專利名稱：制備球形氧化鋁粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
要求基于日本專利申請(qǐng)No. 2010-094402 (2010年4月15日提交)的巴黎公約優(yōu)先權(quán)而提交本申請(qǐng)，日本專利申請(qǐng)No. 2010-094402的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。本發(fā)明涉及制備球形氧化鋁粉末的方法，其中，將具有特定物理性質(zhì)的氫氧化鋁粉末進(jìn)料到火焰中以引起球化(spheroidization)。
背景技術(shù)：
通過將鋁粉末進(jìn)料到火焰中制備的球化氧化鋁粉末當(dāng)它們添加到樹脂中時(shí)顯示出優(yōu)異的導(dǎo)熱性(thermal conductivity)、填充性質(zhì)和絕緣性質(zhì)，并因此對(duì)于絕緣材料如基底而言其在樹脂中用作填料。作為制備這種球形氧化鋁粉末的方法，例如以下方法是已知的其中氫氧化鋁漿液作為原料進(jìn)料到火焰中，然后進(jìn)行熱噴射的方法；其中由氫氧化鋁粉末制備漿液，并將漿液以細(xì)霧的形式噴射進(jìn)料到火焰中的方法(見JP-A-11-147711和JP-A-2001-19425和 JP-A-2001-226117)。然而，當(dāng)通常使用的氫氧化鋁用作原料或者水用作介質(zhì)時(shí)，在球化過程中需要大量的熱量。此外，當(dāng)使用聚集的氫氧化鋁時(shí)，獲得的球形氧化鋁可能處于其中數(shù)個(gè)顆粒相互團(tuán)聚的形式。在用于半導(dǎo)體應(yīng)用的球形氧化鋁粉末中，為了消除由α-射線導(dǎo)致的操作失誤，將鈾含量降低到極低的水平是必要的。作為制備這種具有低鈾含量的球形氧化鋁粉末的方法，這樣的方法是已知的，其中熔融高純度的鋁，然后霧化該熔融鋁以制備鈾含量和釷含量都小于Ippb的鋁粉末，并將得到的產(chǎn)物進(jìn)料到含氧氣的空氣流中燃燒(見 JP-A-11-92136)。然而，由于該方法是一個(gè)兩步過程，因此從生產(chǎn)率的角度考慮該方法可能并不必然被認(rèn)為是有利的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供制備球形氧化鋁粉末的方法，不僅能夠以高生產(chǎn)率制備球形氧化鋁，而且具有小比表面積和低鈾含量以及能夠向用于半導(dǎo)體封裝材料的樹脂組合物提供高導(dǎo)熱性。作為本發(fā)明人深入研究以解決上述問題的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)具有小比表面積和低鈾含量的球形氧化鋁粉末可以通過把具有特定物理性質(zhì)的氫氧化鋁粉末噴射進(jìn)料到火焰中而有效地制備。這就是說，本發(fā)明提供了制備球形氧化鋁粉末的方法，包括以下步驟將具有大于等于0.3m2/g且小于等于3m2/g的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、 小于等于10的平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值D50/Dbet 以及大于等于2 μ m且小于等于100 μ m的該平均粒徑D50的氫氧化鋁粉末噴射(spraying) 至火焰(flames)中，然后以粉末形式收集它；其中，D50是在通過激光衍射散射法測定的粒
3徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑(particle diameter)。本發(fā)明還提供了添加到樹脂中的球形氧化鋁粉末的制備，該球形氧化鋁粉末具有大于等于2 μ m且小于等于100 μ m的平均粒徑D50、小于等于lm2/g的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、小于等于5的該平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet 的比值D50/Dbet以及小于等于IOppb的鈾含量；其中D50是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt %顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。此外，本發(fā)明提供了用于制備球形氧化鋁的氫氧化鋁粉末，其具有大于等于 0. 3m2/g且小于等于3m2/g的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、小于等于10的平均粒徑 D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值D50/Dbet、小于等于12的DlO和 D90的粒徑分布系數(shù)D90/D10、通過X-射線衍射測定的三水鋁石晶型以及大于等于0. 20的晶面(110)和(002)之間的峰強(qiáng)度比值1(110)/1(002)；其中，該D50是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑；DlO是從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積10wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，以及D90是累積90wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，可以以高生產(chǎn)率獲得具有小比表面積、低鈾含量和低阿爾法劑量的球形氧化鋁粉末。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式用于制備球形氧化鋁粉末的示例性裝置。
具體實(shí)施例方式在下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明。在本發(fā)明的方法中用作原料的氫氧化鋁粉末(下文中有時(shí)稱為“原料氫氧化鋁粉末”)具有通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積的上限，小于等于3m2/g，優(yōu)選小于等于2m2/g。 當(dāng)原料氫氧化鋁粉末具有過大的比表面積時(shí)，所得的球形氧化鋁粉末的比表面積也趨于是大的。原料氫氧化鋁粉末比表面積的下限為大于等于0.3m2/g，優(yōu)選大于等于0.5m2/g。當(dāng)原料氫氧化鋁粉末具有過小的比表面積時(shí)，由于具有比平均粒徑大的粒徑的粗粒子含量的增大，其作為樹脂填充物的物理性質(zhì)可能惡化。在本發(fā)明方法中使用的原料氫氧化鋁粉末具有大于等于2μπι且小于等于 ΙΟΟμπι，優(yōu)選大于等于3μπι且小于等于70μπι的平均粒徑D50。在本發(fā)明中，平均粒徑D50(下文中有時(shí)簡稱為“D50”)是指在通過激光衍射散射法(laser diffraction scattering method)測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的平均粒徑。當(dāng)原料氫氧化鋁粉末的平均粒徑D50小于2 μ m時(shí)，收集效率可能降低，而當(dāng)其大于100 μ m時(shí)，顆粒的表面當(dāng)球化時(shí)可能變得粗糙。本發(fā)明方法中使用的原料氫氧化鋁粉末具有小于等于10，優(yōu)選小于等于8，更優(yōu)選小于等于6的平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值D50/ Dbet。在本發(fā)明中，球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet (在下文中有時(shí)簡稱“Dbet”)是指從比表面積和原料氫氧化鋁的真密度計(jì)算得到的粒徑，并且表示間接計(jì)算的一次粒徑(primary particle diameter)。當(dāng)原料氫氧化鋁粉末的D50/Dbet大于10時(shí)，將不能得到D50/Dbet小于等于5的球形氧化鋁粉末。對(duì)D50/Dbet的下限沒有特別的限定，但其通常大于等于1。本發(fā)明方法中使用的原料氫氧化鋁粉末的粒徑分布系數(shù)D90/D10優(yōu)選小于等于 12。D90/D10的下限沒有特別的限定，但其通常大于等于2。在本發(fā)明中，DlO和D90分別是指在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積10wt%和90wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。D90/D10的值是顯示粒徑分布寬度有多大的指標(biāo)，并且其意味著該值越小粒徑分布越窄。當(dāng)原料氫氧化鋁粉末的D90/D10值小于等于12時(shí)，趨于獲得具有窄粒徑分布的球形氧化鋁粉末，并且通過旋風(fēng)分離器的粉末的產(chǎn)率增加，由此其導(dǎo)至增加的生產(chǎn)率。本發(fā)明方法中所用的原料氫氧化鋁粉末的晶型的例子包括三水鋁石和三羥鋁石的三水合物，以及勃姆石和水鋁石的一水合物。在這些之中，三水鋁石是優(yōu)選的，因?yàn)槠渚哂邢鄬?duì)低的硬度并由此可以防止生產(chǎn)裝置的磨損，并且可以容易地獲得具有大于等于2 μ m 的平均粒徑的氫氧化鋁顆粒。當(dāng)原料氫氧化鋁粉末含有具有不同于三水鋁石的晶型的氫氧化鋁時(shí)，其含量基于原料氫氧化鋁粉末總重量按重量計(jì)優(yōu)選小于等于5%。具有不同晶型的氫氧化鋁的含量可以從利用χ-射線衍射測定確定的主峰強(qiáng)度比來計(jì)算。本發(fā)明的方法中所用的原料氫氧化鋁粉末的晶面(110)與晶面(002)的峰強(qiáng)度比值I (110)/1 (002)優(yōu)選大于等于0. 20。峰強(qiáng)度比值I (110)/1 (002)更優(yōu)選大于等于0. 25， 進(jìn)一步更優(yōu)選大于等于0.30。具有小于0.20的峰強(qiáng)度比值的粉末表明晶面(002)是大的薄片(large plate)。當(dāng)這樣的氫氧化鋁粉末作為原料進(jìn)行球化時(shí)，所得到的球形氧化鋁趨于具有大的表面積。所述峰強(qiáng)度比值優(yōu)選小于等于0. 5。如果球形氧化鋁粉末用于半導(dǎo)體元件的封裝材料，則球形氧化鋁粉末具有低阿爾法劑量(alpha dose)是必要的，換句話說，球形氧化鋁粉末中的鈾含量必須低。特別地，希望將球形氧化鋁粉末中的鈾含量限制在小于等于lOppb。由于球形氧化鋁粉末中的鈾含量取決于原料氫氧化鋁粉末中的鈾含量，因此，重要的是使用作原料的氫氧化鋁中的鈾含量盡可能低以制備具有低鈾含量的球形氧化鋁粉末。因此，本發(fā)明的方法中所用的原料氫氧化鋁粉末的鈾含量優(yōu)選小于等于lOppb，更優(yōu)選小于等于8ppb。具有低阿爾法劑量的球形氧化鋁粉末，例如具有小于等于IOppb鈾含量的球形氧化鋁粉末，其適合用于半導(dǎo)體封裝材料，可以通過使用具有小于等于IOppb鈾含量的原料氫氧化鋁粉末獲得。原料氫氧化鋁粉末中的鈾含量的下限沒有特別的限定。該下限越小越好，但其通常為約3ppb。已知利用鋁礬土(bauxite)作為原料通過拜耳法獲得的氫氧化鋁具有高鈾含量例如每十億份幾百份，如在JP60-246220A中記載的那樣。這是因?yàn)樵诎荻ㄖ袖X酸鈉水溶液通常進(jìn)行循環(huán)使用，并因此使從鋁礬土中提取的有機(jī)化合物逐漸積聚在溶液中。如果，例如，作為原料用以獲得鋁酸鈉水溶液的鋁礬土變?yōu)榫哂行∮?. 的有機(jī)化合物含量的氫氧化鋁，則鋁酸鈉水溶液中的有機(jī)化合物含量可被降低。特別地，該含量可被降低至大于等于10mg/L且小于等于1000mg/L，優(yōu)選大于等于10mg/L且小于等于 500mg/L。另外，具有更低有機(jī)化合物含量的鋁酸鈉水溶液可以通過在水溶液中加入吸附劑以除去高度可吸附的有機(jī)化合物或者通過用氧化劑分解有機(jī)化合物而獲得。所得氫氧化鋁中的鈾含量可以通過以下面的方式制備氫氧化鋁來降低至小于等于IOppb 通過以這種方式使用得到的鋁酸鈉水溶液來制備氫氧化鋁。如果球形氧化鋁粉末用于電子部件例如半導(dǎo)體封裝材料，從防潮可靠性(moisture proof reliability)的角度考慮降低可溶性Na的量是重要的?？扇苄訬a的量取決于用作原料的氫氧化鋁中包含的Na的量。由于這個(gè)原因，在原料氫氧化鋁粉末中包含的不溶性Na和可溶性Na兩者的量越小，在球化中產(chǎn)生的Na氣體的量越小，在所得的球形氧化鋁粉末中的可溶性Na的量越小。本發(fā)明的方法中所用的原料氫氧化鋁粉末中包含的不溶性Na和可溶性Na的總量以氧化物(Na2O)的形式按重量計(jì)優(yōu)選小于等于0. 20%，更優(yōu)選小于等于0. 15%。對(duì)本發(fā)明的方法中所用的原料氫氧化鋁粉末的制備方法沒有特別限制，該原料氫氧化鋁粉末可以通過本領(lǐng)域中通常使用的任何方法制備，優(yōu)選拜耳法。特別地，例如，原料氫氧化鋁粉末可通過以下所述制備將作為晶種的氫氧化鋁加入到由拜耳法生產(chǎn)的鋁酸鈉水溶液中，在保持液體溫度在30到90°C的同時(shí)攪拌混合物，由此鋁酸鈉水溶液中的鋁組分分解并沉淀。通過這種方法制備的氫氧化鋁通常具有三水鋁石晶型。所述原料氫氧化鋁粉末可以進(jìn)一步進(jìn)行表面處理。在該表面處理中，可以使用本領(lǐng)域通常使用的任何表面處理劑。所述表面處理劑的例子包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、 以及脂肪酸例如硬脂酸。特別地，當(dāng)使用用硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑涂覆的氫氧化鋁時(shí)， 當(dāng)其被進(jìn)料到火焰中時(shí)，通過由表面處理劑的熱分解而引起的在球形氧化鋁粉末的表面上形成無機(jī)氧化物層，可預(yù)期降低可溶性Na的量的效果，即使原料氫氧化鋁粉末中的Na2O含量很高。對(duì)處理表面的方法沒有特別限制，濕法和干法均可以應(yīng)用。從生產(chǎn)率的角度考慮， 優(yōu)選干法。特別地，在高速混合器(supermixer)或V型混合器中將原料氫氧化鋁粉末流化， 向其中加入表面處理劑并混合，由此可以進(jìn)行表面處理。此外，例如，可例示其中使用震動(dòng)磨機(jī)或球磨機(jī)在粉碎步驟中加入表面處理劑的方法。如果使用偶聯(lián)劑，則表面處理劑的量基于氫氧化鋁粉末的重量，以SiO2或TW2的形式按重量計(jì)優(yōu)選小于等于0. 5%。如果表面處理劑的量按重量計(jì)大于0. 5%，由于涂覆表面的量增大表面積可能降低，但粒子相互聚集并可能產(chǎn)生粗顆粒。加入的表面處理劑的量按重量計(jì)，基于100重量份氫氧化鋁粉末優(yōu)選大于等于 0.01份并小于等于1份。具有上述物理性質(zhì)的原料氫氧化鋁粉末不僅可用于本發(fā)明的方法中，而且可以作為原料用在本領(lǐng)域中通常使用的球形氧化鋁的制備方法中。當(dāng)這樣的粉末用于本發(fā)明的方法中時(shí)，可以特別高效地制備具有小比表面積和低鈾含量的球形氧化鋁粉末。本發(fā)明的制備方法可以通過使用例如圖1中所示的裝置實(shí)施。圖1中所示的球形氧化鋁粉末的制備裝置包括熱噴射爐(thermal spray furnace) 1，在其頂部提供有燃燒器 (burner) 2，該燃燒器2與可燃?xì)怏w進(jìn)料管3、燃燒支持氣體進(jìn)料管4、和原料進(jìn)料管5連接， 用于收集已經(jīng)通過熱噴射爐的粉末的旋風(fēng)分離器6、袋式過濾器7和通風(fēng)機(jī)(blower)8。特別地，分散在載氣中的原料氫氧化鋁粉末通過原料進(jìn)料管進(jìn)料到火焰中，由此氫氧化鋁可以被球化以制備球形氧化鋁粉末。例如，原料氫氧化鋁可以以其中原料氫氧化鋁粉末分散在水中的漿液的形式進(jìn)料。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法，從生產(chǎn)率的角度考慮原料氫氧化鋁以粉末的形式噴射進(jìn)料， 因?yàn)樵跓釃娚渲胁淮嬖谟捎谒舭l(fā)的潛熱而導(dǎo)致的熱量損失。原料氫氧化鋁粉末中包含的水的量按重量計(jì)優(yōu)選小于等于0. 5%，因?yàn)轭w粒之間
6的粘附減弱并由此可以抑制當(dāng)粉末被進(jìn)料到火焰中時(shí)由于顆粒聚集所產(chǎn)生的粗顆粒的生成。原料氫氧化鋁粉末依靠載氣噴射進(jìn)料到火焰中。載氣的例子包括氧氣、空氣和氮?dú)?，并且其?yōu)選使用氧氣。分散在載氣中的氫氧化鋁粉末的濃度(進(jìn)料的氫氧化鋁粉末的量(g)/進(jìn)料的載氣的量(NL))優(yōu)選大于等于1.0并小于等于10.0。如果該濃度過高，氫氧化鋁粉末在載氣中的濃度變高，并且當(dāng)其被進(jìn)料到火焰中時(shí)粉末的可分散性變差，導(dǎo)致在球化過程中粉末的熔合(fusion)，由此獲得的球形氧化鋁粉末趨于具有大粒徑。關(guān)于進(jìn)料到火焰中的原料氫氧化鋁粉末的量，在火焰中的濃度(進(jìn)料的氫氧化鋁粉末的量(g)/進(jìn)料的氣體的量(NL))優(yōu)選大于等于0.01且小于等于2.0，更優(yōu)選大于等于 0. 1且小于等于1. 5。進(jìn)料的氣體的量是指進(jìn)料的可燃?xì)怏w、進(jìn)料的燃燒支持氣體和進(jìn)料的載氣的總量。如果該濃度過低，由于所進(jìn)料的原料氫氧化鋁粉末的量不足，生產(chǎn)率降低。另一方面，如果該濃度過高，同時(shí)與火焰接觸的原料氫氧化鋁粉末的量增加，因此顆粒相互熔合，得到的球形氧化鋁粉末的粒徑趨于變大。關(guān)于進(jìn)料到火焰中的原料氫氧化鋁粉末的量，可燃?xì)怏w比率(進(jìn)料的氫氧化鋁粉末的量(g)/進(jìn)料的可燃?xì)怏w的量(NL))優(yōu)選小于等于10.0，更優(yōu)選小于等于6.0。如果可燃?xì)怏w比率過高，同時(shí)進(jìn)料到火焰中的氫氧化鋁粉末的量增大，難以球化其全部量。從生產(chǎn)率的角度考慮可燃?xì)怏w比率的下限通常大于等于0. 1。在本發(fā)明的方法中，可燃?xì)怏w的例子包括丙烷、丁烷、丙烯、乙炔和氫氣。其中優(yōu)選丙烷(例如，液化丙烷氣(LPG))。燃燒支持氣體的例子包括空氣和氧氣。其中優(yōu)選氧氣。 可燃?xì)怏w和燃燒支持氣體的進(jìn)料條件可以根據(jù)例如生產(chǎn)量來適當(dāng)?shù)卮_定。所述條件通?？筛鶕?jù)所進(jìn)料的原料粉末的量來調(diào)節(jié)。噴射至火焰中的原料氫氧化鋁粉末由于具有高溫的火焰而轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸X，并球化為球形氧化鋁粉末。該如此得到的球形氧化鋁粉末通過通風(fēng)機(jī)吸取并在旋風(fēng)分離器中收集。未在旋風(fēng)分離器中收集的粉末通過袋式過濾器收集，并將廢氣排至空氣中。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末具有小于等于lm2/g，優(yōu)選小于等于0. 8m2/g的通過氮?dú)馕椒y定的比表面積。如果比表面積小于等于lm2/g，當(dāng)粉末混合至樹脂材料中時(shí)可抑制樹脂材料機(jī)械性能的惡化。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末具有大于等于2 μ m且小于等于100 μ m,優(yōu)選大于等于 3 μ m且小于等于70 μ m的平均粒徑D50。此處，平均粒徑D50的含義與上文的定義相同。如果球形氧化鋁粉末具有小于2 μ m的平均粒徑D50，則表面積是大的，因此當(dāng)粉末加入至樹脂材料中時(shí)機(jī)械性能可能變差，而如果粉末具有大于100 μ m的D50，球形氧化鋁顆粒表面的光滑度(flatness)可能變差。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末具有優(yōu)選小于等于4. 0，更優(yōu)選小于等于3. 5的粒徑分布系數(shù)D90/D10。此處，DlO和D90的含義與上文的定義相同。對(duì)D90/D10的下限沒有特別低限定，但其通常大于等于1.5。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末具有小于等于5，優(yōu)選小于等于4的平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的Dbet的比值D50/Dbet。此處，從比表面積計(jì)算的Dbet的含義與上文的定義相同。如果D50/Dbet大于5，由于寬的粒徑分布，細(xì)顆粒或粗顆粒的含量增大。對(duì) D50/Dbet的下限沒有特別地限定，但其通常大于等于1。
在本發(fā)明方法中，關(guān)于原料氫氧化鋁粉末的平均粒徑D50(a)與通過將原料氫氧化鋁粉末噴射至火焰中制備的球形氧化鋁粉末的平均粒徑D50(b)的關(guān)系，D50(a)/D50(b) 優(yōu)選大于等于0. 7且小于等于1. 3，更優(yōu)選大于等于0. 8且小于等于1. 2。如果D50 (a)/ D50 (b)不在上述范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)原料氫氧化鋁粉末的粒徑來控制球形氧化鋁粉末的粒徑可能是困難的。在常規(guī)方法中，如果提高旋風(fēng)分離器的收集效率，則D50(a)/D50(b)可能不是大于等于0. 7且小于等于1. 3，并因此通過調(diào)節(jié)原料氫氧化鋁粉末的粒徑來控制球形氧化鋁粉末的粒徑可能是困難的，而如果D50 (a) /D50 (b)控制在大于等于0. 7且小于等于 1.3，旋風(fēng)分離器的收集效率可能降低。根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)D50(a)/D50(b)被控制在大于等于0. 7且小于等于1. 3時(shí)，可以以高收集效率制備球形氧化鋁粉末。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末的鈾含量小于等于lOppb，優(yōu)選小于等于8ppb。具有小于等于IOppb的鈾含量的粉末由于可以防止半導(dǎo)體元件的操作失誤而優(yōu)選用于半導(dǎo)體的封裝材料(encapsulation materials)。球形氧化鋁粉末中的鈾含量可以通過已知的方法例如輝光放電質(zhì)譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法或熒光測定法量化。其中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法由于其測定下限低是優(yōu)選的。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末在3 μ m到20 μ m的粒徑范圍優(yōu)選具有大于等于0. 90的球形度，因?yàn)槠涞綐渲奶畛湫阅芸梢缘玫教岣摺１景l(fā)明的球形氧化鋁粉末的可溶性Na的量優(yōu)選小于等于500ppm，更優(yōu)選小于等于200ppm?？扇苄訬a的量是指當(dāng)粉末與水接觸時(shí)溶解在水中的Na+離子的量。如果球形氧化鋁粉末中所含的可溶性Na的量在上述范圍內(nèi)，當(dāng)粉末添加到樹脂中時(shí)可以抑制絕緣性質(zhì)的惡化。如果得到的球形氧化鋁粉末不具有足夠的防潮可靠性，則附著在表面的可溶性Na可以通過公知方法例如用水洗除去。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末可以通過本發(fā)明的制備方法特別高效地制備。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末適合用作樹脂填料，并可用于多種樹脂。樹脂的特定例子包括熱塑性樹脂例如聚烯烴樹脂，以聚乙烯和聚丙烯為代表，和丙烯酸類樹脂；熱固性樹脂例如環(huán)氧樹脂和酚樹脂(phenol resins)；以及由有機(jī)硅化合物形成的硅樹脂。當(dāng)本發(fā)明的球形氧化鋁粉末添加到這些樹脂中時(shí)，可為樹脂提供高的導(dǎo)熱性和高的熱絕緣性質(zhì)， 并因此它們特別優(yōu)選地用作用于電子零件中的冷卻構(gòu)件。使用通常所用的任何已知方法，將本發(fā)明的球形氧化鋁粉末與樹脂混合，由此可以得到樹脂組合物。例如，當(dāng)樹脂為液體形式例如液體環(huán)氧樹脂時(shí)，液體樹脂、球形氧化鋁粉末和固化劑彼此混合，然后該混合物通過加熱或紫外線固化以獲得樹脂組合物。可以使用任何已知的固化劑、混合方法和固化方法。另一方面，如果樹脂為固體形式例如聚烯烴樹脂或丙烯酸類樹脂，球形氧化鋁粉末和樹脂彼此混合，然后該混合物通過任何已知方法例如熔體捏合進(jìn)行捏合，由此可以得到所需的樹脂組合物。本發(fā)明的球形氧化鋁粉末與樹脂的混合比例按體積計(jì)優(yōu)選為90%到20%球形氧化鋁粉末，基于按體積計(jì)10%到80%的樹脂，因?yàn)榭商岣邔?dǎo)熱性而沒有樹脂特異性柔韌性的惡化。實(shí)施例本發(fā)明將通過實(shí)施例的方式進(jìn)行更詳細(xì)地描述。(1)平均粒徑(D50)，在10%重量處的粒徑(DlO)，在90%重量處的粒徑(D90)
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通過利用激光散射粒徑分布分析儀(“Microtrac HRAX-100NikkisoCo,Ltd.生產(chǎn))測定粒徑。將待測粉末添加到含有0. 2wt%六偏磷酸鈉的水溶液中，并將其濃度調(diào)節(jié)到可測水平。用輸出為40W的超聲波照射試樣5分鐘，并進(jìn)行測試(n = 2)。用平均值表示粒徑。當(dāng)對(duì)于原料氫氧化鋁粉末測定粒徑時(shí)，折射率為1. 57，當(dāng)對(duì)于球形氧化鋁粉末測定粒徑時(shí)，其為1. 76。D50值是通過從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積達(dá)到50重量％顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑確定的。 按照0. 038的步長[log (粒徑)]，由粒徑分布確定DlO和D90。(2)比表面積比表面積通過氮?dú)馕椒ò凑認(rèn)IS-Z-8830測定。(3) DbetDbet(Pm)按以下公式計(jì)算。6/[比表面積(m2/g) X粉末的真密度(g/cm3)]原料氫氧化鋁和球形氧化鋁的真密度分別為2. 4和3. 7。(4)粉末X-射線衍射測試使用粉末X-射線衍射分析儀(“RINT-2000”，Rigaku公司生產(chǎn))，將氫氧化鋁粉末填充在測試用玻璃池中壓實(shí)，然后在以下條件下進(jìn)行測試。Cu用作X-射線源。(測試條件)步寬0. 02deg掃描速度0. 04deg/秒加速電壓40kV加速電流30mA(5)峰強(qiáng)度比值 1(110)/I (002)從粉末X-射線衍射測試的結(jié)果，與JCPDS卡片No. 70-2038對(duì)比，在2 θ為18. 3° 位置出現(xiàn)的峰被指認(rèn)為晶面(002)，在2 θ為20. 3°位置出現(xiàn)的峰被指認(rèn)為晶面(110)。峰強(qiáng)度比值1(110)/1(002)由峰高來確定。(6) Na2O 含量氫氧化鋁粉末在空氣氣氛中于1100°C煅燒池，然后根據(jù)JIS-R9301-3-9測定氫氧化鋁粉末中的Na2O含量。(7)可溶性Na的量將Ig球形氧化鋁粉末添加到IOmL常溫的純水中，將混合物攪拌10秒。然后，通過離心進(jìn)行固-液分離，取出所得上清液。通過使用離子色譜法測定液體中提取的可溶性Na。(8)鈾含量在硫酸和磷酸的混合水溶液中對(duì)氫氧化鋁粉末或球形氧化鋁粉末進(jìn)行加熱以溶解其中的粉末，由此制備水溶液。然后，將所得水溶液與含有磷酸三丁酯的環(huán)己烷溶液接觸，其通常用作提取鈾的試劑，來提取水溶液中含有的鈾。之后，提取液再與純水接觸。通過反提取轉(zhuǎn)移到水相中的鈾使用具有U238amu強(qiáng)度的ICP-MS測定。對(duì)于繪制校準(zhǔn)曲線，使用SPEX生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。(9)收集效率
在旋風(fēng)分離器中的收集效率(％ )由以下計(jì)算公式計(jì)算。收集效率(％ )=[旋風(fēng)分離器中的收集量(g)]/[進(jìn)料的原料量 (g) χ 102/156] X 100其中，102為氧化鋁的分子量，156是三水鋁石形式的氫氧化鋁的分子量。實(shí)施例1作為原料氫氧化鋁，使用三水鋁石形式的氫氧化鋁粉末，其用0. Iwt % (按SiO2 計(jì))的硅烷偶聯(lián)劑表面處理并具有以下物理性質(zhì)1. 2m2/g的比表面積、1. 5 μ m的D10、 8· 8μπι 的 D50、17ym 的 D90、4. 2 的 D50/Dbet、ll 的 D90/D10、0. 38 的峰強(qiáng)度比值 1(110)/ 1(002),0. 16wt%的Na2O含量以及5ppb的鈾含量。將該氫氧化鋁粉末進(jìn)料到由可燃?xì)怏w和燃燒支持氣體組成的、溫度大于等于1500°C的高溫火焰中，并球化。條件如下(1)載氣中的濃度(進(jìn)料的氫氧化鋁粉末的量(g)/進(jìn)料的載氣的量(NL))4. 0(2)火焰中的濃度(進(jìn)料的氫氧化鋁粉末的量(g)/進(jìn)料的氣體的量(NL)) 0. 4(3)可燃?xì)怏w比率(進(jìn)料的氫氧化鋁粉末的量(g)/進(jìn)料的可燃?xì)怏w的量(NL))2. 4(4)可燃?xì)怏w燃燒支持氣體比值0. 23作為可燃?xì)怏w使用LPG，作為燃燒支持氣體和載氣使用氧氣。之后，在旋風(fēng)分離器中收集所得粉末以獲得球形氧化鋁粉末。旋風(fēng)分離器的收集效率為84%。得到的球形氧化鋁粉末的物理性質(zhì)為比表面積為0. 6m2/g，D50為7. 7 μ m，D50/ Dbet為2. 7，D90/D10為2. 8，可溶性Na量為139ppm,以及鈾含量為7ppb。實(shí)施例2以與實(shí)施例1中相同的方式得到球形氧化鋁粉末，不同之處在于將未經(jīng)過表面處理的、具有表1顯示的物理性質(zhì)的三水鋁石形式的氫氧化鋁粉末用作原料氫氧化鋁粉末。 旋風(fēng)分離器的收集效率為81%。得到的球形氧化鋁粉末的物理性質(zhì)示于表2。對(duì)比例1以與實(shí)施例1中相同的方式得到球形氧化鋁粉末，不同之處在于將未經(jīng)過表面處理的、具有表1顯示的物理性質(zhì)的三水鋁石形式的氫氧化鋁粉末用作原料氫氧化鋁粉末。 旋風(fēng)分離器的收集效率為72%。得到的球形氧化鋁粉末的物理性質(zhì)示于表2。表1原料氫氧化鋁粉末的物理性質(zhì)值
權(quán)利要求
1.制備球形氧化鋁粉末的方法，包括以下步驟噴射氫氧化鋁粉末至火焰中，該氫氧化鋁粉末具有大于等于0. 3m2/g且小于等于3m2/g 的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、小于等于10的平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值D50/Dbet以及大于等于2 μ m且小于等于100 μ m的平均粒徑D50 ； 其中，所述D50是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt% 顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，然后以粉末形式收集它。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其中所述氫氧化鋁粉末具有通過粉末X-射線衍射測定的三水鋁石晶型以及大于等于0.20的晶面(110)與晶面(002)的峰強(qiáng)度比值1(110)/ I (002)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制備方法，其中所述氫氧化鋁粉末具有小于等于12的粒徑 DlO與粒徑D90的粒徑分布系數(shù)D90/D10，其中粒徑DlO是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積IOwt %顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，以及粒徑D90是累積90wt% 顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其中所述氫氧化鋁粉末具有小于等于IOppb的鈾含量。
5.用于添加到樹脂中的球形氧化鋁粉末，其具有大于等于2μπι且小于等于ΙΟΟμπι的平均粒徑D50、小于等于lm2/g的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、小于等于5的所述平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值D50/Dbet以及小于等于 IOppb的鈾含量；其中，所述D50是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。
6.用于制備球形氧化鋁的氫氧化鋁粉末，其具有大于等于0.3m2/g且小于等于3m2/g的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、小于等于10的平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值D50/Dbet、小于等于12的粒徑DlO與粒徑D90的粒徑分布系數(shù) D90/D10、通過X-射線衍射測定的三水鋁石晶型以及大于等于0. 20的晶面(110)和(002) 之間的峰強(qiáng)度比值1(110)/1(00 ；其中，所述D50是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt%顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，DlO是從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積 10襯％顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，以及D90是累積90襯％顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的用于制備球形氧化鋁的氫氧化鋁粉末，其具有小于等于IOppb的鈾含量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備球形氧化鋁粉末的方法。一種包括以下步驟的制備方法噴射具有大于等于0.3m2/g且小于等于3m2/g的通過氮?dú)馕椒椒y定的比表面積、小于等于10的平均粒徑D50與從比表面積計(jì)算得到的球形轉(zhuǎn)換粒徑Dbet的比值以及大于等于2μm且小于等于100μm的平均粒徑D50的氫氧化鋁粉末至火焰中，然后以粉末形式收集它以提供具有小比表面積和低鈾含量以及能夠向樹脂組合物提供高導(dǎo)熱性的球形氧化鋁粉末；其中，所述D50是在通過激光衍射散射法測定的粒徑分布中從最細(xì)的顆粒一側(cè)累積50wt％顆粒時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。
文檔編號(hào)C01F7/30GK102249276SQ20111015794
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者今井篤比古, 川村祐介, 柏原孝行, 澤野清志, 高橋浩 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社, 新日鐵高新材料股份有限公司