，由于颗粒不含杂质，因而使产品的应用范围不受限制，适应了一些对氧化铝纯度要求高的领域。通过对实验参数的调节，还可以对得到的针状α-Al2O3颗粒长径比进行调节。附图说明图1为按照实例1制备的薄铝石的X射线衍射光谱图；图2为按照实例1制备的α-Al2O3的X射线衍射光谱图；-->图3为按照实例1制备的薄铝石的透射电镜照片；图4为按照实例1制备的α-Al2O3的透射电镜照片。图5为按照实例2制备的α-Al2O3的透射电镜照片专利技术详述本专利技术的目的是提供一种针状α-Al2O3纳米粉体的制备方法，它是一种比现有工艺更具有优势，制备的粉体粒径更细小的合成途径。现将过程中的工艺参数和工艺过程评述如下：1、沉淀过程中原料及浓度的选择：铝盐可以选择氯化铝、硫酸铝或硝酸铝，优先选择硫酸铝。这是因为硫酸铝与氨水反应生成的沉淀，在水热条件下更容易生成针状的薄铝石产物，条件温和。硫酸铝的浓度对产物的性能影响不大，考虑反应速度和沉淀均匀性，使用的硫酸铝浓度为0.01mol/l-5mol/l，优选0.05-0.5mol/l。2、沉淀的洗涤：为了消除阴离子对最终产品纯度的影响，沉淀要用去离子水洗涤3-5遍。3、水热反应的条件：水热反应的条件对产物的形貌影响很大，不同的条件得到的产物长径比不同。水热处理的料浆中铝离子浓度为0.01mol/l-5mol/l，优选0.1-1mol/l，pH为3-9，pH越低，得到的产物长径比越大，反之则越小。水热反应是一个脱水的过程，温度越高，相应的脱水时间也就越短，水热处理的温度为150-250℃。水热处理的时间据温度而定，一般为1-10小时。4、水热产物的洗涤及表面包覆：在对水热产物进行包覆之前，要对其进行醇洗。这是由于异丙醇铝遇水会水解，造成包覆层失效；同时在干燥过程中水分也会造成硬团聚体的形成，影响粉体的煅烧效果。水热产物经过醇洗后分散到异-->丙醇铝的乙醇溶液中，室温干燥后水热产物表面包覆上一层含铝的有机膜。包覆量对最终产物的形貌影响很大，包覆量太小，达不到保持形貌的效果；包覆量过大，一方面会使颗粒的粒径增加，另一方面也会增加成本。包覆量为5-30％。5、粉体的煅烧：由上述步骤得到的氧化铝前驱物在高于1100℃的温度下煅烧就会转化成α-Al2O3，温度越高，转化所需时间越短，但粉体越容易烧结；温度越低，转化所需的时间越长。煅烧时间一般为0.5-4小时。本专利技术下面将通过参考实施例进行更详细的描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。实施例1：用去离子水配置0.1mol/l的硫酸铝溶液，然后将1∶2的氨水滴加到Al2(SO4)3水溶液中生成沉淀，直至pH＝9。离心分离后，用去离子水洗涤沉淀，除去硫酸根和铵根离子。将得到的新鲜沉淀置于高压釜中，加入适量去离子水使其铝离子浓度为0.6mol/l，在200℃下水热处理6小时，最后得到的水热产物为针状的γ-AlOOH。浆料出釜后经离心分离得到固体产物，用去离子水洗涤3遍后再用无水乙醇洗涤3遍，然后分散到异丙醇铝的乙醇溶液中，使其理论包覆量为15％，室温蒸干。将干燥后得到的产物研磨后，放入坩埚中于1200℃煅烧1小时，最终得到针状的粉体产物。实施例2：用去离子水配置0.2mol/l的硫酸铝溶液，然后将1∶2的氨水滴加到Al2(SO4)3溶液中生成沉淀。沉淀经洗涤后置于高压釜中，加入适量去离子水使其浓度为0.4mol/l，在200℃、pH＝8下水热处理3小时，最后得到针状产物。浆料出釜后经离心、醇洗，然后分散到异丙醇铝的乙醇溶液中，使其理论包覆量为20％，室-->温干燥。将干燥后得到的产物研磨后，放入坩埚中于1200℃煅烧1小时，最终得到短棒状的α-Al2O3粉体产物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针状α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米粉体的制备方法，该方法包括如下步骤：（１）沉淀反应：采用液相中铝盐和碱性物质反应得到白色沉淀，反应过程中溶液必须连续搅拌；（２）离心洗涤：离心并用去离子水洗涤步骤１）所得沉淀产物；　 　（３）水热处理：将步骤２）所得沉淀放入高压釜中进行水热处理，得到针状的薄铝石产物；（４）洗涤包覆：将步骤３）所得产物离心并用无水乙醇洗涤脱水，然后加入含有某种有机铝盐的乙醇溶液，并将溶液自然干燥；（５）高温煅烧：将步骤４） 所得前驱体在１１００－１４００℃的温度下煅烧０．５－４小时。

【技术特征摘要】
1、一种针状α-Al2O3纳米粉体的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)沉淀反应：采用液相中铝盐和碱性物质反应得到白色沉淀，反应过程中溶液必须连续搅拌；(2)离心洗涤：离心并用去离子水洗涤步骤1)所得沉淀产物；(3)水热处理：将步骤2)所得沉淀放入高压釜中进行水热处理，得到针状的薄铝石产物；(4)洗涤包覆：将步骤3)所得产物离心并用无水乙醇洗涤脱水，然后加入含有某种有机铝盐的乙醇溶液，并将溶液自然干燥；(5)高温煅烧：将步骤4)所得前驱体在1100-1400℃的温度下煅烧0.5-4小时。2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的铝盐为氯化铝、硫酸铝或硝酸铝，碱性物质为氨水。3、根据权利要求1所述的制备方法，其中步骤1)中使用的铝盐浓度为0.01mol/l-5mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏，袁方利，黎少华，李晋林，黄淑兰，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]