[发明专利]空位少的纯尖晶石相镁铝尖晶石粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种镁铝尖晶石的制备方法，特别是一种纯尖晶石相镁铝尖晶石粉体的制备方法。

背景技术

透明尖晶石陶瓷是性能优异的高温窗口材料、红外整流罩材料以及人、机军事装甲材料。尖晶石晶格中的空位是一种色心，对光起散射作用，降低陶瓷的透光率。因此，要制备透光度高的尖晶石陶瓷，需要采用空位尽可能少的尖晶石粉体。

在MgO-Al₂O₃二元系中，形成纯尖晶石相的化学组成范围是MgO﹕Al₂O₃（摩尔比）为1﹕4～6，镁含量越高，尖晶石中的空位越少。因此，制备透明尖晶石陶瓷应采用MgO﹕Al₂O₃（摩尔比）在1﹕4附近的尖晶石粉体。

共沉淀法是制备复合氧化物粉体的常用方法，但要获得性能优异的粉体，需要控制的工艺参数很多，原料配合比、沉淀pH值及洗涤胶状沉淀物的洗涤剂均为制备特殊氧化物含量比的复合氧化物粉体需要控制的因素。

马亚鲁、周有福等以及赵惠忠等分别采用共沉淀法制备了镁铝尖晶石粉体，但他们所采用的原料配合比、沉淀pH值及洗涤胶状沉淀物的洗涤剂不能从理论上保证生成纯尖晶石相的粉体甚至空位少的纯尖晶石相，也没有相关的化学成分分析说明其所制备的尖晶石中的MgO与Al₂O₃的含量比。

马亚鲁以化学纯MgCl₂·6H₂O、AlCl₃·6H₂O为原料，化学纯NH₃·H₂O为沉淀剂，按照MgO﹕Al₂O₃（摩尔比）为1﹕1.5将MgCl₂·6H₂O与AlCl₃·6H₂O的水溶液混合，配制成浓度为0.5mol/L的混合盐溶液（其中C_Mg²⁺=0.4mol/L，C_Al³⁺=0.3mol/L），在快速搅拌下缓慢滴入氨水溶液，保持溶液的pH=11～12。生成的白色絮状沉淀经过滤、水洗除去杂质（Cl^－、NH⁴⁺、NO^3－等）。为避免干燥及煅烧过程中形成硬团聚，在过滤、水洗后用一定量的表面活性剂改性脱水。然后经90℃烘干、煅烧（900℃、1h），球磨分散得到MgAl₂O₄粉末。根据文献，当采用的原料配合比是MgO﹕Al₂O₃（摩尔比）为1﹕1.5时，生成的应该是尖晶石和方镁石两相；而且其沉淀的pH值是11～12，此时Al(OH)₃会大量溶解；用水洗涤胶状沉淀物时，Mg(OH)₂也会大量溶解，由于Al(OH)₃和Mg(OH)₂都大量溶解，使得不能从理论上分析出产物中的MgO﹕Al₂O₃（摩尔比），不能判断出将会生成什么相。遗憾的是该篇文章既没有X射线衍射（XRD）谱线，也没有透射电镜（TEM）的选区电子衍射（SAED）照片，无法证明其制备出的到底是何种物相。

周有福等采用镁硝酸盐和铝硝酸盐以1﹕2的金属离子摩尔比配制混合溶液，添加硫酸铵作为助剂，控制沉淀过程中的pH值在5～9，以碳酸氢铵水溶液为沉淀剂进行沉淀，沉淀物先用水洗涤，再用有机溶剂洗涤后，干燥、煅烧得到镁铝尖晶石。该篇文章采用的原料比是Mg²⁺﹕Al³⁺（摩尔比）为1﹕2，折合成MgO﹕Al₂O₃（摩尔比）是1﹕1，根据文献，该配合比也将生成尖晶石和方镁石两相；其沉淀的pH值范围是5～9，在这个pH值范围内，Al(OH)₃完全沉淀而Mg(OH)₂大量溶解，几乎没有Mg(OH)₂生成；且用水洗涤胶状沉淀物又会使Mg(OH)₂大量溶解，导致产物中的Al₂O₃含量远远大于MgO含量。虽然其XRD谱线是尖晶石相，但是也只是空位很多的尖晶石相。