專利名稱：一種制備納米α-Al₂O₃粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機材料制備領(lǐng)域，涉及一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，特別涉及一種低焙燒溫度制備納米a -Al2O3粉末的方法。
背景技術(shù)：
納米a -Al2O3因其表面原子與體相總原子數(shù)之比隨粒徑尺寸的減小而急劇增大，所以顯示出強烈的體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，進而在光、電、熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)等許多方面表現(xiàn)出一系列的優(yōu)異性能。因此它在磨料、結(jié)構(gòu)材料、發(fā)光材料、航空航天、催化劑及其載體等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。目前納米a-Al2O3的制備主要停留在探索試驗階段，雖然也進行了一些探索性的工業(yè)化水平的生產(chǎn)，但大多數(shù)制備方法得到的納米氧化鋁粒徑分布較寬，并且制備過程重復(fù)性差。鋁鹽熱分解法要求在高溫條件下進行，需要特殊的加熱設(shè)備，且熱分解常釋放大量有害氣體，不利于環(huán)保。沉淀法和水解法很難有效的控制粒子的大小和團聚，其生成的中間產(chǎn)物為膠態(tài)的氫氧化鋁沉淀，內(nèi)含有大量水分和羥基，在干燥和高溫煅燒過程中顆粒間毛細管力和羥基縮合的作用導(dǎo)致所得氧化鋁粉體產(chǎn)生硬團聚，并嚴(yán)重影響燒結(jié)體的微觀結(jié)構(gòu)和性能。另外，納米a-Al2O3的焙燒溫度需要1300°C以上，既提高了對設(shè)備的要求又浪費了大量能源。CN 102328941A公開了一種制備納米氧化鋁的方法，采用超重力法，以硝酸鋁和蔗糖為原料，在高速旋轉(zhuǎn)的螺旋通道旋轉(zhuǎn)床中循環(huán)滴加弱堿，然后分別在600-800°C、1100-1400°C下煅燒得到Y(jié)相和a相氧化鋁，此方法步驟簡單，原料易得，但是對設(shè)備要求高，成本高，并且煅燒溫度很高，浪費能源。CN 02111001. 8公開了一種高燒結(jié)活性氧化鋁粉體的制備方法，用鋁無機鹽和碳酸氫銨為原料，通過碳酸鋁銨在高溫下熱分解制備了 a -Al2O3，尺寸小于400nm，此原料路線對環(huán)境污染小，但是此方法制備的氧化鋁粒子顆粒不均勻，分布較寬。
CN 102040237A公開了一種制備納米氧化鋁的方法，采用氣相合成法以鋁鹽為原料合成納米氧化鋁，用有機高分子網(wǎng)絡(luò)定位法合成氧化鋁前驅(qū)體，然后采用冷凍干燥法干燥，煅燒制得納米氧化鋁，此方法操作步驟簡單、設(shè)備簡易、成本低廉，但是添加的助劑較多，焙燒時產(chǎn)生的氣體對環(huán)境污染嚴(yán)重。CN 200310100398. 8公開了一種超細氧化鋁粉體材料制備技術(shù)。該方法用硝酸鋁和氨水作為原料，通過添加分散劑、吸附劑、還原劑和螯合劑制備的Y-Al2O3粒徑在8-1 lnm, a -Al2O3粒徑在42_100nm，其原料成本低廉，提高了產(chǎn)品純度，但添加的助劑較多，至少要添加四種有機物。Hui Li 等人在 Ceramics International 上發(fā)表的 Pi^paration of a Nano-Sizeda -Al2o3Powder from aSupersaturated Sodium Aluminate Solution 提到一種制備納米a-Al2O3的方法。該方法采用硝酸鋁和氫氧化鈉作為原料，在制備過程中加入聚乙二醇20000作為分散劑，納米a -Al2O3作為晶種，然后程序升溫至1150°C焙燒，得到平均粒徑為30-40nm的a -Al2O3，該方法原料成本低廉，得到的納米a -Al2O3顆粒小且分布均勻，但是制
備周期長且重復(fù)性較差。YiQuan Wu 等人在Materials Letters 上發(fā)表的 Influence of AlF3 and ZnF2 onthe Phase Transformation of Gamma to Alpha Alumina 中提到一種制備納米 a -氧化招的方法，以硝酸鋁和氨水為原料，添加少量氟化鋁或氟化鋅，經(jīng)過24小時球磨制成粒徑約為40nm的a -Al2O3，該方法原料成本低廉，顆粒粒徑較小，但制備耗時較長，并且需要機械球磨浪費能源，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。Hongxia Lu 等人在 Materials Science & Engineering A 上發(fā)表了 Preparationof Plate-like a-Al203UsingNano_aluminum Seeds by Wet-chemical methods 中提至Ij一種棒狀納米a -Al2O3的制備方法。文中采用濕化學(xué)法，以硝酸鋁和氨水為原料，同樣加入高純納米a -Al2O3作為晶種,程序升溫到1100°C制得平均粒徑為80nm、長為300nm左右的棒狀ct-Al2O3顆粒,操作步驟簡單,成本低廉,但是需要聞純超細的a-Al2O3作晶種且重復(fù)性差。Gaofeng Fu 等人在 Transactions of Nonferrous Metals Society of China 上發(fā)表的 Influence of AlF3 and Hydrothermal Conditions on Morphologies of a -Al2O3中提到一種采用水熱合成發(fā)制備a -Al2O3的方法，以異丙醇鋁為原料，添加少量氟化鋁然后水熱晶化24h，制得粒徑約為IOum的片狀a -Al2O3,顆粒大小均勻，產(chǎn)品純度高，但成本較高，制備周期較長，產(chǎn)品顆粒較大，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了工藝及設(shè)備復(fù)雜、環(huán)境污染、焙燒溫度高、a -Al2O3顆粒容易燒結(jié)、難以實現(xiàn)工業(yè)化等問題。本發(fā)明的具體步驟是(I)納米氧化鋁前驅(qū)體的合成首先在室溫下將氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后加入氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在一定溫度下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHz、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將溶有聚乙二醇的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至pH值在6-7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體；(2)納米 a -Al2O3 的合成室溫下，將制備的納米氧化鋁前驅(qū)體加到分散介質(zhì)中，攪拌均勻后加入添加劑并繼續(xù)攪拌4h，隨后在120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末；然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始以程序升溫的方式升溫至800-900°C焙燒2h，從而制得納米a -Al2O3 粉末。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于(I)操作簡單，成本低廉，且未引入任何雜質(zhì)離子，產(chǎn)品純度高；(2)反應(yīng)步驟簡單，反應(yīng)儀器簡易，制備周期短，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；(3)避免了大量有機助劑的加入，對環(huán)境無污染；(4)氟化鋁的使用降低了 a -Al2O3的成相溫度，降低了對焙燒設(shè)備的要求，減輕了能源損耗，并且產(chǎn)品顆粒均勻，粒徑在300nm以下。


圖I是本發(fā)明所述的制備納米a -Al2O3粉末方法中實施例I所得到的a -Al2O3的XRD衍射譜圖。圖2是本發(fā)明所述的制備納米a -Al2O3粉末方法中實施例I所得到的a -Al2O3的SEM照片。
具體實施方式

實施例I :(I)室溫下，將50g氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后再加入70g氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在120°C下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHz、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將450mL溶有0. 57g聚乙二醇6000、濃度為2. OmoI/L的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至pH值在6_7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體；(2)室溫下稱取IOg納米氧化鋁前驅(qū)體加入50g N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌均勻后加入0. 5g氟化鋁，常溫狀態(tài)下繼續(xù)攪拌4h，然后置于120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末，然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始，以2V Mn的升溫速率升至900°C焙燒2h，從而制得納米a -Al2O3粉末A，粒徑基本上在200 300nm。實施例2 (I)室溫下，將70g氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后再加入90g氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在140°C下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHz、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將225mL溶有I. 70g聚乙二醇2000、濃度為4. OmoI/L的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至pH值在6_7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體；(2)室溫下稱取IOg納米氧化鋁前驅(qū)體加入50g N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌均勻后加入0. 5g氟化鋁，常溫狀態(tài)下繼續(xù)攪拌4h，然后置于120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末，然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始，以2V Mn的升溫速率升至900°C焙燒2h，從而制得納米a -Al2O3粉末B。實施例3:(I)室溫下，將60g氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后再加入80g氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在100°c下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHZ、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將450mL溶有2. 84g聚乙二醇1500、濃度為2. OmoI/L的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至pH值在6_7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體；(2)室溫下稱取IOg納米氧化鋁前驅(qū)體加入20g N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻后加入0. 5g氟化鋁，常溫狀態(tài)下繼續(xù)攪拌4h，然后置于120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末，然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始，以2V Mn的升溫速率升至900°C焙燒2h，從而制得納米a -Al2O3粉末C。
實施例4 (I)室溫下，將50g氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后再加入70g氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在120°C下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHz、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將300mL溶有2. 84g聚乙二醇6000、濃度為3. OmoI/L的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至pH值在6_7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體；(2)室溫下稱取IOg納米氧化鋁前驅(qū)體加入80g N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌均勻后加入0. 2g氟化鋁，常溫狀態(tài)下繼續(xù)攪拌4h，然后置于120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末，然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始，以2V Mn的升溫速率升至900°C焙燒2h，從而制得納米a -Al2O3粉末D。
實施例5 (I)室溫下，將50g氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后再加入70g氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在130°C下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHz、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將300mL溶有I. 70g聚乙二醇20000、濃度為3. OmoI/L的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至pH值在6_7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體；(2)室溫下稱取IOg納米氧化鋁前驅(qū)體加入80g N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌均勻后加入I. Og氟化鋁，常溫狀態(tài)下繼續(xù)攪拌4h，然后置于120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末，然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始，以2V Mn的升溫速率升至900°C焙燒2h，從而制得納米a -Al2O3粉末E。實施例6 操作步驟如實施例I中所述，只將氟化物改為氟化鋅，制得納米a -Al2O3粉末F。實施例I 操作步驟如實施例I中所述，只將氟化物改為氟化鋰，制得納米a -Al2O3粉末G。實施例8 操作步驟如實施例I中所述，只將氟化物改為氟化銨，制得納米a -Al2O3粉末H。實施例9 操作步驟如實施例I中所述，只將升溫速率改為5°C /min,制得納米a -Al2O3粉末
Io實施例10 操作步驟如實施例I中所述，只將升溫速率改為10°C /min,制得納米a -Al2O3粉末J。實施例11 操作步驟如實施例I中所述，只將焙燒溫度改為800°C，制得納米a -Al2O3粉末K。
權(quán)利要求
1.一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)首先在室溫下將氫氧化鈉加入IOOg蒸餾水中，完全溶解后加入氫氧化鋁粉末并攪拌均勻，然后在一定溫度下回流并攪拌至溶液呈半透明狀，待溶液冷卻至室溫后，在超聲頻率為40KHz、攪拌速度為800rpm的超聲攪拌狀態(tài)下，將溶有聚乙二醇的稀硝酸以5. 5mL/min的速度滴加到上述溶液中至PH值在6-7之間，繼續(xù)攪拌2h后進行抽濾，將濾餅置于120°C下烘干得到納米氧化鋁前驅(qū)體； (2)室溫下，將制備的納米氧化鋁前驅(qū)體加到分散介質(zhì)中，攪拌均勻后加入添加劑并繼續(xù)攪拌4h，隨后在120°C油浴中將所得漿液攪拌烘干得到白色粉末；然后將白色粉末置于馬弗爐中，從室溫開始以程序升溫的方式升溫至800-900°C焙燒2h，從而制得納米Ci-Al2O3粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于加入氫氧化鈉的質(zhì)量為50-70g，氫氧化鋁粉末的質(zhì)量為70-90g，稀硝酸的濃度為2. 0-4. Omol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于回流的溫度為 100-140。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于聚乙二醇為聚乙二醇1500、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇20000中的一種，添加量占硝酸質(zhì)量的 I. 0-5. 0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于分散介質(zhì)為N，N-二甲基甲酰胺，納米氧化鋁前驅(qū)體與分散介質(zhì)的質(zhì)量比為I : 2-1 8。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于添加劑為氟化鋁、氟化鋅、氟化鋰或氟化銨中的一種，添加量為納米氧化鋁前驅(qū)體質(zhì)量的2. 0-10. 0%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備納米a-Al2O3粉末的方法，其特征在于程序升溫的速率為 2-10°C /min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米α-Al2O3粉末的方法，其特征在于將氫氧化鈉溶液和氫氧化鋁粉末在一定溫度下回流得到半透明狀溶液，通過滴加稀硝酸得到氧化鋁前驅(qū)體，然后將此烘干過的氧化鋁前驅(qū)體在親水性N，N-二甲基甲酰胺溶劑中與氟化物充分混合均勻，烘干，采用程序升溫的方式，焙燒得到納米α-Al2O3粉末，粒徑均在300nm以下。本發(fā)明引入氟化物，降低了納米α-Al2O3的成相溫度，減輕了能源損耗，并且制備工藝簡單、操作安全、成本低、產(chǎn)品純度高，粒徑均勻，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01F7/30GK102659154SQ201210151789
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者李偉, 王寰, 王暉, 韓沖 申請人:天津凱美科技有限公司