阅读说明：本技术 一种低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的制备方法 (preparation method of low-sodium regular hexagonal flaky alpha-alumina micro powder ) 是由 李冬云 申亚强 孙一鸣 徐扬 葛洪良 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的制备方法,该方法是以廉价的工业氢氧化铝为原料；首先将工业氢氧化铝、分散剂和去离子水混合配制成浆料；经过研磨、除钠、固液分离、一级水洗、固液分离、烘干、预烧结、二级水洗工艺,得到低钠氧化铝前驱体；然后加入形貌诱导剂,经搅拌混合、煅烧制得低钠正六边形片状α-氧化铝微粉。本发明方法制备的低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的氧化钠含量小于0.05％,α-Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>含量大于98％,颗粒形貌为正六边形,边长小于1.5μm,厚度小于0.5μm,可应用半导体材料、单晶蓝宝石、增强剂和防护层等领域。该制备方法具有原料来源广泛,设备和生产工艺简单,生产成本低,可实现工业化生产以及环境友好等特点。(the invention discloses a preparation method of low-sodium regular hexagonal flaky alpha-alumina micro powder, which takes cheap industrial aluminum hydroxide as a raw material; firstly, mixing industrial aluminum hydroxide, a dispersant and deionized water to prepare slurry; grinding, sodium removal, solid-liquid separation, primary washing, solid-liquid separation, drying, pre-sintering and secondary washing to obtain a low-sodium alumina precursor; then adding a morphology inducer, stirring, mixing and calcining to obtain the low-sodium regular hexagonal flaky alpha-alumina micro powder. The sodium oxide content of the low-sodium regular hexagonal flaky alpha-alumina micro powder prepared by the method is less than 0.05 percent, and the alpha-Al micro powder 2 O 3 The content is more than 98 percent, the particle appearance is regular hexagon, the side length is less than 1.5 mu m, the thickness is less than 0.5 mu m, and the method can be applied to the fields of semiconductor materials, single crystal sapphire, reinforcing agents, protective layers and the like. The preparation method has the characteristics of wide raw material source, simple equipment and production process, low production cost, realization of industrial production, environmental friendliness and the like.)

一种低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化铝粉体的制备方法，具体涉及一种低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的制备方法。

背景技术

低钠片状α-氧化铝不仅具有常规α-氧化铝的高硬度、高熔点、耐高温、耐腐蚀、导热性好等优异性能，此外其特殊的二维平面结构使其具有良好的附着力、显著的屏蔽效应和反射光线的能力等特殊性能，在高端汽车抛光、宝石加工和高精密微电子加工、化妆品、功能涂层和陶瓷增韧等领域应用潜力巨大。

目前片状氧化铝的制备方法主要有水热法、熔盐法、溶胶-凝胶法、机械法等。水热法制备的片状氧化铝具有形态均一的特点，但反应周期长，反应过程需要在封闭系统中进行，对设备要求高，过程复杂；熔盐法通常以硫酸铝为原料，使用硫酸钠盐为熔盐，在高温下煅烧实现粉体形貌控制，但某些熔盐有毒性，对人体和环境有害；机械法工艺过程简单，设备简单，成本低，但粉体纯度不高，形貌一致性差。溶胶-凝胶法制备出的粉体纯度高，颗粒均匀性好，但以昂贵的高纯铝、异丙醇铝或勃姆石为原料，通过水解缩聚、凝聚制备而成，存在原料昂贵、生产工艺复杂、生产成本高，产能小等缺点。

发明内容

本发明提供了一种低钠正六边形片状α-Al₂O₃微粉制备方法，解决了现有技术中生产成本高、生产工艺复杂、钠含量高、颗粒尺寸和形貌难控制等问题。

本发明采用以下技术方案实现：

一种低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的制备方法，以工业氢氧化铝为原料；首先将工业氢氧化铝、分散剂和去离子水混合配制成浆料；经过研磨、除钠、固液分离、一级水洗、固液分离、烘干、预烧结、二级水洗工艺，得到低钠氧化铝前驱体；然后加入形貌诱导剂，经搅拌混合、煅烧制得低钠正六边形片状α-氧化铝微粉。

上述技术方案中，进一步地，所述的工业氢氧化铝粉体的初始颗粒小于500μm，氧化钠含量为0.2～0.5wt％。

进一步地，所述的分散剂为聚乙二醇、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺中的一种或二种，分散剂的添加量为工业氢氧化铝的0.2～2wt％。

进一步地，所述的浆料中工业氢氧化铝的含量为10～30wt％。

进一步地，所述的研磨采用砂磨机进行研磨，研磨介质为氧化锆球或氧化铝球，介质球的直径是1～5μm，研磨时间为0.5～6h。

进一步地，除钠所用的除钠剂为盐酸、醋酸、硝酸或柠檬酸中的一种，除钠剂的添加量为调节浆料的pH值为4～7。

进一步地，所述的一级水洗和二级水洗采用去离子水的温度为50～100℃，水料比为5:1～20:1，水洗次数为2～4次；所述的固液分离为离心分离，离心速度为2000～10000转/min，离心时间为10～60min；所述的烘干采用烘箱或隧道炉烘干，烘干温度为110～150℃，烘干时间为8～24h。

进一步地，所述的预烧结温度为550～900℃，预烧结的时间为30～120min。

进一步地，所述的形貌诱导剂为氟化铝或氟化铵，其加入量为低钠氧化铝前驱体的1～2.4wt％；所述的搅拌混合为干法搅拌混合，采用干法机械搅拌、干法球磨或干法行星磨中的一种，搅拌混合时间为10～60min。

进一步地，所述的煅烧是在马弗炉中进行，烧结温度为900～1200℃，保温时间为30～120min，升温速度为5～20℃/min，冷却方式为随炉冷却至室温。

本发明方法所制备的低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的氧化钠含量小于0.05％，α-Al₂O₃含量大于98％，颗粒形貌为正六边形，边长小于1.5μm，厚度小于500nm。

本发明与现有的制备技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明克服了现有技术制备氧化铝微粉的成本高、效率低、纯度低、污染严重等缺点，提出了一种新的高纯正六边形片状氧化铝微粉制备方法，该方法使用高温烧结法制备氧化铝，通过增加预烧结与二级水洗工艺极大提高了产品的性能，所获得的低钠正六边形片状氧化铝具有晶型发育完善、形貌规则、纯度高以及应用广泛等优点。该工艺具有成本低、环境友好、可批量生产等特点。

(2)本发明所制备的低钠正六边形片状氧化铝微粉具有氧化钠含量低，α-氧化铝的含量高，形貌为正六边形片状，颗粒尺寸为微纳级等特点，在高端汽车抛光、宝石加工和高精密微电子加工、化妆品、功能涂层和陶瓷增韧等领域应用潜力巨大。

(3)本发明中预烧结过程可以使包裹在过渡相氧化铝晶格中的钠离子更多的暴露出来，进而使钠离子以及其他杂质元素在二级水洗中得以有较大程度的减少。通过多级除钠后的低钠氧化铝前驱体，加入形貌诱导剂，并在一定的温度下烧结就可以制得形貌良好的正六边形片状α-氧化铝。

附图说明

图1是实施例1制备的氧化铝的微观结构；

图2是实施例1制备的氧化铝的X射线衍射图谱；

图3是实施例2制备的氧化铝的微观结构；

图4是实施例2制备的氧化铝的X射线衍射图谱；

图5是实施例3制备的氧化铝的微观结构；

图6是实施例3制备的氧化铝的X射线衍射图谱；

图7是对比例1制备的氧化铝的微观结构；

图8是对比例1制备的氧化铝的X射线衍射图谱；

图9是对比例2制备的氧化铝的微观结构；

图10对比例2制备的氧化铝的X射线衍射图谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

一种低钠正六边形片状α-Al₂O₃微粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)将工业氢氧化铝、分散剂和去离子水混合搅拌配成固含量为10～30wt％的氢氧化铝浆料,在砂磨机中进行研磨，研磨介质为氧化锆球，球的直径是1～5μm，研磨时间为0.5～6h，获得细化的氧化铝前驱体浆料；

(2)将步骤(1)中制得的氧化铝前驱体浆料在70～100℃水浴中搅拌10～60min，搅拌的同时加入除钠剂调节浆料的pH值为4～7，获得非碱性的氧化铝前驱体浆料；

(3)将步骤(2)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机进行固液分离，获得固态氧化铝前驱体。离心速度为2000～10000转/min，离心时间为10～60min；

(4)将步骤(3)中制得的固态氧化铝前驱体经过2～4次一级水洗、固液分离获得氧化铝前驱体。水洗时所用的去离子水的温度为50～100℃，水料比为5:1～20:1。

(5)将步骤(4)中制得的氧化铝前驱体在110～150℃烘箱中干燥8～24h；

(6)将步骤(5)所得到的样品放入马弗炉中进行预烧结，预烧结的温度为550～900℃，保温时间为30～120min。预烧结后的微粉进行二级水洗，水洗工艺重复步骤(4)，水洗后烘干制得低钠氧化铝前驱体。

(7)将步骤(6)制得的低钠氧化铝前驱体中加入形貌诱导剂氟化铝或氟化铵均匀混合搅拌制得混合均匀的复合微粉；

(8)将步骤(7)中制得的复合微粉再放入马弗炉中高温煅烧，烧结的温度为900～1200℃，保温时间为30～120min，升温速度为5～20℃/min。随炉冷却至室温后，得到高纯正六边形片状氧化铝微粉。

实施例1

(1)称取6份氢氧化铝粉体(粉体初始颗粒尺寸为100μm、氧化钠含量为0.35wt％)、0.1份聚丙烯酰胺、34份去离子水，配成浓度为15wt％的氢氧化铝浆料后放入砂磨机中进行研磨获得细化氧化铝前躯体。研磨介质为氧化锆球，球的直径为2μm，研磨时间为2h；

(2)将步骤(1)中制得的氧化铝前驱体浆料在80℃水浴中搅拌30min，搅拌的同时加入盐酸调节浆料的pH值为4，获得非碱性的氧化铝前驱体浆料；

(3)将步骤(2)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机中进行固液分离，获得固态氧化铝前驱体。离心速度为5000转/min，离心时间为30min；

(4)将步骤(3)中制得的固态氧化铝前驱体经过3次一级水洗、固液分离获得低钠氧化铝前驱体。水洗时所用的去离子水的温度为80℃，水料体积比为5:1。

(5)将步骤(4)中制得的低钠氧化铝前驱体在110℃烘箱中干燥20h；

(6)将步骤(5)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体置于马弗炉中在700℃煅烧，保温60min。随后按步骤(4)中的水洗工艺进行2次二级水洗，烘干备用。

(7)将步骤(6)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体中加入1wt％的形貌诱导剂氟化铵，经0.5h机械搅拌制得混合均匀的复合微粉；

(8)将步骤(7)中制得的复合微粉置于箱式炉中在1200℃下煅烧60min制得低钠正六边形片状α氧化铝微粉。

实施例1所制备的低钠正六边形α氧化铝微粉的Na₂O含量为0.034％，α-Al₂O₃含量为99.5％，颗粒形貌为正六边形，边长约为1000nm，厚度约为300nm。微粉的扫描电子照片和X射线衍射图分别如图1和图2所示。

实施例2

(1)称取7份氢氧化铝粉体(粉体初始颗粒尺寸为80μm、氧化钠含量为0.30wt％)、0.21份三乙醇胺、33份去离子水，配成浓度为17.5wt％的氢氧化铝浆料后放入砂磨机中进行研磨获得细化氧化铝前躯体。研磨介质为氧化锆球，锆球的直径为1μm，研磨时间为3h；

(2)将(1)步骤中制得的氧化铝前驱体浆料在90℃水浴中搅拌30min，搅拌的同时加入硝酸调节浆料的pH值为5，获得非碱性的氧化铝前驱体浆料；

(3)将(2)步骤中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机中进行固液分离，获得固态氧化铝前驱体。离心速度为6000转/min，离心时间为30min；

(4)将步骤(3)中制得的固态氧化铝前驱体经过3次一级水洗、离心固液分离获得低钠氧化铝前驱体。水洗时所用的去离子水的温度为90℃，水料体积比为10:1。

(5)将步骤(4)中制得的低钠氧化铝前驱体在110℃烘箱中干燥24h；

(6)将步骤(5)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体置于马弗炉中在600℃煅烧，保温60min。随后按步骤(4)中的水洗工艺进行2次二级水洗，烘干备用。

(7)将步骤(6)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体中加入1.8wt％氟化铝形貌诱导剂氟化铝，经20min机械搅拌制得混合均匀的复合微粉；

(8)将步骤(7)中制得的复合微粉置于箱式炉中在1100℃下煅烧90min制得低钠正六边形α氧化铝微粉。

实施例2所制备的低钠正六边形α氧化铝微粉的Na₂O含量为0.028％，α-Al₂O₃含量为99.1％，颗粒形貌为正六边形，边长为约800nm，厚度约为250nm。微粉的扫描电子照片和X射线衍射图分别如图3和图4所示。

实施例3

(1)称取8份氢氧化铝粉体(粉体初始颗粒尺寸为120μm、氧化钠含量为0.27wt％)、0.15份三乙醇胺、32份去离子水，配成浓度为20wt％的氢氧化铝浆料后放入砂磨机中进行研磨获得细化氧化铝前躯体。研磨介质为氧化锆球，锆球的直径为3μm，研磨时间为5h；

(2)将步骤(1)中制得的氧化铝前驱体浆料在95℃水浴中搅拌50min，搅拌的同时加入柠檬酸调节浆料的pH值为6，获得非碱性的氧化铝前驱体浆料；

(3)将步骤(2)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机中进行固液分离，获得固态氧化铝前驱体。离心速度为7000转/min，离心时间为40min；

(4)将步骤(3)中制得的固态氧化铝前驱体经过2次一级水洗、固液分离获得低钠氧化铝前驱体。水洗时所用的去离子水的温度为95℃，水料体积比为20:1。

(5)将步骤(4)中制得的低钠氧化铝前驱体在150℃烘箱中干燥24h；

(6)将步骤(5)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体置于马弗炉中在700℃煅烧，保温45min。随后按步骤(4)中的水洗工艺进行2次二级水洗，烘干备用。

(7)将步骤(6)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体中加入2wt％形貌诱导剂氟化铵，经10min机械搅拌混合制得混合均匀的复合微粉；

(8)将步骤(7)中制得的复合微粉置于箱式炉中进行烧结获得低钠正六边形纳米氧化铝微粉。烧结温度为1050℃，保温时间为120min,升温速度为10℃/min，随炉冷却至室温。

实施例3所制备的低钠正六边形α氧化铝微粉的Na₂O含量为0.021％，α-Al₂O₃含量为98.5％，颗粒形貌为正六边形，边长为约500nm，厚度约为180nm。微粉的扫描电子照片和X射线衍射图分别如图5和图6所示。

对比例1：

(1)称取6份氢氧化铝粉体(粉体初始颗粒尺寸为100μm、氧化钠含量为0.35wt％)、0.1份聚丙烯酰胺、34份去离子水，配成浓度为15wt％的氢氧化铝浆料后放入砂磨机中进行研磨获得细化氧化铝前躯体。研磨介质为氧化锆球，球的直径为2μm，研磨时间为2h；

(2)将步骤(1)中制得的氧化铝前驱体浆料在80℃水浴中搅拌30min，搅拌的同时加入盐酸调节浆料的pH值为4，获得非碱性的氧化铝前驱体浆料；

(3)将步骤(2)中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机中进行固液分离，获得固态氧化铝前驱体。离心速度为5000转/min，离心时间为30min；

(4)将步骤(3)中制得的固态氧化铝前驱体经过3次一级水洗、固液分离获得低钠氧化铝前驱体。水洗时所用的去离子水的温度为80℃，水料体积比为5:1。

(5)将步骤(4)中制得的低钠氧化铝前驱体在110℃烘箱中干燥20h；

(6)将步骤(5)中制得的低钠氧化铝前驱体按步骤(4)中的水洗工艺进行2次二级水洗，烘干备用。

(7)将步骤(6)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体中加入1wt％的形貌诱导剂氟化铵，经0.5h机械搅拌制得混合均匀的复合微粉；

(8)将步骤(7)中制得的复合微粉置于箱式炉中在1200℃下煅烧60min制得低钠片状α氧化铝微粉。

对比例1所制备的低钠片状α氧化铝微粉的Na₂O含量为0.097％，α-Al₂O₃含量为94.5％，颗粒形貌为无规则片状氧化铝，边长约为1000nm，厚度约为500nm。微粉的扫描电子照片和X射线衍射图分别如图7和图8所示。

对比例2

(1)称取7份氢氧化铝粉体(粉体初始颗粒尺寸为80μm、氧化钠含量为0.30wt％)、0.21份三乙醇胺、33份去离子水，配成浓度为17.5wt％的氢氧化铝浆料后放入砂磨机中进行研磨获得细化氧化铝前躯体。研磨介质为氧化锆球，锆球的直径为1μm，研磨时间为3h；

(2)将(1)步骤中制得的氧化铝前驱体浆料在90℃水浴中搅拌30min，搅拌的同时加入硝酸调节浆料的pH值为5，获得非碱性的氧化铝前驱体浆料；

(3)将(2)步骤中制得的氧化铝前驱体浆料采用高速离心机中进行固液分离，获得固态氧化铝前驱体。离心速度为6000转/min，离心时间为30min；

(4)将步骤(3)中制得的固态氧化铝前驱体经过3次水洗、离心固液分离获得低钠氧化铝前驱体。水洗时所用的去离子水的温度为90℃，水料体积比为10:1。

(5)将步骤(4)中制得的低钠氧化铝前驱体在110℃烘箱中干燥24h；

(6)将步骤(5)中制得的干燥的低钠氧化铝前驱体置于马弗炉中在600℃煅烧，保温60min。

(7)将步骤(6)中制得的低钠氧化铝前驱体中加入1.8wt％氟化铝形貌诱导剂氟化铝，经20min机械搅拌制得混合均匀的复合微粉；

(8)将步骤(7)中制得的复合微粉置于箱式炉中在1100℃下煅烧90min制得低钠片状α氧化铝微粉。

对比例2所制备的低钠片状α氧化铝微粉的Na₂O含量为0.11％，α-Al₂O₃含量为91.0％，颗粒形貌为无规则片状氧化铝，边长为约1500nm，厚度约为300nm。微粉的扫描电子照片和X射线衍射图分别如图9和图10所示。