一种氧化铍的制备方法与流程

本发明涉及纳米颗粒，尤其涉及一种氧化铍的制备方法。

背景技术：

1、氧化铍(beo)具有高熔点、高强度、低介电常数以及良好的封装工艺适应性等特点，是在大功率集成电路、半导体器件、大功率微波真空器件及核反应堆中高导热元部件制备的主流陶瓷材料，因而在核技术、微电子、真空电子技术、微波技术与光电子技术领域有广泛的用途。虽然beo陶瓷广泛应用于许多领域，但因beo熔点高达(2570±20)℃，采用普通粉体制备beo陶瓷时，其烧结温度很高，所以较难获得高纯高致密、性能优异的beo陶瓷材料。已有研究发现，采用纳米粉体制备陶瓷材料，不仅能降低烧结温度，而且还有利于提高陶瓷材料的性能。因此，纳米beo的研究与制备是非常有必要且有应用前景的。

2、目前，纳米beo的制备方法包括微乳法、凝胶法等，但同时也具有过程复杂、多种助剂以及大量有机溶剂的使用、前驱体(如硫酸铍，氢氧化铍)分解温度高等缺点，而且纳米beo颗粒的粒径仍有降低的空间。工业上较常用的方法为先由绿柱石抽提出氢氧化铍，再经热分解制得，或由工业氢氧化铍溶于硫酸生成硫酸铍溶液，再经过滤、沉淀、焙烧而得到氧化铍粉末，最后通过纳米研磨机将氧化铍粉末研磨到纳米级。

3、cn114671444 a公开一种离子液体碳包覆法制备氧化铍的工艺，通过离子液体的静电作用，空间稳定作用相结合，实现对氧化铍颗粒大小的调控，得到了粒径小的氧化铍纳米颗粒。但是离子液体粘度较大，包覆层厚度均匀性不易控制，需要经过调整分步搅拌工艺以及分步焙烧工艺来实现均匀化包覆工艺，工艺复杂而且离子液体用量较多，成本较高，不适合产业化。

4、综上所述，开发一种制备粒径均匀的氧化铍的可规模化生产的方法至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氧化铍及其制备方法，所述方法制备的氧化铍粒径均匀，进一步减少团聚，并能减少离子液体的使用量，简化生产工艺流程。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种氧化铍的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、(1)预混合：将铍盐与低共熔溶剂混合，得到混合物a；

5、(2)离子液体包覆：将步骤(1)混合物a与离子液体混合，得到混合物b；

6、(3)碳化：将步骤(2)所得混合物b进行碳化；

7、(4)焙烧：将步骤(3)所得碳化产物进行焙烧，得到氧化铍。

8、步骤(1)中，所述铍盐包括硫酸铍，硝酸铍。

9、低共熔溶剂与铍盐的质量比为(0.5-2)：1，优选1：1；低共熔溶剂既可以作为溶剂，又可以作为稳定剂，利于后续均匀碳化。此范围内可以保证低共熔溶剂与铍盐混合溶解以及实现“预包覆”。

10、所述低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体，所述氢键受体选自氯化胆碱、甜菜碱、l-赖氨酸或l-精氨酸；所述氢键供体选自选自丙三醇或乙二醇。

11、优选地，所述低共熔溶剂为氨基酸类低共熔溶剂，即氢键受体选自l-赖氨酸或l-精氨酸。

12、氢键受体：氢键供体摩尔比为1:(3-5)。

13、优选地，步骤(1)所述混合是指，30-80℃下搅拌1-2h。

14、本发明中，步骤(1)中的低共熔溶剂与铍盐形成预混合，由于低共熔溶剂具有良好的溶解性，粘度较低，铍盐溶解分散性好，尤其是含有氨基和羧基的赖氨酸和精氨酸，利于调整体系ph值，因此预混合过程更加稳定和均匀，避免焙烧过程出现颗粒聚集，粒径分布窄。

15、进一步地，本发明通过低共熔溶剂的预混合，可以“拉近”铍盐与最外层离子液体包覆的作用，提高了铍盐、低共熔溶剂以及离子液体三者之间的相互作用力，从而使离子液体包覆得更加紧密，减小氧化铍的粒径范围。

16、步骤(2)中所述离子液体与铍盐的摩尔比为(0.5-1):1，在此范围内可以保证离子液体的充分包覆。

17、步骤(2)所述混合是指，惰性气氛下，30-80℃搅拌1-2h。

18、由于本发明采用低共熔溶剂混合进而形成“预包覆”，再进行离子液体二次包覆，仅使用少量离子液体即可形成有效包覆，大大降低了离子液体的使用量，不需要复杂的分步搅拌、分步焙烧工艺，简化工艺流程。

19、步骤(2)中，混合物a与离子液体混合后，还可包括旋蒸步骤，进行溶剂浓缩。

20、步骤(3)中，所述离子液体溶液的摩尔浓度为0.1-1.0mol/l，优选0.1-0.2mol/l；溶剂为水。

21、优选地，所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体，优选咪唑类离子液体，选自1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种。

22、步骤(3)中，优选地，所述碳化在惰性气氛中进行。

23、优选地，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气。

24、优选地，所述碳化的温度为400-550℃。

25、优选地，所述碳化的升温速率为5-10℃/min。

26、优选地，升温至所述碳化的温度后，保持2-4h，完成碳化。

27、优选地，所述碳化后还包括冷却至10-40℃，例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃等，得到包覆有双碳层的铍盐。

28、步骤(4)中，所述焙烧的温度为450-700℃，焙烧时间为1-4h，得到氧化铍。

29、优选地，所述焙烧的升温速率为5-15℃/min，例如6℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、14℃/min等。

30、第二方面，本发明提供一种氧化铍，所述氧化铍由第一方面所述的方法制备。

31、优选地，所述氧化铍的平均粒径小于15nm，优选小于10nm。

32、本发明具有以下有益效果：

33、(1)本发明通过低共熔溶剂的预混合，可以“拉近”铍盐与最外层离子液体包覆的作用，提高了铍盐、低共熔溶剂以及离子液体三者之间的相互作用力，从而使离子液体包覆得更加紧密，减小氧化铍的粒径范围。

34、(2)本发明通过氨基酸类低共熔溶剂与铍盐形成预混合，利于调整体系ph值，因此“预包覆”过程更加稳定和均匀，避免焙烧过程出现颗粒聚集。

35、(3)本发明采用低共熔溶剂预混合，再进行离子液体包覆，大大降低了离子液体的使用量，不需要复杂的分步搅拌、分段焙烧工艺，即可得到粒径均匀的氧化铍产品，简化工艺，利于产业化生产。

技术特征：

1.一种氧化铍的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铍盐包括硫酸铍、硝酸铍；低共熔溶剂与铍盐的质量比为(0.5-2)：1；所述混合是指，30-80℃下搅拌1-2h。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体；所述氢键受体选自氯化胆碱、甜菜碱、l-赖氨酸或l-精氨酸；所述氢键供体选自丙三醇或乙二醇。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述低共熔溶剂氢键受体选自l-赖氨酸或l-精氨酸；氢键受体：氢键供体摩尔比为1:(3-5)。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述离子液体与铍盐的摩尔比为(0.5-1):1；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳化在惰性气氛中进行；所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气；所述碳化的温度为400-550℃，碳化时间保持2-4h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述焙烧的温度为450-700℃，焙烧时间为1-4h；

9.根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的氧化铍，其特征在于，所述氧化铍平均粒径小于15nm。

技术总结
本发明涉及一种氧化铍的制备方法，包括如下步骤：(1)预混合：将铍盐与低共熔溶剂混合，得到混合物A；(2)离子液体包覆：将步骤(1)混合物A与离子液体混合，得到混合物B；(3)碳化：将步骤(2)所得混合物B进行碳化；(4)焙烧：将步骤(3)碳化产物进行焙烧，得到氧化铍。本发明通过低共熔溶剂的预包覆，可以“拉近”铍盐与最外层离子液体包覆的作用，提高了铍盐、低共熔溶剂以及离子液体三者之间的相互作用力，从而使离子液体包覆得更加紧密，减小氧化铍的粒径范围。

技术研发人员：徐小峰,秦明升,程龙,姜朋飞
受保护的技术使用者：上海太洋科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13