df101s集热式磁力搅拌器制备高分散性片状a-氧化铝粉体

技术领域

[0001]本发明属于材料领域，具体涉及一种df101s集热式磁力搅拌器制备高分散性片状a-氧化铝粉体。

背景技术

[0002]片状a-氧化铝是氧化铝的一种特殊结构，不仅具有氧化铝的抗氧化、熔点高、耐腐蚀、导热性好等特点，而且还具有良好的附着性、一定的表面活性、易分散、对光线的反射能力以及优异的屏蔽效应，被用在珠光颜料、耐火材料、化妆品、汽车面漆等领域，有着巨大的应用价值。

[0003]目前，片状a-氧化铝的制备方法主要有水热法、机械法、涂膜法、熔盐法、凝胶一燃烧法等。其中熔盐法制备的片状a-氧化铝粒径分布均匀，径厚比大，并且加入的添加剂使片状a-氧化铝可控性强，极好的满足各个领域的需求。专利CN105731509中介绍了一种制备片状a-氧化铝的方法，该法通过准备铝盐、钛盐、钠盐、磷酸盐及碱性原料，然后将各原料通过有机溶剂辅助球磨混合均匀，烘干后进行煅烧，冷却至室温，提纯后得到片状a-氧化铝。该法制备的片状a-氧化铝粒径呈梯度变化，但是没有考虑片状a-氧化铝粒径均匀程度。专利CN107140666中提供了一种片状a-氧化铝粉体及其制备方法，该法将纳米勃姆石、氟优物矿化剂和无水乙醇球磨，得到混合物料，将所述混合物料与熔盐混合煅烧得到片状a-氧化铝。因含氟化物在结构上可以有很大的差异，但很难控制氟化物矿物剂的毒性，从而造成对人体和环境影响的未知性，并且所制备的片状a-氧化铝粒径较小，厚度较大。上述专利分别存在耗能大的不利因素和对人体、环境造成一定的影响，制备的片状a-氧化铝厚径比也不理想。并且熔盐法制得的片状a-氧化铝用去离子水洗去熔盐后，烘干会造成片状a-氧化铝连接成块，若是制成粉末，在研磨的过程中会使片状a-氧化铝六角形状破坏，还会使片状a-氧化铝的分散性降低。这些问题都制约着片状a-氧化铝制备的发展。

发明内容

[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的熔盐法制备粒径不够均匀、厚径比不够理想、六角片状a-氧化铝不够完整的缺陷，提供一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法。本发明通过制备含有铝源、熔盐、晶型控制剂的悬浊液a，含有碳酸盐、分散剂的溶液b，将溶液b以一定的速率加入到悬浊液a中并混合均匀，搅拌一定时间后烘干煅烧，用去离子水洗去熔盐，再冷冻干燥得到高分散性、完整六角的片状a-氧化铝粉体。通过该法可以制得粒径分布均匀、无团聚、高分散、犀径比小、形状规则呈六角状的片状a-氧化铝。

[0005]本发明的目的通过下述技术方案实现：

[0006]一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：

[0007](1)加入去离子水将铝源、熔盐、晶型控制剂搅拌混匀得到悬浊液a；

[0008](2)加入去离子水将碳酸盐、分散剂搅拌混合均匀得到溶液b；

[0009](3)将混匀的溶液b以一定的速率加入到悬浊液a中，搅拌混匀烘干；

[0010](4)将烘干的凝胶混合物以合适的温度煅烧，用去离子水清洗溶液后冷冻干燥得到高分散性片状a-氧化铝。

[0011]步骤(1)中所述的铝源为十八水硫酸铝、氯化铝中的一种，所述铝源中铝元素的物质的量与熔盐的物质的量之比为1：(2～5)；

[0012]步骤(1)中所述熔盐为Na2S04-K2S04、NaCI-KCI中的一种，其中熔盐与铝盐的摩尔浓度比优选3：1-5：1；

[0013]步骤(1)中所述晶型控制剂为Si02、Ti02、Mri02、Zn0等中的一种或几种，其中晶型控制剂的质量为相对于由铝源换算可得的A1203的质量的0.5%-40/。

[0014]步骤(2)中所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的任意一种或几种，其中所加碳酸盐的量使得其与铝盐进行完全双水解反应或者过量；

[0015]步骤(2)中所述分散剂为Na3P04，其加入量为相对于由铝源换算可得的A1203的质量的0.5%-40/。

[0016]步骤(3)中所述控制溶液b中碳酸盐加入到悬浊液a中的速率为0.OOlmol/min-0.45mol/min。

[0017]步骤(3)中所述烘干温度优选为60℃-80℃。

[0018]步骤(4)中所述煅烧温度为900℃-1200℃，自室温升至煅烧温度的时问为200min-400min，煅烧保温时间为4h-6h。

[0019]步骤(4)中所述去离子水清洗次数优选为3-4次；所述冷冻干燥温度优选为-70℃--80℃，冷冻干燥时间优选为2-lOh;

[0020]步骤(1)中去离子水的量使得铝源可以完全溶解，搅拌速率为200r/min-350r/min，搅拌时间为30min-40min。

[0021]本发明通过控制熔盐、晶型控制剂的种类和用量、分散剂的用量、搅拌时间、煅烧温度来控制片状a-氧化铝厚径比。通过控制加入到悬浊液a的溶液b中碳酸盐的速率控制片状a-氧化铝的均匀性及厚径比，在一定的加入速度范围内，碳酸盐的加入速度越快，反应速率越快，但是速率过快会导致二氧化碳气泡的产生更加剧烈，影响a片状氧化铝的形貌。通过冷冻干燥控制片状a-氧化铝的分散性。该法可控制性极强，能得到高分散且厚径比呈梯度分布的片状a-氧化铝粉体。与现有技术相比，本发明具有如下优点和显著的进步：

[0022](1)控制溶液b中碳酸盐加入到悬浊液a中的速率，使反应速率得到控制，得到的片状a-氧化铝粒径越大，厚径比越小，粒径分布越均匀；

[0023](2)加入晶型控制剂能显著有效的降诋烧结温度，控制晶型控制剂的用量和种类能控制片状a-氧化铝形貌和厚径比。

[0024](3)在煅烧后得到片状a-氧化铝粉体清洗熔盐后进行冷冻干燥能有效的提高片状a-氧化铝粉体的分散性。

附图说明

[0025]图1为一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备流程图；

[0026]图2为本发明实施例中所得片状a-氧化铝的扫描电子显微镜照片，其中图(1)、(2)、(3)、(4)分别代表实施例1、2、3、4的产品；

[0027]图3为本发明实施例中所得片状a-氧化铝的XRD图谱，其中线条(1)、(2)、(3)、(4)分别代表实施例1、2、3、4的产品。

具体实施方式

[0028]下面结合实例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0029]本发明提供一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，包括如下步骤：将溶有0.03mol-0.09mol碳酸盐和质量分数为0.5%-4%的Na3P04（相对于换算可得的A1203的质量）以一定的速率加入到含有O.Olmol-0.03mol铝元素、熔盐与铝元素物质的量之比为2：1—5：1和质量分数为0.5%一4%的晶型控制剂（相对于换算可得的A1203的质量）的悬浊液中，在df101s集热式磁力搅拌器以200r/min-350r/min搅拌30min-40min混合均匀，烘干后以900℃-1200℃煅烧，用去离子水清洗熔盐后冷冻干燥2h-lOh，即得到形状均匀、高分散性的片状a-氧化铝。

[0030]利用扫描电子显微镜(SEM)观察片状a-氧化铝形貌。

[0031]按照上述方法进行如下实施例，实施例所用试剂如表1。

[0032]表1试剂清单

[0033]

试剂级别

氯化钠AR 氯化钾AR 硫酸钠AR 硫酸钾AR 八水硫酸锚AR

[0034]

磷酸钠AR 二氧化硅AR 二氧化钛AR 碳酸氢钠AR

[0035]实施例l

[0036](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol、质量分数为的I%Si02（相对于换算可得的0.005molA1203的质量，即Si02的加入量为0.005lg，下同）溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0037](2)将0.03mol碳酸氢钠和质量分数为1%的Na3P04（相对于换算可得的A1203的质量，下同）溶于30ml去离子水中制得溶液b；

[0038](3)将溶液b以其中的碳酸氢钠0.Olmol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0039](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1100℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干5h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在16um左右，厚度为350nm左右，径厚比为45左右。

[0040]实施例2

[0041](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04部为0.Olmol、质量分数为的10/Si02溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0042](2)将0.015mol碳酸钠和质量分数为1%的Na3P04溶于30ml去离子水中制得溶液b；

[0043](3)将溶液b以其中的碳酸钠0.Olmol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0044](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1000℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干4h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在14微米左右，厚度为400nm左右，径厚比为35左右。

实施例3

[0045](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol、质量分数为的I%Si02溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0046](2)将0.03mol碳酸氢钠和质量分数为1%的Na3P04溶于30ml去离子水中制得溶液b：

[0047](3)将溶液b以其中的碳酸氢钠的速率0.005mol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风千燥箱中以65℃烘干；

[0048](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1100℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干5h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在13um左右，厚度在300nm左右，径厚比为43左右。

[0049]实施例4

[0050](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol、质量分数为的10/Si02溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0051](2)将0.03mol碳酸氢钠和质量分数为1%的Na3P04溶于30ml去离子水中制得溶液b：

[0052](3)将溶液b以其中的碳酸氢钠的速率为0.0005mol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0053](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1000℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干4h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在2um左右，厚度150nm左右，径厚比为13左右。

[0054]实施例5

[0055](1)籽0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0056](2)将0.03mol碳酸氢钠溶于30ml去离子水中制得溶液b；

[0057](3)将溶液b以碳酸氢钠的速率为0.005mol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0058](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1000℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干4h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在5um左右，厚度200nm左右，径厚比为25左右。

[0059]实施例6

[0060](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.015mol溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0061](2)将0.03mol碳酸氢钠溶于30ml去离子水中制得溶液b；

[0062](3)将溶液b中的碳酸氢钠的速率为0.005mol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0063](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1000℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干4h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在8um左右，厚度300nm左右，径厚比为26左右。

[0064]实施例7

[0065](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.02mol溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0066](2)将0.03mol碳酸氢钠溶于30ml去离子水中制得溶液b；

[0067](3)将溶液b中的碳酸氢钠的速率为0.005mol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0068](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1000℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干4h制得片状a-氧化铝，片状a-氧化铝粒径在8um左右，厚度350nm左右，径厚比为22左右。

[0069]实施例8

[0070](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0071](2)将0.03mol碳酸氢钠和质量分数为1%的Na3P04溶于30ml去离子水中制得溶液b：

[0072](3)将溶液b中的碳酸氢钠以0.Olmol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0073](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1100℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干5h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在12um左右，厚度为300nm左右，径厚比为40左右。

[0074]实施例9

[0075](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0076](2)将0.03mol碳酸氢钠和质量分数为20A的Na3P04溶于30ml去离子水中制得溶液b：

[0077](3)将溶液b以其中的碳酸氢钠0.Olmol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0078](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1100℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干5h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在11um左右，厚度为350nm左右，径厚比为31左右。

[0079]实施例10

[0080](1)将0.005mol的十八水硫酸铝、Na2S04-K2S04都为0.Olmol溶于30ml去离子水中制得悬浊液a；

[0081](2)将0.03mol碳酸氢钠和质量分数为4%的Na3P04溶于30ml去离子水中制得溶液b：

1.一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)加入去离子水将铝源、熔盐、晶型控制剂搅拌混匀得到悬浊液a；

(2)加入去离子水将碳酸盐、分散剂搅拌混合均匀得到溶液b；

(3)将混匀的溶液b加入到悬浊液a中，搅拌混匀烘干；

(4)将烘干的凝胶混合物进行煅烧，用去离子水清洗后冷冻干燥得到高分散性片状a-氧化铝。

2、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的铝源包括十八水硫酸铝、氯化铝；所述晶型控制剂包括Si02、Ti02、Mr-i02、Zn0;所述碳酸盐包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾；所述分散剂包括Na3P04。

3、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：悬浊液a铝源中铝元素的物质的量与熔盐的物质的量之比为1：(2～5)；晶型控制剂的质量为相对于由铝源换算可得的A1203的质量的0.5%-40/；加入的去离子水的量使得铝源可以完全溶解。

4、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：溶液b中所加碳酸盐的量使得其与铝盐进行完全双水解反应或者过量；历加分散剂的量为相对于由铝源换算可得的A1203的质量的0.5%-40/。

5、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：步骤(1)及步骤(2)中的搅拌速率为200r/min-350r/min，搅拌时间为30min-40min。

6、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：步骤(3)中使溶液b在4～360s内以均速加入到悬浊液a中。

7、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述烘干温度为60℃-80℃。

8、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述煅烧温度为900℃-1200℃，自室温升至煅烧温度的时间为200min-400min，煅烧保温时间为4h-6h。

9、根据权利要求1所述的一种高分散性片状a-氧化铝粉体的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述去离子水清洗次数为3-4次，所述冷冻干燥温度为-70℃--80℃，冷冻干燥时间为2-lOh。

[0082](3)将溶液b中的碳酸氢钠以0.Olmol/min的速率加入到悬浊液a中，在df101s集热式磁力搅拌器上以300r/min的转速转30min，结束后在电热恒温鼓风干燥箱中以65℃烘干；

[0083](4)将烘干的凝胶混合物在马弗炉中以1100℃烧结，保温4h，烧结结束后用去离子水清洗熔盐，再用冷冻干燥剂在-80℃下冻干5h制得片状a-氧化铝。片状a-氧化铝粒径在10um左右，厚度为400nm左右，径厚比为25左右。

[0084]由冷冻干燥得到片状a-氧化铝分散性都很好。溶液b加入到溶液a中的速率对片状a-氧化铝的形貌影响较大，速率较快的实施例，如实施例1、2，所得片状a-氧化铝六角完好且径厚比大。添加熔盐的量对片状a-氧化铝的形貌也有影响，熔盐具有很好的溶解能力并促进晶体的生长，适当的熔盐能增大片状a-氧化铝的径厚比，熔盐过多会使片状a-氧化铝的径厚比减小。添加磷酸钠会促使片状a-氧化铝形成薄片，在添加过多的磷酸钠后会使片状a-氧化铝的厚度增加。

[0085]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修钸、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。