[发明专利]具有受控形态的过渡氧化铝微粒材料及其形成方法

说明书

背景

发明领域

本发明一般地涉及过渡氧化铝微粒材料及其形成方法。更具体地，本发明 涉及具有新形态特征的过渡氧化铝微粒材料。

相关技术介绍

含铝材料大量应用于各种工业应用和技术，例如从集中于光学和光电子应 用的单晶应用，到用于游离磨料(free abrasive)、黏结磨料(bonded abrasive) 和涂覆磨料(coated abrasive)的多晶研磨颗粒。含铝材料一般是多形体，可包 括各种水合形式，如勃姆石和水铝矿。在各种氧化铝材料中，矾土(即三氧化 二铝)是特别受青睐的材料。在各种工业应用中，氧化铝以其最硬、最稳定的 同素异形态得到使用，这就是α-氧化铝。然而，包括γ、δ和θ形态在内的过 渡形式的氧化铝也获得商业青睐，因为这些相态具有人们所需的性质，如所需 的硬度和表面积特性，使得过渡氧化铝在印刷油墨和催化剂载体等广泛领域备 受关注。

目前可获得的过渡氧化铝一般是通过对过渡氧化铝前体材料进行热处理 来加工的，即将水铝矿、勃姆石或拜耳体之类的前体材料加热到所需的相变温 度。其他技术依赖于通过湿化学工艺进行的直接合成，如通过烷氧化铝的水解。 使当前的技术常常受到困扰的问题是产率低、费用高和/或形成基于对过渡氧化 铝的开发可能会在新兴市场感兴趣的新形态的灵活性受限。

因此，本领域显然需要具有新形态特征的过渡氧化铝。除了希望产生新材 料外，还需要开发能够形成这种材料的加工技术。就这样的加工技术而言，希 望它成本低、控制比较简便、产率高。

发明概述

根据一种实施方式，氧化铝微粒材料包含含有过渡氧化铝、长径比不小于 3:1、平均粒径不小于约110纳米且不大于1000纳米的颗粒。

根据另一种实施方式，氧化铝微粒材料主要包含加晶种的针状颗粒，所述颗 粒包含过渡氧化铝、长径比不小于3:1、次长径比不大于3:1、平均粒径不小于约 75纳米。

根据另一种实施方式，氧化铝微粒材料主要包含加晶种的薄片状颗粒，所述 颗粒包含过渡氧化铝、长径比不小于3:1、次长径比不大于3:1、平均粒径不小于 约125纳米。

根据另一种实施方式，形成氧化铝微粒材料的方法要求提供勃姆石前体和勃 姆石晶种的悬浮液，加热该悬浮液，使勃姆石前体转化为勃姆石微粒材料；焙烧勃 姆石微粒材料，使勃姆石微粒材料转变为过渡氧化铝微粒材料。

附图简述

参考附图，本领域的技术人员能够更好地理解本发明内容，其众多特征和优 点也将变得显而易见。

图1所示为小盘状过渡氧化铝的SEM显微图片。

图2所示为针状过渡氧化铝的SEM显微图片。

图3所示为椭圆体状过渡氧化铝的SEM显微图片。

各图中相同的标记用来表示类似或相同的项目。

优选实施方式详述

根据本发明的一种实施方式，通过加晶种的处理路径形成过渡氧化铝微粒 材料粉末。该处理路径通常涉及对过渡氧化铝前体进行热处理，形成过渡氧化 铝，其形式为γ-、δ-或θ-氧化物、或它们的组合。过渡氧化铝一般是大量的微 粒材料，可由完全分散的、部分团集的、或完全团集的颗粒组成。干态微粒材 料可描述为粉末。所述方法通常利用勃姆石作为过渡氧化铝前体，所述前体通 过上述加晶种的处理路径进行处理。更详细地说，所述处理路径包括提供勃姆 石前体和勃姆石晶种的悬浮液，热处理(如通过水热处理)该悬浮液(或者溶 胶或浆液)，使勃姆石前体转化为由颗粒或微晶形成的勃姆石微粒材料。然后 对勃姆石微粒材料进行热处理，使之发生多形态转变，形成过渡氧化铝。根据 一个特定方面，勃姆石微粒材料具有相对细长的形态，这里一般用术语长径比 描述，下面将有更详细的说明。此外，与勃姆石相关的形态特征保留在最后的 过渡氧化铝微粒材料中。

这里用术语“勃姆石”总地表示水合氧化铝，包括矿物勃姆石和假勃姆石， 前者通常是Al₂O₃·H₂O，含水量为15重量％左右，后者含水量高于15重量％， 如20—38重量％。应当指出，勃姆石(包括假勃姆石)具有可鉴别的特定晶 体结构，因此有独特的X射线衍射图谱，可与其他含铝材料相区分，包括其他 水合氧化铝如ATH(三氢氧化铝)，ATH是这里用来制备勃姆石微粒材料的 常用前体材料。