[发明专利]一种片状单晶α-氧化铝及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种片状单晶α-氧化铝及其制备方法和用途，属于无机非金属材料领域。

背景技术

随着工业生产和科学技术的发展，人们对高分子材料提出了新的要求，希望材料具有优 良的综合性能。例如在化工生产和废水处理中使用的热交换器既要求所用材料具有导热能力， 又要求该材料耐化学腐蚀、耐高温。在电子工业领域由于集成技术和组装技术的迅速发展， 迫切需要散热性好的导热绝缘高分子材料。作为结构部件，则希望高分子材料具有好的耐磨 性和硬度。

固体中传导热量的载体包括电子、声子、磁激发和电磁辐射等。对高分子材料而言，通 常是饱和体系，没有自由电子，所以主要通过声子传递热量。许多高分子材料是由不对称的 极性链节构成，整个分子链不能完全自由运动，因此只能发生分子、基团或链节的振动，加 上声子的自由程很小，导致高分子的热导率很低。

目前提高高分子材料的导热能力主要有两种方法：一是通过改变高分子本身的链节结构， 从而获得特殊的物理结构以提高导热性能；二是利用高导热率的填料填充高分子材料，制备 填充型复合材料。对高分子结构进行设计过程复杂，难度大，难以实现工业生产，所以填料 法是目前解决高分子导热能力问题的主要途径。对填料法而言，高分子复合材料的导热率是 由高分子基体材料和填料共同决定的。简单来说，当填料较少时，均匀分散在基体中，没有 形成导热网络，对高分子复合材料导热率提升不大。随着填充量逐渐增加，填料之间会形成 类似于链状或网状的结构，成为导热网链，可将高分子复合材料的导热率提升一个数量级以 上。

现在用于填充高分子材料的填料主要有氮化物、氧化物、碳化物等。氧化铝具有硬度高、 熔点高、抗氧化、耐高温、耐腐蚀、导热性高、电阻率高等优异性能，储量丰富且价格便宜， 是一种很重要的粉体填料。在电子工业领域，以氧化铝为填料的高分子材料具有低介电常数， 高导热系数，价格便宜，已广泛应用于LED、CPU等常见电子设备的导热胶中。氧化铝的形 貌、尺寸会影响到粉末的填充率和性能，其结晶状态对高分子复合材料导热率的影响重大。 一般而言，α晶型的氧化铝导热率优于其它晶型，而单晶比多晶的导热率高。

片状单晶α-Al₂O₃是一种特种氧化铝，具有平板六角状形貌，径厚比大，为单晶体。作 为填料，片状单晶α-Al₂O₃在高分子中的堆积以平面接触为主，形成导热网络，能够把大部 分热量传出，用这种聚合物-陶瓷复合材料可使电子元件的使用温度降低，寿命大大延长。同 时片状单晶α-Al₂O₃的平板形貌可以减缓粉末的下降速率，提高在高分子胶中悬浮稳定性， 对导热高分子材料的存储和实际应用有利。

目前制备片状氧化铝的方法主要是熔盐法。熔盐法是将所需组分的反应物与一种或几种 熔盐按照一定的比例混合，然后在高于熔盐熔点的温度下进行煅烧，冷却后经溶解熔盐、洗 涤、干燥等步骤而获得合成产物的方法。该方法是制备片状氧化铝最常用的方法，可以通过 晶种的加入量、添加剂、熔盐的用量及煅烧温度、时间等对氧化铝的形貌进行控制。

申请号为“200610116360.3”，发明名称为“低温制备片状氧化铝单晶颗粒的方法”，公 开了一种利用经煅烧的Al(OH)₃粉体或γ-Al₂O₃粉体生成的非晶态氧化铝粉体为起始原料，然 后加入晶种α-Al₂O₃粉，其加入量为总重量的5～20％；以熔盐为合成介质，加入量按盐料两 者重量比为1:1～4:1的比例计算用量；然后将上述混合物在660～1300℃的温度下进行煅烧 2～8小时，随后随炉冷却，最终制得片状氧化铝单晶颗粒。该专利中除了需要煅烧2～8小 时外，还需要将晶种进行预烧2小时，原料研磨2～3个小时，生产周期较长。