一种低温制备α型氧化铝超细粉体的方法与流程

本发明涉及一种低温制备α型氧化铝超细粉体的方法，属于化工材料制备领域。

背景技术：

α-氧化铝(α-Al₂O₃)具有高硬度、高强度、抗磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、表面积大、热膨胀系数小、抗热震性能好、介电损耗低等优异的特性，所以其在冶金、化工、催化、阻燃、隔音、绝缘、电子、精细陶瓷等方面具有特殊的用途，因此氧化铝超细粉体的制备具有重要的意义。目前常规方法按反应介质可以分为固相法、液相法、气相法。固相法是将金属铝或者铝盐直接研磨或者加热分解后，再经过煅烧处理，发生固相反应后直接得到氧化铝的一种方法。气相法是直接利用气体或者通过等离子体、激光蒸发、电子束加热、电弧加热等方式将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超细微粉。液相法是目前实验室和工业上广泛采用的制备超微粉的方法。它的基本原理是：选择一种合适的可溶性铝盐，按所制备的材料组成计量配置成溶液，使各元素呈离子态，再选择一种合适的沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等)，使金属离子均匀沉淀，最后将沉淀或结晶物脱水(或加热)得到超微粉体。固相法容易引入杂质，并且所制得的粉体粒径难以达到纳米级别；气相法由于装备庞大，设备昂贵等缺点限制了其使用；目前为止，对液相法来制备纳米氧化铝的研究比较多，所制得的粉体具有粒径小，分散性好等优点。

Xinghua Su等人(J.Mater.Sci.Technol,2011,11,1011-1015)以Al(NO₃)₃·9H₂O、NH₃H₂O、PEG-2000和K₂SO₄为原料，采用溶胶-凝胶法制得氧化铝前驱体，在900℃煅烧后制得单晶α-Al₂O₃，但是，该方法得到的α-Al₂O₃粉体粒径较大，约为直径为0.5-1.5μm的片状，且步骤复杂，所用原料较多，成本大，分散性不是很好。另外，K₂SO₄很难去除，使得氧化铝纯度大大降低。Xuelian Du等人(Appl.Phys.A,2014,116,1963-1969)以Al(NO₃)₃·9H₂O、NH₃H₂O、PEG-2000、NaCl和α-Al₂O₃晶种为原料，采用溶胶-凝胶法制得氧化铝前驱体，在1000℃煅烧后制得α-Al₂O₃，此法步骤繁杂，所用原料多，成本大，最后清洗除不净NaCl，导致氧化铝纯度降低。在上述两种方法中，α-Al₂O₃晶型转变温度有所降低，但是α-Al₂O₃粒径仍然较大，且氧化铝纯度都不是很好，掺杂了无机物。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种低温制备α型氧化铝超细粉体的方法。

本发明的技术方案是：一种低温制备α型氧化铝超细粉体的方法，采用如下步骤制备：

①在间苯二酚溶液中加入硝酸铝，搅拌均匀成混合溶液；

②在上述混合溶液中加入PVP，并在55-65℃的温度下搅拌反应；

③将步骤②所得溶液在80-90℃下干燥至溶剂完全蒸发，形成疏松的前驱体；

④将前驱体在空气中煅烧热处理，煅烧热处理完成后随炉冷却至室温，研磨后得到α-Al₂O₃粉体。

步骤①中，间苯二酚溶液的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L；硝酸铝在混合溶液中的浓度为0.1-0.2mol/L。

步骤②中，PVP在混合溶液中的浓度为0.02-0.05mol/L，搅拌反应时间为2-4h。

步骤③中，干燥时间为4-6h。

步骤④中，热处理的时间为2-3h，热处理温度为1000-1200℃，升温速率为5℃/min。

本方法与其它制备氧化铝的方法相比，具有如下有益效果：

①本发明首次使用间苯二酚为交联剂来合成氧化铝，未加入甲醛和催化剂；

②氧化铝晶型转变温度较低，为1000℃；

③本发明操作简单，所述周期短，重复性高，便于实现工业化生产；

④制备的粉体粒径小，小于200nm，分散性好；

⑤制备过程中未引入其他无机杂质，制得粉体纯度高。

附图说明

图1为本发明实施例1中α-Al₂O₃粉体的X射线衍射图。

图2为本发明实施例1中α-Al₂O₃粉体的扫描电子显微镜图片。

图3为本发明实施例1中α-Al₂O₃粉体的透射电子显微镜图片。

图4为本发明实施例2中α-Al₂O₃粉体的扫描电子显微镜图片。

图5为本发明实施例3中α-Al₂O₃粉体的X射线衍射图。

图6为本发明实施例3中α-Al₂O₃粉体的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

实施例1：α-Al₂O₃粉体的制备

称取1.1g间苯二酚，3.75g硝酸铝和0.555gPVP备用，将间苯二酚溶解于100ml的去离子水中，加入硝酸铝和PVP，不停的搅拌至完全溶解，将三口烧瓶置于55-65℃的水浴锅中继续搅拌反应4h，将所得溶液取出置于80℃的烘箱中干燥4h，除去溶剂，形成疏松的氧化铝前驱体。将干燥完全的氧化铝前驱体放于刚玉坩埚中并将刚玉坩埚放于KSL-1400X-A4型马弗炉中，升温速率设定为5℃/min。升温至1000℃，在该温度下保温2h，随后马弗炉开始降温，在1000℃至400℃的温度区间内，降温速率控制为10℃/min。温度降为400℃以下时，降温速率约为5℃/min。温度降为室温时，关闭马弗炉，取出产物。X射线衍射分析(图1)的结果表明，所制得的样品的衍射峰与α-Al₂O₃标准卡完全吻合，无其它杂峰。扫描电子显微镜(图2)和透射电子显微镜(图3)表明所制得到的α-Al₂O₃粉体粒径较小，<200nm，并且分散性较好，硬团聚不明显。

实施例2：α-Al₂O₃粉体的制备

称取2.2g间苯二酚，3.75g硝酸铝和0.555gPVP备用，将间苯二酚溶解于100ml的去离子水中，加入硝酸铝和PVP，不停的搅拌至完全溶解，将三口烧瓶置于55-65℃的水浴锅中继续搅拌反应4h，将所得溶液取出置于80℃的烘箱中干燥4h，除去溶剂，形成疏松的氧化铝前驱体。将干燥完全的氧化铝前驱体放于刚玉坩埚中并将刚玉坩埚放于KSL-1400X-A4型马弗炉中，升温速率设定为5℃/min。升温至1000℃，在该温度下保温2h，随后马弗炉开始降温，在1000℃至400℃的温度区间内，降温速率控制为10℃/min。温度降为400℃以下时，降温速率约为5℃/min。温度降为室温时，关闭马弗炉，取出产物。扫描电子显微镜(图4)表明所制得到的α-Al₂O₃粉体粒径较小，<200nm，并且分散性较好，硬团聚不明显。

改变实施例2中的反应温度，其他参数保持不变，当反应温度低于55℃时，交联反应慢，制备得到的α-Al₂O₃粒径不均匀，当反应温度高于65℃时，会造成溶剂的蒸发，反应过程中固体粉末析出，制备得到的α-Al₂O₃粒径较大，且不均匀。

实施例3：α-Al₂O₃粉体的制备

称取1.1g间苯二酚，3.75g硝酸铝和0.555gPVP备用，将间苯二酚溶解于100ml的去离子水中，加入硝酸铝和PVP，不停的搅拌至完全溶解，将三口烧瓶置于55-65℃ 的水浴锅中继续搅拌反应4h，将所得溶液取出置于80℃的烘箱中干燥4h，除去溶剂，形成疏松的氧化铝前驱体。将干燥完全的氧化铝前驱体放于刚玉坩埚中并将刚玉坩埚放于KSL-1400X-A4型马弗炉中，升温速率设定为5℃/min。升温至1100℃，在该温度下保温2h，随后马弗炉开始降温，在1100℃至600℃的温度区间内，降温速率控制为10℃/min。温度降为600℃以下时，降温速率约为5℃/min。温度降为室温时，关闭马弗炉，取出产物。X射线衍射分析(图5)的结果表明，所制得的样品的衍射峰与α-Al₂O₃标准卡完全吻合，无其它杂峰。扫描电子显微镜(图6)表明所制得到的α-Al₂O₃粉体粒径较小，<200nm，并且分散性较好，硬团聚不明显。