CN110938862A - 高纯度单晶刚玉粉体及其制备方法 - Google Patents

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余佳佳
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Abstract

一种高纯度单晶刚玉粉体及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。该高纯度单晶刚玉粉体制备方法，按一定重量份数，取粉体原料混合均匀，粉体原料包括铝的无机含氢氧元素化合物、氯化铝、氟化铝、硝酸铝；再在低温高压条件下烧结得到单晶刚玉粉体。本发明制备工艺简单，在不加入含其他金属元素添加剂的情况下，能够低温烧结制备得到高纯度单晶刚玉粉体。

Description

高纯度单晶刚玉粉体及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种陶瓷材料领域的技术，具体是一种高纯度单晶刚玉粉体及其制备方法。
背景技术
单晶刚玉是刚玉系列中一种比较好的磨料，具有韧性好、硬度高的特点，常用于高档研磨材料。目前单晶刚玉大多在电弧炉中通过矾土与添加剂冶炼而成。此方法需要在高温条件下进行，能耗较高，且杂质含量高，如需得到高纯度的单晶刚玉，还需进一步除杂处理，工艺复杂。
例如公开(公告)号CN101906663B的中国专利申请采用氧化铝粉、锐钛型钛白粉、钛石粉、氟化铝、二氧化锆粉等加热到2000℃-2600℃，持续加热25-32小时，得到粉体还需破碎，除杂等繁琐工艺。为了降低温度，例如公开(公告)号CN104499051B的中国专利申请将1-5μm的α-氧化铝粉与抑制剂混合均匀后于1500-1700℃下进行熔炼，冷却获得单晶刚玉；该申请虽然通过添加种子缓慢生长降低了制备所需温度，但是该温度依然高于1500℃。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种高纯度单晶刚玉粉体及其制备方法，制备工艺简单，在不加入含其他金属元素添加剂的情况下，能够低温烧结制得高纯度单晶刚玉粉体。
本发明涉及一种高纯度单晶刚玉粉体制备方法，按一定重量份数，取粉体原料混合均匀，粉体原料包括铝的无机含氢氧元素化合物、氯化铝、氟化铝、硝酸铝；再在低温高压条件下烧结得到单晶刚玉粉体。
优选地，铝的无机含氢氧元素化合物的重量份数为30-70份，氯化铝的重量份数为5-15份，氟化铝的重量份数为1-5份，硝酸铝的重量份数为1-5份。
进一步优选地，铝的无机含氢氧元素化合物为氢氧化铝、聚合氯化铝、勃姆石、拟薄水铝石中至少一种。
优选地，烧结温度为1000-1400℃，升温速率1-10℃/min，烧结压力0.1-10MPa，烧结时间1-10h。
优选地，各粉体原料的粒径D50分别为500nm-100μm，纯度分别为99％-99.999％。
优选地，混合为在干粉混合机中搅拌混合2-7h。
本发明涉及一种高纯度单晶刚玉粉体，采用上述方法制备得到，制得的粉体粒径D50为5-275μm，满足目前市场上F46-F150的要求，纯度为99％-99.999％。粒径可以通过改变铝的无机含氢氧元素化合物在混合粉体中的比例，以及烧结时间来调整。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1)制备工艺简单，将粉体原料混合均匀后烧结即可，避免了采用溶胶凝胶法制备煅烧前体的复杂过程，且在不加入含其他金属元素添加剂的情况下，能够制得高纯度单晶刚玉粉体；另外相对于需要添加含其他金属元素添加剂的制备工艺，煅烧温度低，减少了能耗；
2)制备得到的高纯度单晶刚玉呈明显的多面体结构，具有良好的分散性能，且硬度高，耐磨性好。
附图说明
图1为实施例1中单晶刚玉的扫描电镜图；
图2为实施例1中单晶刚玉的XRD图；
图3为实施例3中单晶刚玉的光学显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。
本发明实施例涉及一种高纯度单晶刚玉粉体制备方法，按重量份数，取粉体原料在干粉混合机中搅拌混合2-7h，粉体原料包括30-70重量份铝的无机含氢氧元素化合物、5-15份重量份的氯化铝、1-5份重量份的氟化铝、1-5份重量份的硝酸铝；再以1-10℃/min的速率升温至1000-1400℃、在0.1-10MPa加压条件下烧结1-10h得到单晶刚玉粉体。
进一步优选地，铝的无机含氢氧元素化合物为氢氧化铝、聚合氯化铝、勃姆石、拟薄水铝石中至少一种。
优选地，各粉体原料的粒径D50为500nm-100μm，纯度99％-99.999％。
实施例1
取粒径D50为1μm的Al(OH)3粉体30kg，氯化铝5kg，氟化铝2kg，硝酸铝2kg，在干粉混料机中混合2h；之后放入氧化铝坩埚中，再置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至1300℃，炉内压力5MPa，保温处理6h，高纯度单晶刚玉粉体；其SEM照片如图1所示，呈明显的多面体结构，其XRD图如图2所示，未观察到杂质的衍射峰，纯度高。
实施例2
取粒径D50为15μm的Al(OH)3粉体40kg，氯化铝5kg，氟化铝3kg，硝酸铝3kg，在混料机中混合3h；之后放入氧化铝坩埚中，再置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至1300℃，炉内压力5MPa，保温处理6h，即可得到高纯度单晶刚玉粉体。
实施例3
取粒径D50为50μm的勃姆石粉体30kg，氯化铝5kg，氟化铝2kg，硝酸铝2kg，在混料机中混合2h；之后放入氧化铝坩埚中，再置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至1300℃，炉内压力5MPa，保温处理6h，即可得到高纯度单晶刚玉粉体；其光学显微镜图如图3所示，证明具有良好的分散性。
实施例4
取粒径D50为5μm的聚合氯化铝粉体60kg，氯化铝12kg，氟化铝3kg，硝酸铝3kg份，在混料机中混合2h；之后放入氧化铝坩埚中，再置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至1100℃，炉内压力2MPa，保温处理4h，即可得到高纯度单晶刚玉粉体。
实施例5
取粒径D50为5μm的聚合氯化铝粉体64kg，氯化铝10kg，氟化铝2.5kg，硝酸铝2.5kg份，在混料机中混合3h；之后放入氧化铝坩埚中，再置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至1100℃，炉内压力8MPa，保温处理6h，即可得到高纯度单晶刚玉粉体。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种高纯度单晶刚玉粉体制备方法，其特征在于，按一定重量份数，取粉体原料混合均匀，粉体原料包括铝的无机含氢氧元素化合物、氯化铝、氟化铝、硝酸铝；再在低温高压条件下烧结得到单晶刚玉粉体。
2.根据权利要求1所述高纯度单晶刚玉粉体制备方法，其特征是，所述铝的无机含氢氧元素化合物的重量份数为30-70份，氯化铝的重量份数为5-15份，氟化铝的重量份数为1-5份，硝酸铝的重量份数为1-5份。
3.根据权利要求1所述高纯度单晶刚玉粉体制备方法，其特征是，所述铝的无机含氢氧元素化合物为氢氧化铝、聚合氯化铝、勃姆石、拟薄水铝石中至少一种。
4.根据权利要求1所述高纯度单晶刚玉粉体制备方法，其特征是，所述烧结温度为1000-1400℃，升温速率1-10℃/min，烧结压力0.1-10MPa，烧结时间1-10h。
5.根据权利要求1所述高纯度单晶刚玉粉体制备方法，其特征是，所述各粉体原料的粒径D50分别为500nm-100μm，纯度分别为99％-99.999％。
6.根据权利要求1所述高纯度单晶刚玉粉体制备方法，其特征是，所述混合为在干粉混合机中搅拌混合2-7h。
7.一种高纯度单晶刚玉粉体，其特征在于采用权利要求1-5任一项所述方法制备得到，制得的粉体粒径D50为5-275μm，纯度99％-99.999％。
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