专利名称：板状氧化铝颗粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种板状氧化铝(Al2O3)颗粒的制备方法，更确切地说涉及一种板状Al2O3颗粒的制备及其尺寸控制的方法，属于精细化工领域。
背景技术：
板状Al2O3颗粒是一种重要的工业原料。在复相陶瓷中板状Al2O3作为一种增韧剂可以大幅度提高瓷体中裂纹偏转和桥联效果，改善材料的韧性。利用板状Al2O3的高导热性，在塑料电子封装材料中引入板状Al2O3可以大幅度提高塑料的热导率，改善电子器件的散热效果。另外，板状Al2O3颗粒还是通过模板诱导晶粒生长法制备织构化Al2O3陶瓷不可或缺的模板颗粒。最近研究表明，某些织构化Al2O3陶瓷的综合力学性能远高于普通Al2O3陶瓷，其强度可以达到800MPa左右，而其韧性达10-11MPa·m1/2。目前关于板状Al2O3颗粒的制备方法主要有AlF辅助气相传质Al2O3板状颗粒生长法和以铝无机盐为原料的熔盐法等[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]。但从现有报导来看，所得板状Al2O3颗粒的尺寸普遍比较粗大(5～33μm)，不但不均匀，且团聚现象往往比较严重。这不利于材料的后续应用。另外，目前尚没有一种可行的方法对所得板状Al2O3颗粒尺寸进行精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板状Al2O3颗粒的制备方法，以克服当今板状Al2O3颗粒的制备中存在的上述问题。
本发明目的的实施是以分解的铝盐为原料通过熔盐法制备了尺寸大小均匀且近似呈单分散状态分布的板状Al2O3颗粒，并通过控制制备过程中板状Al2O3晶种的添加量实现了对最终产物中Al2O3板状颗粒尺寸的精确控制。这对板状Al2O3粉体的生产和应用具有重要的意义。
具体地说，首先将铝盐于适当温度下煅烧使之部分热分解，以部分分解的铝盐为Al2O3前驱体，然后与适当量的熔盐介质(和晶种)混合。经干燥后，在高温下煅烧。水洗去除熔盐介质，即可得到板状Al2O3颗粒。主要工艺参数如下1.所用的铝盐是在高温下可分解为Al2O3的铝的硫酸盐或硝酸盐，如为Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3中的一种，所谓部分热分解温度是指铝盐在加温坩埚中开始分解的温度2.作为熔盐介质使用的无机盐为Na2SO4、K2SO4、NaCl和KCl中的一种或几种的混合盐；加入量是铝盐完全分解为Al2O3后，反应体系中Al2O3与熔盐介质的体积比为1∶5-1∶10之间。
3.板状Al2O3晶种的添加量为铝盐完全分解为Al2O3后反应体系中Al2O3总量的5-40wt％。
4.熔盐体系煅烧温度为1100-1300℃，反应时间为1-3小时。
本发明的突出优点是以部分分解的铝盐作为Al2O3来源所制得的板状Al2O3颗粒细小均匀，且几乎无团聚，颗粒尺寸介于亚微米到几个微米之间。再通过加入板状Al2O3晶种可以精确控制最终产物中板状Al2O3颗粒的尺寸。材料制备工艺简单，适合于工业化批量生产。(详见实施例3)
图1和2分别为实施例1和2中所制备板状Al2O3颗粒的扫描电镜照片。
图3为实施例3中添加(A)5wt％，(B)20.7wt％和(C)37wt％板状Al2O3晶种时所得Al2O3颗粒的扫描电镜照片。
图4为实施例3中板状Al2O3颗粒大小与板状Al2O3晶种添加量的关系曲线，其中实线为根据Oswald生长机理计算的理论曲线，而散点为具体实验结果。
具体实施例方式
下面结合实施例描述的进一步说明本发明的创新点而决非限制本说明。
实施例1首先，将Al2(SO4)3置于Al2O3坩埚中，盖上坩埚盖，然后于900℃煅烧3小时使之部分分解为Al2O3。其次，将部分分解的Al2(SO4)3与适量的Na2SO4通过球磨混合，混合粉体的原料配比为使Al2(SO4)3完全分解后生成的Al2O3与Na2SO4熔盐介质的体积比为1∶6。上述混合粉体经80℃干燥后置于敞口Al2O3坩埚中1100℃煅烧1小时。反应产物经多次水洗后去除掉Na2SO4，图1为所得六方板状Al2O3颗粒的扫描电镜照片。Al2O3颗粒为几乎单分散的六方板状颗粒，且尺寸均匀(1±0.1μm)。
实施例2首先，将Al2(SO4)3置于Al2O3坩埚中，盖上坩埚盖，然后于900℃煅烧3小时使之部分分解为Al2O3。其次，将部分分解的Al2(SO4)3与适量的Na2SO4通过球磨混合，混合粉体的原料配比为使Al2(SO4)3完全分解后生成的Al2O3与Na2SO4熔盐介质的体积比为1∶8。上述混合粉体经80℃干燥后置于敞口Al2O3坩埚中1200℃煅烧2小时。反应产物经多次水洗后去除掉Na2SO4，图2为所得六方板状Al2O3颗粒的扫描电镜照片。Al2O3颗粒同样为几乎单分散的六方板状颗粒，平均粒径为960±120nm。
实施例3实施例3与实施例2的工艺过程几乎完全相同，所不同的是在原料粉体球磨混合过程中加入5-40wt％粒径为1μm的六方板状Al2O3颗粒作为晶种。图3(A)、(B)和(C)分别为晶种添加量为5、20.7和37wt％时所得板状Al2O3颗粒的扫描电镜照片。各试样中Al2O3颗粒均为近似六方板状颗粒，其平均粒径随晶种的含量而变化。进一步研究发现，在添加板状Al2O3晶种的情况下，粉体中Al2O3颗粒是以板状晶种为模板，按照Oswald生长机理生长；由此导致最终粉体中板状Al2O3颗粒尺寸与晶种的尺寸和含量应有如下关系，即Df=DsWs3,]]>其中Df和Ds分别为最终粉体中和晶种中板状Al2O3的颗粒尺寸，Ws为晶种的重量百分比含量。图4为实施例3中Al2O3板状颗粒尺寸与晶种含量的关系曲线，其中散点为具体实验结果，而曲线为按照上述公式计算的理论结果。可以发现二者具有很好的吻合性。因此，根据上述公式，可以通过改变晶种的含量实现对最终粉体中Al2O3板状颗粒尺寸的精确控制。
权利要求
1.一种板状Al2O3颗粒的制备方法，其特征在于首先将铝盐煅烧使之部分热分解，以部分分解的铝盐为Al2O3前驱体，然后与熔盐介质球磨混合；经干燥后，在高温下煅烧，水洗去除熔盐介质，得到板状Al2O3颗粒；①所述的铝盐为在高温下可分解为Al2O3的铝的硫酸盐或硝酸盐；②作为熔盐介质使用的无机盐为Na2SO4、K2SO4、NaCl和KCl中的一种或几种的混合盐；加入量是铝盐完全分解为Al2O3后，反应体系中Al2O3与熔盐介质的体积比为1∶5-1∶10之间；③最后煅烧温度为1100～1300℃。
2.按权利要求1所述的板状Al2O3颗粒的制备方法，其特征在于所述的铝盐为Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3中的任意一种。
3.按权利要求1所述的板状Al2O3颗粒的方法，其特征在于Al2O3部分分解的铝盐与熔盐介质混和干燥后煅烧反应时间为1-3小时。
4.按权利要求1所述的板状Al2O3颗粒的方法，其特征在于制备的板状Al2O3尺寸介于亚微米和几个微米之间。
5.一种板状Al2O3颗粒的方法，其特征在于首先将铝盐煅烧使之部分热分解，以部分分解的铝盐为Al2O3前驱体，然后与熔盐介质和晶种球磨混合；经干燥后，在高温下煅烧，水洗去除熔盐介质，即可得到板状Al2O3颗粒；主要工艺参数如下①所用的铝盐为Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3等在高温下可分解为Al2O3的盐类；②作为熔盐介质使用的无机盐为Na2SO4、K2SO4、NaCl和KCl中的一种或几种的混合盐；加入量是铝盐完全分解为Al2O3后，反应体系中Al2O3与熔盐介质的体积比为1∶5-1∶10之间；③所述的晶种为板状Al2O3晶种，添加量为铝盐完全分解为Al2O3后反应体系中Al2O3总量的5-40wt％；④最后煅烧温度为1100-1300℃。
6.按权利要求5所述的板状Al2O3颗粒的制备方法，其特征在于所述的铝盐为Al2(SO4)3、NH4Al(SO4)2和Al(NO3)3中的任意一种。
7.按权利要求5所述的板状Al2O3颗粒的方法，其特征在于Al2O3部分分解的铝盐与熔盐介质混和干燥后煅烧反应时间为1-3小时。
8.按权利要求5至7中任意一项权利要求所述的板状氧化铝的制备方法，其特征在于最终制备的板状氧化铝颗粒是以板状晶种为模板，最终粉体中板状Al2O3颗粒尺寸与晶种的尺寸和含量的关系式为Df=DsWs3,]]>式中Df和Ds分别为最终粉体中和晶种中板状Al2O3的颗粒尺寸，Ws为晶种的重量百分含量。
9.按权利要求5所述的板状Al2O3颗粒的方法，其特征在于制备的板状Al2O3尺寸介于亚微米和几个微米之间。
全文摘要
本发明涉及一种通过熔盐法制备板状Al
文档编号C01F7/32GK1800024SQ20061002332
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者高濂, 靳喜海 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所