[发明专利]纳米级α-三氧化二铝颗粒的制备方法

说明书

本发明属于金属铝的氧化物的制备技木，涉及纳米级α—Al₂O₃颗粒的制备方法。

超细α—Al₂O₃颗粒是生产电子工业上集成电路基片，透明陶瓷灯管，荧光粉，录音(相)磁带，激光材料和高性能结构陶瓷的重要化工原料。α—Al₂O₃颗粒大小直接影响上述产品质量。按一般规律，颗粒尺度越小，更有利于制备各种高性能指标的产品，因此，人们非常重视对超细α—Al₂O₃颗粒制备的研究。目前只有制备亚微米级超细α—Al₂O₃颗粒的专利或报导，而纳米级超细α—Al₂O₃颗粒制备报导甚少。

一般来讲，人们把颗粒直径为0.05～1.00μm之间颗粒称为亚微米级超细颗粒，而把直径小于50nm颗粒称为纳米级超细(简称纳米级)颗粒。

商业生产亚微米级α—Al₂O₃颗粒主要技术有硫酸铝铵热解法，铝醇化物水解焙烧法，改良拜耳法，无机聚合物型溶胶凝胶法等。其中前三者较为常用。法国专利2436058报导了目前最新硫酸铝铵热解法工艺，其制备过程为将直径约为1mm的硫酸铝晶粒置于锥体旋转式钢珐琅胎脱水炉中，加热脱水后的产物放入圆形炉中灼烧，在1250℃左右温度下使之形成α—Al₂O₃颗粒，其尺度约为0.1～0.5μ。但硫酸铝铵转变成Al₂O₃过程中会出现热溶解现象，脱水体积膨胀不能获高产，和热分解中产生污染环境的SO₂气体等问题。为了解决上述方法存在问题，人们提出置换SO₄²根而形成另一种铝盐，即碳酸铝铵法。此法是将一定量的碳酸氢铵溶液加入到硫酸铝铵水溶液中，两者之间立即产生反应，形成NH₄AlO(OH)HCO₃和少量Al(OH)₃沉淀物，将沉淀物通过数次水洗后，去掉残余SO₄²根后，进行干燥和1200℃焙烧成α—Al₂O₃颗粒，其尺度约为0.2～1.0μm之间。但此方法的最终α—Al₂O₃性能指标与合成工艺参数(温度，浓度，pH值等)以及沉淀物干燥方式(喷雾干燥，加表面活性剂直接干燥、冷冻干燥)之间存在着密切关系，因此此方法控制不易，涉及到大量的去离子水和众多设备。铝醇化物水解焙烧法是将异丙醇铝或仲丁醇铝的醇溶液中加入水后产生水解，通过控制其水解产物的缩聚过程，来达到控制聚合产物Al₂O₃·3H₂O颖粒大小，将Al₂O₃·3H₂O颗粒通过1200～1350℃焙烧后形成α—Al₂O₃颖粒尺度为20nm～10000nm之间。此方法虽然能制备出纳米级超细α—Al₂O₃颗粒，但此方法化学反应控制要求很严，另外，此方法需要价格昂贵且不易保存的铝醇化物。

上述介绍制备α—Al₂O₃颗粒方法主要是用来制备亚微米级。但目前对由纳米颗粒制备出的纳米陶瓷研究表明，一般纳米陶瓷与微米级陶瓷有明显实质方面区别，主要表现在纳米陶瓷具有高强度，高韧性，低烧结温度，高致密度和纳米陶瓷独有超塑性。其最后一个性能可使一般陶瓷加工按金属材料那样进行锻造、挤压、弯曲等加工方式，无需常规那种烦琐的磨削就可以制备出精密尺寸的陶瓷部件。因此纳米陶瓷非常吸引人进行研究。对于以Al₂O₃为基的陶瓷要具有上述优越特性，必须要有纳米级α—Al₂O₃颗粒为前题。

本发明目的旨在开发一种制备简便、过程易控制、产率高，采用常规铝盐为原料，并且易在工业上推广的制备纳米级α—Al₂O₃颖粒的方法。

本发明的技术思路：