專利名稱：亞球形氧化鋁粉末、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁粉末，具體涉及一種顆粒分布均勻的亞球形顆粒的氧化鋁粉末、其制造方法及應(yīng)用。
氧化鋁是許多發(fā)光材料的基質(zhì)材料。因?yàn)榘l(fā)光材料對微量雜質(zhì)非常敏感，故用于制備發(fā)光材料的氧化鋁必須有很高的化學(xué)純度，并且還必須具有良好的晶形、晶貌。這也就是說，氧化鋁的晶體顆粒狀態(tài)對制備發(fā)光材料是至關(guān)重要的?，F(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)典方法制備的氧化鋁，其化學(xué)純度基本可以滿足制備熒光粉的要求，但由于晶體形狀不佳，比表面積過大，且在掃描電鏡下，呈空心絮狀結(jié)構(gòu)，用該氧化鋁制造的熒光粉，往往粒度分布很寬，必須磨粉后消除粗顆粒，同時(shí)還須水析分級除去超細(xì)顆粒。往往還會(huì)因反應(yīng)不完全，留有游離氧化鋁，發(fā)光效率差，這對制備發(fā)光材料是十分不利的。當(dāng)前，顯示技術(shù)發(fā)展迅速，平板顯示技術(shù)的商業(yè)化，指日可待。因此提高氧化鋁晶體質(zhì)量，克服空心絮狀氧化鋁的缺點(diǎn)，是迫在眼前的十分重要的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末；本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備本發(fā)明的顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末的制造方法。
本發(fā)明針對上述問題，從研究熒光粉的基質(zhì)材料對獲得良好的熒光粉著手，開發(fā)了亞球形顆粒的氧化鋁。為了克服氧化鋁晶體空心絮狀結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在制造過程中使其化學(xué)組成中引入了適量的氟離子，增加氧化鋁晶體成長速度，使之收縮成球形或亞球形的晶體顆粒。
通常氧化鋁是由鋁的氫氧化物、鋁的強(qiáng)酸鹽或其水介產(chǎn)物，經(jīng)高溫脫水分解成氧化鋁。由于鋁的鹽類或氫氧化物含水量高，極易生成一種超細(xì)的凝膠體，故經(jīng)高溫?zé)珊蟮难趸X，在掃描電鏡下一般都是空心絮狀晶體。燒成溫度高低，只是影響氧化鋁的晶體相位結(jié)構(gòu)變化。通常燒成溫度小于1000℃的氧化鋁以β、γ相為主，當(dāng)燒成溫度大于1100℃的氧化鋁以α相為主。但無論α相還是β、γ相，其晶體表面結(jié)構(gòu)，在掃描電鏡下都顯示空心絮狀結(jié)構(gòu)(見

圖1)。
本發(fā)明的顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末，它的化學(xué)表達(dá)式為Aln+2(0，F(xiàn)n)3式中n＝1×10-4-1×10-1。
本發(fā)明的顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末的制備方法包括(1)配制鋁的強(qiáng)酸鹽溶液，該鋁的強(qiáng)酸鹽可選自氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁或硫酸鋁銨復(fù)鹽等；
(2)在上述鋁的強(qiáng)酸鹽溶液中加入氨水使其中和水解；(3)使鋁鹽的水解產(chǎn)物脫水；(4)將得到的脫水產(chǎn)物烘干、燒成并過篩；其特征在于當(dāng)鋁的強(qiáng)酸鹽溶液中和水解時(shí)加入氟離子，或直接在脫水產(chǎn)物中加入氟離子，其添加量要使脫水產(chǎn)物Aln+2(0，F(xiàn)n)3中的n＝1×10-4-1×10-1。
本發(fā)明一般采用提純后的硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁等鋁的強(qiáng)酸鹽或鋁的復(fù)鹽為原料，在稀氨水溶液中添加一定量的氟化氫銨(NH4HF2)或氫氟酸，將其慢慢倒入鋁鹽水溶液中使鋁鹽中和水解，水解產(chǎn)物經(jīng)清洗、脫水、燒成、過篩后，即獲得本發(fā)明的亞球形氧化鋁晶體粉末。
對于引入氟離子的方法也可以安排其他方式，比如不加在氨水中，而是在鋁鹽中和水解、并將該水解產(chǎn)物清洗、脫水以后，直接在脫水產(chǎn)物中加入氟化氫銨或氫氟酸。
本發(fā)明的制造過程中，引入了氟離子，使鋁鹽的水解產(chǎn)物在脫水、燒成過程中，氧化鋁收縮成亞球狀晶體(見圖2)。
在相同制造方法下，氟離子的添加量不同，所得氧化鋁的晶體收縮大小、形狀不一。本發(fā)明的氟離子的添加量范圍控制在要使n＝1×10-4-1×10-1為好。當(dāng)氟離子的添加量使n＜1×10-4時(shí)，則燒成后的氧化鋁收縮不佳，呈絮狀晶體，因此n的數(shù)值必須大于1×10-4。當(dāng)n為5×10-4～5×10-2時(shí)，則效果最佳，晶體呈亞球形。用該氧化鋁制造熒光粉的效果最佳，發(fā)光效率最高。當(dāng)n超過1×10-1時(shí)，則燒成后的氧化鋁易結(jié)塊，且用此氧化鋁去制造熒光粉時(shí)，體色發(fā)黃，熱穩(wěn)定性差，熒光粉的粒度分布也不佳，效果不明顯。
現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的氧化鋁，由于結(jié)晶形狀不佳，比表面積過大，晶體呈網(wǎng)狀或絮狀空心結(jié)構(gòu)，造成用該氧化鋁制造的熒光粉的晶體發(fā)育不良、粒度分布不好、發(fā)光效率不高、熱穩(wěn)定性差等一系列缺點(diǎn)。
本發(fā)明Al2+n(O，F(xiàn)n)3有以下特點(diǎn)1.本發(fā)明的氧化鋁晶體呈亞球形或球形結(jié)構(gòu)，粒度均勻并為非絮狀結(jié)構(gòu)。
2.本發(fā)明氧化鋁的制造工藝簡便、成本低。
3.由于本發(fā)明的氧化鋁晶體從空心絮狀結(jié)構(gòu)收縮成亞球形或球形結(jié)構(gòu)，使氧化鋁的假比重增大，故采用本發(fā)明的氧化鋁制造熒光粉時(shí)，裝料容量大，混料均勻，能制造出優(yōu)良的熒光粉，且制造熒光粉的成本低。
采用本發(fā)明的氧化鋁制造熒光粉時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于熒光粉的燒成溫度高，采用市售高純α-Al2O3制造熒光粉時(shí)，不但粉體十分堅(jiān)硬，且后處理困難，收率低、成本高，而用本發(fā)明的Al2O3制造熒光粉即使燒成溫度超過1550℃時(shí)，燒成后的熒光粉也不太堅(jiān)硬，后處理方便。
2.采用本發(fā)明的氧化鋁制造熒光粉或其它精密陶瓷，電子元器件時(shí)，由于本發(fā)明氧化鋁內(nèi)含有微量AlF3，故能起到助溶劑作用，使燒成溫度范圍變寬，操作彈性范圍變大，不會(huì)因燒成溫度過高，過低給燒成產(chǎn)品帶來嚴(yán)重影響。
3.采用本發(fā)明的氧化鋁制造多鋁酸鹽藍(lán)色熒光粉時(shí)，不用添加任何熔劑，就能獲得具有六角形晶體的粉末，且粉體亮度高，熱穩(wěn)定性好。而采用市售高純度α-Al2O3很難獲得六角形晶體粉末。且有粉體亮度低，粒度分布差，熱穩(wěn)定性不好等缺點(diǎn)。
4.采用本發(fā)明的氧化鋁所制造的熒光粉，具有粒度分布均勻，燒成后的產(chǎn)品質(zhì)量好，收率高等優(yōu)點(diǎn)，并能制得不球磨熒光粉(nomill phosphor)。
以下是本發(fā)明制造方法的詳細(xì)說明稱取一定量的鋁鹽加純水溶解，使Al2O3含量約為100g/l，將氨水稀釋至2～5N，并加一定量的NH4HF2，攪拌10分鐘后緩慢地將所配制的氨水加到鋁鹽的水溶液中，邊加邊攪拌。加料時(shí)間控制在1～3小時(shí)?？刂品磻?yīng)溫度在40～80℃之間。等反應(yīng)結(jié)束后澄清1小時(shí)棄去上清液。將沉淀物用熱純水清洗2～5次，過濾，甩干，得含氟的鋁的水解產(chǎn)物。將上述固體物料在100℃烘干，放入高溫爐燒成。燒成溫度為900～1300℃，保溫時(shí)間1～3小時(shí)，燒成溫度可按需要選用。燒成溫度小于1000℃時(shí)，所得產(chǎn)品氧化鋁以β、γ相為主。大于1100℃時(shí)，所得產(chǎn)品氧化鋁以α相為主。將上述燒成物料100目過篩，即獲得本發(fā)明的亞球形顆粒氧化鋁。
以下是本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例范圍內(nèi)；應(yīng)該理解，不管采用什么方法，凡是在氧化鋁粉末中引入氟離子(或其它離子)使氧化鋁晶體顆粒改善的發(fā)明都在本發(fā)明的范疇以內(nèi)。實(shí)施例1(1)稱取提純的硫酸鋁銨復(fù)鹽1000g，加純水溶解，至總體積為1000ml，攪拌加熱至40～80℃。
(2)將市售氨水溶液稀釋至2N，加8.55g NH4HF2攪拌10分鐘，溫度宜小于40℃。
(3)將上述配制好的氨水溶液緩慢地加入到已配制好的鋁銨復(fù)鹽溶液中，邊攪拌邊中和水解至PH＝6.5～8.5。反應(yīng)溫度控制在50～70℃，反應(yīng)結(jié)束后澄清1小時(shí)，再將上清液棄去。
(4)將沉淀物用純水清洗5次(80℃左右的熱水、每次約500ml)，離心脫水，100℃烘干。
(5)將烘干物料放入燒成爐內(nèi)，1200℃燒成，保溫3小時(shí)，冷卻出料，100目過篩，即為本發(fā)明的產(chǎn)品Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝1×10-1，該產(chǎn)品經(jīng)X衍射說明其是以α相為主相，基本無雜相。實(shí)施例2按實(shí)施例1的步驟，僅最后一步燒成溫度改為900℃，其余同實(shí)施例1。所得產(chǎn)品經(jīng)X衍射說明其是以β相為主相的氧化鋁。實(shí)施例3將實(shí)施例1中的NH4HF2加量改為4.28g，其余同實(shí)施例1，得到本發(fā)明的產(chǎn)品——Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝5×10-2。實(shí)施例4將實(shí)施例1中的NH4HF2加量改為0.855g，其余同實(shí)施例1，得到本發(fā)明的產(chǎn)品——Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝1×10-2。實(shí)施例5將實(shí)施例1中的NH4HF2加量改為0.428g，其余同實(shí)施例1，得到本發(fā)明的產(chǎn)品——Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝5×10-3。實(shí)施例6將實(shí)施例1中的NH4HF2加量改為0.0855g，其余同實(shí)施例1，得到本發(fā)明的產(chǎn)品——Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝1×10-3。實(shí)施例7將實(shí)施例1中的NH4HF2加量改為0.0428g，其余同實(shí)施例1，得到本發(fā)明的產(chǎn)品——Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝5×10-4。實(shí)施例8將實(shí)施例1中的NH4HF2加量改為0.00855g，其余同實(shí)施例1，得到本發(fā)明的產(chǎn)品——Aln+2(0，F(xiàn)n)3，其中n＝1×10-4。
以上8個(gè)實(shí)施例，經(jīng)測試評價(jià)，其結(jié)果列于表一
表一氟離子添加量對氧化鋁的比表面積和假比重的影響
從表一的實(shí)施例可見，隨著氟離子添加量增大，比表面積減小，而假比重增大。由于對比例不加氟離子，故比表面積達(dá)38000cm2/g，在掃描電鏡下，呈空心網(wǎng)狀或絮狀結(jié)構(gòu)(見圖1)，且假比重小。當(dāng)n＝5×10-2～1×10-2時(shí)，氧化鋁的比表面積為4500～5800cm2/g，假比重為0.38～0.25，在掃描電鏡下，呈亞球狀結(jié)構(gòu)(見圖2)。由此可見，若要獲得亞球狀結(jié)構(gòu)氧化鋁，則必須引入氟離子，在本發(fā)明范圍內(nèi)氟離子的添加得越多，氧化鋁晶體收縮得越佳。
用上述實(shí)施例和對比例、通常例的氧化鋁，制造多鋁酸鹽綠色熒光粉，經(jīng)測試評價(jià)，其結(jié)果列于表二。
表二氟離子添加量對綠色熒光粉性能的影響
由表二可知，用本發(fā)明的氧化鋁制造綠色熒光粉的效果是十分明顯的。采用本發(fā)明的氧化鋁與對比例氧化鋁相比，熒光粉的相對亮度分別提高1～8％，與通常例相比，熒光粉的相對亮度可提高1～11％。熒光粉熱穩(wěn)定性也提高2％左右。且采用本發(fā)明的氧化鋁粒度分布好，可以制造成不球磨熒光粉。而且通常例及對比例的氧化鋁，不能獲得同一品質(zhì)的不球磨熒光粉。因此，本發(fā)明克服和解決了多鋁酸鹽熒光粉的亮度和不球磨粉之間長期存在的難度。
再將上述實(shí)施例和對比例、通常例中的氧化鋁分別制造成多鋁酸鹽藍(lán)色熒光粉，經(jīng)測試評價(jià)，其結(jié)果列于表三。
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由表三可知，用本發(fā)明的氧化鋁制造成藍(lán)色熒光粉的效果也是十分明顯的。采用本發(fā)明的氧化鋁與對比例的氧化鋁相比，熒光粉的相對亮度分別提高3～17％；與通常例相比，熒光粉的相對亮度可提高4～18％；熱穩(wěn)定性也提高5％以上。由此可見本發(fā)明的效果是十分顯著的，是制造熒光粉的最佳材料。再從掃描電鏡可見，用本發(fā)明的氧化鋁所制造的藍(lán)色熒光粉的晶體形狀明顯可見為六角形(見圖3)，而用對比例或通常例的氧化鋁所制造的藍(lán)色熒光粉的晶體形狀，很難看到六角形(見圖4)。由此說明用本發(fā)明的氧化鋁制造藍(lán)色熒光粉的晶體生長十分完美，而用對比例及通常例的氧化鋁制造的藍(lán)色熒光粉，盡管制造工藝相同，但熒光粉的晶體發(fā)育不良，不能明顯見到六角形(見圖4)。
本發(fā)明產(chǎn)品主要用于制造三基色熒光粉、PDP熒光粉、彩電或顯示用熒光粉。
本發(fā)明產(chǎn)品還可用于制造精細(xì)陶瓷產(chǎn)品、半透明陶瓷管、研磨材料、電子元器件、醫(yī)療器件等。
權(quán)利要求
1.一種顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末，其特征在于它的化學(xué)表達(dá)式為Aln+2(0，F(xiàn)n)3，式中n＝1×10-4-1×10-1。
2.如權(quán)利要求1所述的亞球形氧化鋁粉末，其特征還在于其化學(xué)表達(dá)式中的n＝5×10-4-5×10-2。
3.如權(quán)利要求1所述的亞球形氧化鋁粉末的制備方法，該方法包括(1)配制鋁的強(qiáng)酸鹽溶液，該鋁的強(qiáng)酸鹽可選自氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁或硫酸鋁銨復(fù)鹽等；(2)在上述鋁的強(qiáng)酸鹽溶液中加入氨水使其中和水解；(3)使鋁鹽的水解產(chǎn)物脫水；(4)將得到的脫水產(chǎn)物烘干、燒成并過篩；其特征在于在鋁的強(qiáng)酸鹽溶液中和水解時(shí)或直接在脫水產(chǎn)物中加入氟離子，其添加量要使脫水產(chǎn)物Aln+2(0，F(xiàn)n)3中的n＝1×10-4-1×10-1。
4.如權(quán)利要求3所述的亞球形氧化鋁粉末的制備方法，其特征在于所述鋁的強(qiáng)酸鹽為硫酸鋁銨復(fù)鹽，在硫酸鋁銨復(fù)鹽溶液中加入氨水中和水解，該氨水中并添加有氟化氫銨或氫氟酸。
5.如權(quán)利要求3所述的亞球形氧化鋁粉末的制備方法，其特征在于所述鋁的強(qiáng)酸鹽為硫酸鋁銨復(fù)鹽，在硫酸鋁銨復(fù)鹽的水解產(chǎn)物脫水后，直接在脫水產(chǎn)物中加入氟化氫銨或氫氟酸。
6.如權(quán)利要求3，4或5中任一亞球形氧化鋁粉末的制備方法，其特征在于其水解工藝條件為反應(yīng)溫度為40-80℃，反應(yīng)時(shí)間為1-5小時(shí)，水解最終pH值在6.5-8.5之間。
7.如權(quán)利要求3，4或5中任一亞球形氧化鋁粉末的制備方法，其特征在于其燒成工藝條件為燒成溫度為800-1300℃，達(dá)到燒成溫度后保溫1-3小時(shí)。
8.如權(quán)利要求6所述的亞球形氧化鋁粉末的制備方法，其特征在于其燒成工藝條件為燒成溫度為800-1300℃，達(dá)到燒成溫度后保溫1-3小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1或2所述的亞球形氧化鋁粉末的應(yīng)用，其特征在于它被用于制造發(fā)光材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種特別適用于制備發(fā)光材料的、顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末、其制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明顆粒分布均勻的亞球形氧化鋁粉末的化學(xué)表達(dá)式為Al
文檔編號C01F7/00GK1158821SQ9612176
公開日1997年9月10日 申請日期1996年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月21日
發(fā)明者仝茂福 申請人:仝茂福