[发明专利]制备纳米结晶的α－Al2O3的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备纳米结晶的α-Al₂O₃，也称作刚玉的方法，其中首先将极细分散的结晶晶核，优选α-Al₂O₃晶核添加到作为原材料的以溶液形式的水合氯化铝中，然后使其进行热或热物理反应。

背景技术

超细氧化铝粉末特别用于陶瓷用途，用于有机或金属层的基质增强，用作填料，用作抛光粉，用于制备磨料，用作漆和层压制品中的添加剂，和用于其它特殊用途。通过化学合成、机械粉碎法或热物理途径实现超细氧化铝粉末的制备。

化学合成通常包括带有随后的煅烧的沉淀反应(氢氧化物沉淀、有机金属化合物的水解)。在此经常添加结晶晶核以降低向α-氧化铝的转化温度。由此获得的溶胶通过烦琐的方式干燥，并在此转化成凝胶。随后在350℃至650℃的温度下进行进一步煅烧。为了转化成α-Al₂O₃，然后必须在约1000℃的温度下退火。在DE 199 22 492中详细描述了该方法。

获得纳米材料的另一途径是气溶胶法。在此，所需分子由前体气体的化学反应或通过超饱和气体的迅速冷却获得。通过分子簇的碰撞或在平衡状态下存在的持续蒸发和冷凝实现粒子形成。新形成的粒子通过与产物分子(冷凝)和/或粒子(凝聚)进一步碰撞而生长。但是，如果凝聚速率高于新形成或生长速率，则形成球形初级粒子的附聚物。

火焰反应器是基于该原理的一种制备变化形式。在此，通过前体分子在1500℃-2500℃下的火焰中的分解形成纳米粒子。作为例子可以提及TiCl₄、SiCl₄和Si₂O(CH₃)₆在甲烷/O₂火焰中的氧化，其导致产生TiO₂和SiO₂粒子。使用AlCl₃时，迄今只能制备相应的矾土。火焰反应器如今在工业规模上用于亚微米粒子，例如炭黑、颜料TiO₂、二氧化硅(Kieselsure)和矾土的合成。迄今还不能由此方式制备纳米级刚玉。

也可以借助离心力、压缩空气、声、超声和其它方法，甚至由液滴形成小粒子。然后通过直接热解或通过与其它气体的原位反应，将液滴转化成粉末。可以提到的已知方法是喷雾干燥和冻干。在喷雾热解中，前体液滴被输送穿过高温场(火焰、炉子)，这导致易挥发组分的迅速蒸发或引发分解反应以产生所需产物。将所需粒子在过滤器中收集。在此作为例子，可以提到由乙酸钡和乳酸钛的水溶液制备BaTiO₃。

通过研磨，同样可以尝试粉碎刚玉并由此制备纳米级微晶。用搅拌式球磨机在湿法研磨中可以实现最佳研磨结果。在此必须使用由硬度高于刚玉的材料制成的研磨珠。但是，该方法以高的研磨珠磨损、研磨珠材料对产品的污染、巨大的时间消耗和极高的能量消耗为特征。

另一在低温下制备刚玉的途径是水合氯化铝的转化。为此目的，同样在其中添加优选由极细刚玉或赤铁矿构成的种晶。为了避免晶体生长，样品必须在大约700℃至最高900℃的温度下煅烧。煅烧持续时间在此为至少4小时。因此，该方法的缺点是大的时间消耗和氧化铝中的氯残留量。在Ber.(报告)DKG 74(1997)No.11/12，第719-722页中详细描述了该方法。

根据已知的现有技术的方法的缺点在于，由于长煅烧时间，每单位时间的收率低，或在研磨的情况下，产品被污染且仍然太粗。

发明内容

本发明的目的因此是采用一种方法制备纳米结晶的刚玉，该方法以最小能量供应在短时间内产生高收率。在此制成的产品应该可通过简单方式再分散并因此能够产生稳定的纳米悬浮液。

与目前已知的各位作者的陈述(Ber.DKG 74(1997)No.11/12；DE 199 22 492)不同，可以以水合氯化铝(羟基氯化铝)为原料实现该目的。

令人惊讶地发现，纳米结晶的刚玉可以在水合氯化铝的煅烧时在数分钟内就制成。

本发明提供制备纳米结晶的α-Al₂O₃的方法，其中将晶核加入水合氯化铝中，对其进行热处理，并将由此获得的附聚物粉碎。热处理的持续时间少于30分钟。