[发明专利]一种焰熔法宝石生产用球形空心氧化铝粉的化学制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及有色宝石单晶生长和空心氧化铝微球生产领域，尤其涉及一种用于焰熔法宝石生产的球形空心氧化铝粉的化学制备方法。

背景技术：

刚玉类宝石晶体具有强度硬、耐高温耐磨擦，耐腐蚀能力强、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性，因此做为重要的技术晶体材料，合成刚玉类宝石已被广泛应用在国防、军事、科研等一系列高科技技术领域，同时在民用工业上也有大量的应用。

焰熔法是目前可以工业化生产刚玉类宝石晶体的一种重要方法。焰熔法生产宝石单晶是使用氢气热量融化晶体粉末原料，形成液态高温熔体，进一步使之结晶并生长成为单晶体。而根据不同的性能和使用要求，人们通过各种合成方法在焰熔法宝石原料中加入不同的着色剂，以获得不同颜色的宝石晶体，应用于不同的领域。

空心球材料是一种新型材料，它具有大的内部空间、一定厚度壳层即球形外形的特殊结构，所以具有流动性好、密度低、比表面积大、过滤性好等特殊性质，可作为轻质结构材料、隔热和电绝缘材料、颜料、催化剂载体等。而氧化铝本身具有高强度、高硬度、热膨胀系数小和耐磨等优良的物理化学性能，空心氧化铝球则同时具备了氧化铝以及空心球的优点，具有广阔的应用前景。

在焰熔法宝石生产领域使用球形空心氧化铝颗粒作为原料，一方面由于原料的空心结构，具有较大的比表面积，更易吸收热量融化，非常有利于晶体生长；另一方面，球状氧化铝颗粒粒度较为均匀，流动性好，用于焰熔法宝石生产时，下料更加均匀，不易堵塞筛网，更加有利于宝石生长的控制。

发明内容：

    本发明的目的是提供一种焰熔法宝石生产用球形空心氧化铝粉的化学制备方法，并过控制各种杂质的含量来控制晶体颜色。

本发明的技术方案如下：

一种焰熔法宝石生产用球形空心氧化铝粉的化学制备方法，包括以下步骤：

（1）、硫酸铝溶液的制备：

将氢氧化铝粉料加入到V_H2SO4:V_H2O=1:3的比例稀释的硫酸中，加热温度至80℃并搅拌，即可制的硫酸铝胶体，加适量水溶解后可得硫酸铝溶液；

（2）、化学沉淀制备氢氧化铝胶体：

首先将步骤（1）得到的硫酸铝溶液加入到良溶剂A与架桥剂B的混合溶液中, 在搅拌条件下倒入沉淀剂C和平均粒径为0.5~2μm的炭球，得到氢氧化铝与炭球的乳滴, 随乳滴中良溶剂迅速扩散至不良溶剂中,氢氧化铝和炭球共沉在乳滴中形成球形颗粒, 过滤后即得包覆碳球的球形氢氧化铝胶体；

（3）、氢氧化铝胶体的焙烧：

a：低温烘干：将步骤（2）得到的氢氧化铝胶体装入刚玉匣钵中，置于70～80℃温度下干燥12h；

b：高温烧结：将烘干后的坯料装入高温炉中，升温至500℃，恒温5-10小时；

c：筛选：通过振动筛分散、筛选，得到球形空心高纯氧化铝颗粒；

（4）、掺杂剂的添加：

a：着色剂的选择：根据所需要的宝石颜色，选择着色剂种类，红宝石为Cr₂O₃，蓝宝石为Fe₂O₃和TiO₂，添加量为0.01%-1%，再根据所需要的颜色种类：红色、紫红色、橙红色和颜色深浅添加Ca、Mg、V、Co、Mn等元素中的一种或几种，添加量为0.01%-0.1%；

b：着色剂的配置：根据选择的着色剂配比， Cr₂O₃以重铬酸铵为制剂，Fe₂O₃和TiO₂以硫酸高铁铵和氟钛酸铵为制剂，将称量好的制剂和着色剂依次加入纯水中搅拌、溶解；

c：浸泡：称取1-3kg的球形空心高纯氧化铝颗粒料装入坩埚，加入1-5 L的配置好的着色剂，覆盖过颗粒料，在30-50℃恒温浸泡24小时以上；

d：煅烧：将坩埚装入中温窑炉中，按照设定温度为500℃，恒温5-10小时，即得到用于焰熔法生长红色或蓝色宝石单晶生长的掺杂原料。