粉體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粒徑大小可控的片狀a -Al2O3粉體及其制備方法，由于片狀α -Al 203具有較大的硬度和模數(shù)、強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，該片狀a -Al2O3粉體主要適用于顏料領(lǐng)域，也適用于陶瓷復(fù)合材料、填料等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋁工業(yè)上的用途非常廣泛，歷來是科研研宄的熱點(diǎn)之一。片狀C1-Al2O3是氧化鋁各種形態(tài)的一種，產(chǎn)品附加值非常之高，開發(fā)的潛力巨大，片狀a -Al2O3作為珠光顏料的基材有以下幾個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn):
[0003](I)片狀a -Al2O3的相對(duì)于云母的合成比較簡(jiǎn)單，由于片狀α -Al 203的不透明，相對(duì)于云母珠光顏料，能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的單色干涉光，得到顏色更亮的珠光顏料。
[0004](2)氧化鋁基材相對(duì)于云母基材，具有熔點(diǎn)高，硬度大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，從而應(yīng)用范圍更加廣泛。
[0005](3)片狀a -Al2O3作為基材容易控制其厚度及大小均勻。因片狀α -Al 203粉體有著特殊的二維平面結(jié)構(gòu)，使片狀粉體具有良好的附著力、顯著的屏蔽效應(yīng)與反射光線的能力，使他們可以作為基體用于珠光顏料。
[0006](4)鋁作為地球非常豐富的資源，價(jià)格低廉，開發(fā)出的片狀a -Al2O3不僅可以作為顏料的基材，還可以運(yùn)用于其他工業(yè)，例如增強(qiáng)金屬或陶瓷的復(fù)合材料，或者用于塑料填料來改善其熱導(dǎo)性能，在一些復(fù)合材料中添加片狀a -Al2O3，充當(dāng)消耗能量機(jī)構(gòu)，可以提高復(fù)合材料的強(qiáng)度等。
[0007]目前制備片狀a-Al2O3主要有以下幾種方法:水熱法、高溫?zé)Y(jié)法和熔鹽法。片狀a -Al2O3最初是用水熱法制備的(如在日本專利公開N0.39362/1992中公開)，水熱法可制備出晶粒發(fā)育完整、顆粒間團(tuán)聚少的粉體，制備出的粉體無需燒結(jié)；但水熱法需要在高溫高壓下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間長，對(duì)設(shè)備要求高；另外，水熱法得到的粉體顆粒尺寸較小，在使用時(shí)不易分散。高溫?zé)Y(jié)法需要較高的燒結(jié)溫度，加入氟化物雖可降低燒結(jié)溫度，但其對(duì)設(shè)備的要求較高，對(duì)環(huán)境的污染較大。用熔鹽法制備片狀Q-Al2O3粉體對(duì)設(shè)備要求較低、反應(yīng)時(shí)間較短、反應(yīng)溫度較低，晶體的形貌容易控制等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的制備方法(中國專利公開號(hào)CN 103359764Α通過熔鹽法制備片狀a-Al2O3，具有工藝簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)；中國專利公開號(hào)CN 1020038Α采用熔鹽法制備片狀a-Al2O3,適用于制造高性能珠光顏料，尤其適用于制造隨角異色顏料)。前人專利中的研宄方法，大多集中在工藝參數(shù)的影響，例如，熔融鹽的種類、原材料、燒成溫度和保溫時(shí)間、粉體形成機(jī)理和表征等。很少考慮氧化鋁晶種添加對(duì)片狀α ~^1203的大小影響，在理論上，沒有研宄晶種添加量和晶種粒徑大小與片狀a -Al2O3粉體粒徑大小存在的數(shù)學(xué)關(guān)系，在工藝上，沒有制備出粒徑大小可控以及高分散均勻的片狀C1-Al2O3粉體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是針對(duì)目前存在的技術(shù)不足，在熔融鹽法的基礎(chǔ)上，研宄氧化鋁晶種添加量和晶種粒徑大小與片狀a -Al2O3粉體粒徑大小的關(guān)系，并且提供一種新方法來制備出形貌規(guī)整，粒徑大小可控且分散均勻的片狀Q-Al2O3，該片狀C1-Al2O3適宜做珠光顏料的基底。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]本發(fā)明第一方面涉及一種片狀a -Al2O3粉體，它的形狀為六方鱗片狀，主要成分為片狀C1-Al2O3，幾乎不含其它的雜質(zhì)。
[0011]本發(fā)明的第二方面涉及上述片狀a -Al2O3粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)制備混合前驅(qū)體溶液:將水溶性鋁鹽、不穩(wěn)定型氧化鋁、可溶性鹽類、納米氧化鋁晶種和/或片狀a -Al2O3晶種均勻混合得到；
[0013](2)在步驟(I)所述的混合前驅(qū)體溶液中加入堿性水溶液，控制水解反應(yīng)結(jié)束時(shí)終pH為5.0?9.0，得到含水解產(chǎn)物的混合凝膠；
[0014](3)混合凝膠干燥后，進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為850°C?1400°C，保溫時(shí)間為3?10h，得到片狀a -Al2O3粉體與熔鹽混合物；
[0015](4)將熔鹽用去離子水洗凈，抽濾，干燥，得到純的片狀C1-Al2O3粉體。
[0016]所述晶種的添加量為最終制得氧化鋁質(zhì)量的6%?40%。
[0017]所述不穩(wěn)定型氧化鋁與水溶性鋁鹽的質(zhì)量比1: (2?9)，可溶性鹽類與水溶性鋁鹽的摩爾比為(I?10):1。
[0018]所述不穩(wěn)定型氧化鋁與水溶性鋁鹽的質(zhì)量比1: (4?9)，可溶性鹽類與水溶性鋁鹽的摩爾比為4:1。
[0019]所述水溶性鋁鹽為鋁的含氧酸鹽和/或鋁的鹵化物。
[0020]所述不穩(wěn)定型氧化銷為β-Α1203、γ-Al2O3, K-Al2O3, θ -Al2O3, η-Al2O3中一種或兩種以上的混合。
[0021]所述不穩(wěn)定型氧化鋁可以由如下方法的制備:由鋁鹽在加蓋的氧化鋁坩禍中，于900°C保溫3h煅燒得到。
[0022]所述可溶性鹽類為各種堿金屬硫酸鹽或氯化物、氟化物；優(yōu)選地，所述可溶性鹽類為氯化鈉，硫酸鈉，硫酸鋰，氯化鉀，硫酸鉀，氯化鋰，氟化鉀和氟化鈉中的一種或兩種以上的混合物。
[0023]所述堿性水溶液為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鋰中的一種或者兩種以上的混合物的水溶液。其用量為剛好與水溶性鋁鹽反應(yīng)完全。
[0024]所述納米氧化鋁晶種平均粒度在10?10nm之間；片狀a -Al2O3晶種平均粒度在I?8um之間；優(yōu)選地，所述納米氧化銷晶種平均粒度在20?80nm之間；片狀a -Al2O3晶種平均粒度在2.8?7.0um之間。
[0025]所述混合凝膠干燥溫度為50?160°C，干燥時(shí)間為2?24h。
[0026]本發(fā)明通過添加片狀a -Al2O3晶種控制片狀α -Al 203粉體粒徑大小的解釋。當(dāng)片狀a-Al2O3晶種加入時(shí)，在氧化鋁基元生長過程中，氧化鋁生長基元會(huì)向片狀α-ΑΙ 203晶種吸附，片狀a-Al2O3晶種會(huì)優(yōu)先長大成片狀α-Al 203;同時(shí)，在生長階段的中期，也有一些新的片狀Q-Al2O3通過成核生長過程形成，但是這些片狀a-Al2O3的粒徑相比通過片狀a -Al2O3晶種生長的粒徑更?。辉谄瑺瞀?-Al 203生長后期階段，會(huì)出現(xiàn)奧斯瓦爾德熟化效應(yīng)(Oswald ripening)，這些新形成的小粒徑片狀a -Al2O3會(huì)被繼續(xù)長大的片狀a -Al2O3晶種消耗掉；最終出現(xiàn)片狀a -Al2O3粉體粒徑長大現(xiàn)象。通過改變片狀α -Al 203的粒徑大小與添加量可以控制最終片狀a -Al2O3粒徑的大小。最終片狀α -Al 203粒徑的大小D f與片狀a -Al2O3晶種粒徑大小D s和片狀α -Al 203晶種的含量W s成函數(shù)關(guān)系。
[0027]本發(fā)明煅燒溫度為850?1400°C，當(dāng)溫度低于850°C時(shí)，熔鹽沒變成液相，不能夠生成片狀α-Α1203。當(dāng)溫度高于1400°C時(shí)，熔鹽會(huì)發(fā)生分解，造成助溶劑大量減少，既不能形成片狀a -Al2O3，又會(huì)導(dǎo)致大量熔鹽損失，造成能源的浪費(fèi)。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0029](I)做到了對(duì)片狀氧化鋁粉體粒徑大小控制。
[0030](2)片狀氧化鋁分散均勻，光滑平整，不出現(xiàn)孿晶，制備出的片狀氧化鋁平均粒徑一般大于等于4um，厚度小于等于0.lum，徑厚比大于等于40。
【附圖說明】
[0031]圖1為實(shí)施例1片狀a -Al2O3粉體的SEM圖。
[0032]圖2為實(shí)施例2片狀a -Al2O3粉體的SEM圖。
[0033]圖3為實(shí)施例3片狀a -Al2O3粉體的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，給出下列實(shí)施例。這些實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的舉例說明，不是對(duì)本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍的限制。
[0035]實(shí)施例1
[0036]第一步，在300ml 去離子水中溶解 112.0g Al2(SCM)3.18H20、28g γ-Al2O3'57.6gNa2S0jP 47.2gK 2S04 (可溶性鹽類與硫酸鋁的摩爾比為4:1)，之后加2.7g片狀a-Al2O3晶種(相當(dāng)于最終制得氧化鋁質(zhì)量的6%，購自河北歐克精細(xì)化工股份有限公司)，片狀a -Al2O3晶種平均粒徑為2.80±0.22um，攪拌15min，得到均勻溶液M。
[0037]第二步在150ml去離子水中溶解54g碳酸鈉得到N溶液。之后，在攪拌的作用下，將溶液N緩慢的滴入M溶液中，控制溶液的pH為9，得到混合氫氧化鋁凝膠。
[0038]第三步將氫氧化鋁凝膠放在烘箱中，100°C下干燥24h。干燥完畢，放在氧化鋁坩禍中，在馬弗爐中1200°C煅燒，保溫6h。用去離子水洗去硫酸鹽，抽濾、干燥得到45.2g片狀a -Al2O3粉體。
[0039]從掃描電鏡圖1中可以看出，片狀a -Al2O3為六方鱗片狀，沒有孿晶核團(tuán)聚。通過軟件Nano Measurer 1.2分析得到片狀a -Al2O3平均粒徑為6.82±0.39um。在水中攪拌分散時(shí)，片狀Q-Al2O3粉體產(chǎn)生具有強(qiáng)烈金屬光澤的流暢流線，顯示了其在水中的良好分散性。發(fā)現(xiàn)片狀a-Al2O3粉體最終的粒徑大小與片狀α-Al 203晶種粒徑大小成正比，與片狀a -Al2O3晶種含量的三次方根成反比關(guān)系；通過改變片狀α -Al 203晶種粒徑大小與含量，能夠很好的實(shí)現(xiàn)片狀a -Al2O3粉體粒徑大小的控制。
[0040]實(shí)施例2
[0041]該實(shí)施例中片狀Ct-Al2O3晶種的添加量為最終制得氧化鋁質(zhì)量的20%，其他條件和方法均和實(shí)施例1相同。
[0042]從掃描電鏡圖2中可以看出，片狀a -Al2O3為六方鱗片狀，沒有孿晶核團(tuán)聚。通過軟件Nano Measurer 1.2分析得到片狀a -Al2O3平均粒