Спосіб одержання нанокристалічного порошку альфа-оксиду алюмінію

Спосіб одержання нанокристалічного порошку альфа-оксиду алюмінію, що включає термооброб 3 РФ №2047561 кл. С01 F7/44, 10.09.92, опубл. 10.11.95. Бюл. №31]. Недоліком цього способу є недостатньо висока активність порошку до спікання, недостатньо висока моно- та тонкодисперсність одержаного порошку: його частинки складаються з монокристалів із середнім діаметром 0-3мкм. Це пов'язано з тим, що термообробка проводиться при досить високій температурі, що приводить до збільшення розмірів частинок в порошку та збільшення їхніх розбіжностей за розмірами, а також зменшення активності частинок до спікання. Тому відомий спосіб не забезпечує отримання нанокристалічного порошку альфа-оксиду алюмінію для виготовлення виробів з високощільною однорідною дрібнозерністою мікроструктурою та високою міцністю. В основу корисної моделі поставлена задача зменшення розміру частинок і підвищення хімічної активності нанокристалічного порошку альфаоксиду алюмінію, в якому за рахунок проведення термообробки алюмінію азотнокислого при певній температурі в присутності певних мінералізаторів, зменшується розмір частинок та їхня агломерація, а також підвищується хімічна активність. Поставлена задача вирішується шляхом одержання нанокристалічного порошку альфа-оксиду алюмінію, який включає термообробку карбонізаційного гідроксиду алюмінію, відмивання від лугових домішок, фільтрацію, прожарювання у присутності мінералізатору, згідно з корисною моделлю прожарювання алюмінію азотнокислого проводять при температурі 600-650°С протягом 4-8год, а як мінералізатор використовують фторид алюмінію, фторид амонію або їхню суміш в кількості 0,23,0мас.% від маси оксиду алюмінію при масовому співвідношенні в суміші фториду алюмінію до фториду амонію 1:1. Технічний ефект досягається завдяки тому, що процес термообробки проводять при температурі 600-650°С протягом 4-8год в присутності мінералізатора, який не входить у склад кінцевого продукту, а у малій кількості діє перетворюючим способом на фазу й розмір частинок у ньому. При цьому як вихідний матеріал використовують алюміній азотнокислий, який має приємну вартість, доступний і не потребує попередньої технологічної доробки. В результаті термообробки при температурі 600-650°С протягом 4-8год в присутності мінералізатору проходить процес перекристалізації алюмінію азотнокислого в альфа-оксид алюмінію. Режим термообробки (600-650°С протягом 48год в присутності мінералізатору) забезпечує одержання порошку з відповідними фазовим і гранулометричним складом та хімічною активністю, тобто питомою поверхнею. При більш низьких температурах не забезпечується однорідність фазового складу порошку, поряд із альфа-фазою існує гамма-оксид алюмінію. При більш високих температурах спостерігається зростання частинок в порошку, їхня агломерація й погіршення монодисперсності порошку. Відомо, що мінералізатори в різній мірі впливають на процес перекристалізації 56616 4 оксиду алюмінію в альфа-фазу, очищення від хімічних домішок, хімічну активність і зростання частинок. Найбільш активно на зростання частинок і на хімічне очищення впливає фторид алюмінію. Використовуючи суміші мінералізаторів, легше регулювати в тому чи іншому напрямку властивості оксиду алюмінію у процесі його термообробки. Вирішальне значення у виборі мінералізатору мають вимоги до властивостей кінцевого продукту. Температура термообробки по способу, що заявляється, дозволяє регулювати гранулометричний і фазовий склад, а також хімічну активність порошку, використовуючи фторид алюмінію або фторид амонію або їхню суміш. Це запобігає утворенню агломератів, зменшує інтервал розподілу частинок за розмірами і підвищує монодисперсність готового порошку. Таким чином, забезпечується висока хімічна активність і монодисперсність нанокристалічного порошку альфа-оксиду алюмінію. Для одержання порошку способом, що заявляється, використовуються наступні реактиви: - алюміній азотнокислий, 9 - водний, хч ГОСТ 3757 «Алюминий азотнокислый 9-водный. Технические условия»; - алюміній фтористий, хч ТУ 6-09-1122-76; - амоній фтористий, чда ГОСТ 4518-75 Для реалізації способу, що заявляється використовується стандартне устаткування: - ваги загального призначення з границею зважування до 1000г 2 класу точності ГОСТ 24104 «Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия»; - ваги лабораторні аналітичні з границею зважування до 200г 2 класу ГОСТ 24104 «Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия»; - корундові ступки з товкачом місткістю 500см3; - корундові тиглі з пришліфованою кришкою місткістю 500см3; - електрична піч опору, що забезпечує нагрівання до температури 900°С. Рентгенівські дослідження проводили на дифрактометрі ДРОН-1,5 (СuK - випромінювання). Розмір частинок визначали методом просвічуючої електронної мікроскопії (прилад JEM-100CX). Величину питомої поверхні (S) визначали методом низькотемпературної адсорбції та теплової десорбції азоту (БЕТ). Приклад 1 360,42г алюмінію азотнокислого змішують в корундовій ступці за допомогою корундового товкача з 2,0г фториду алюмінію протягом 30хв. Суміш пересипають у тигель і накривають пришліфованою кришкою, щоб запобігти зміні співвідношення вихідних компонентів суміші в процесі термообробки. Тигель із сумішшю алюмінію азотнокислого і фториду алюмінію поміщають у піч та випалюють при температурі 600°С протягом 6год. Температуру в печі до початку ізотермічної витримки підвищують за 1год, а після витримки - тигель охолоджують разом із піччю. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. 5 56616 6 Таблиця № Умови термообробки t, год 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Т °С 6 4 6 6 8 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 345 6 815 600 600 600 650 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 580 600 680 600 Мінералізатор, мас.% Фторид алюмінію 2 0,2 3 2 2 0,1 3,1 2 2 2 2 Фторид амонію 0,2 0,5 1,5 3,0 0,1 3,1 Приклад 2 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 367,04г алюмінію азотнокислого з 0,2г фториду алюмінію та термообробку проводили протягом 4год. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 3 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 356,74г алюмінію азотнокислого з 3г фториду алюмінію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 4 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що термообробку проводили при температурі 650°С. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 5 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що термообробку проводили протягом 8год. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 6 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 367,04г алюмінію азотнокислого з 0,2г фториду амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 7 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 365,93г алюмінію азотнокислого з 0,5г фториду амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Властивості порошку Суміш фторидів 0,2 1,5 3,0 0,1 3,1 2 S, м /г 24,5 22,7 24,7 20,4 18,7 24,1 23,7 22,5 20,8 24,2 23,2 21,5 23,7 24,0 24,0 25,0 25,5 24,7 25,8 24,5 6,2 7,8 Розмір части- -фаза, нок, нм % 10-15 100 15-18 100 20-22 100 30-35 100 20-25 100 10-15 100 10-15 100 15-18 100 20-24 100 10-15 100 18-20 100 24-26 100 10-15 98,5 10-15 97,0 10-15 98,0 40-50 100 50-60 100 40-50 100 10-15 97,5 10-15 98 400-450 100 450-480 100 Досягнення задачі Так Так Так Так Так Так Так Так Так Так Так Так Ні Ні Ні Ні Ні Ні Ні Ні Ні Ні Приклад 8 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 362,25г алюмінію азотнокислого з 1,5г фториду амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 9 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 356,74г алюмінію азотнокислого з 3 г фториду амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 10 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 367,04г алюмінію азотнокислого з 0,2г суміші фторидів алюмінію та амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 11 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 362,25г алюмінію азотнокислого з 1,5г суміші фторидів алюмінію та амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 12 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 356,74г алюмінію азотнокислого з 3,0г суміші фторидів алюмінію та амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. В межах інтервалу температур, часу витримки та дозування мінералізаторів, що заявляються, забезпечується висока якість кінцевого продукту. Поставлена задача досягається, приклади 1-12. Приклад 13 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 367,4г алюмінію азотноки 7 56616 слого з 0,1г фториду алюмінію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 14 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 367,40г алюмінію азотнокислого з 0,1г фториду амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 15 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 367,40г алюмінію азотнокислого з 0,1г суміші фторидів алюмінію та амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 16 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 356,37г алюмінію азотнокислого з 3,1г фториду алюмінію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 17 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 356,37г алюмінію азотнокислого з 3,1г фториду амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 18 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що змішували 356,37г алюмінію азотнокислого з 3,1г суміші фторидів алюмінію та амонію. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. З таблиці видно, що введення мінералізатору в кількості меншій 0,2 мас. % погіршує властивості кінцевого продукту, приклади 13-15, а в кількості більшій 3,0 мас. % - недоцільно, тому що якість продукту практично не змінюється, приклади 1618. Приклад 19 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що термообробку проводили при температурі 580°С. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 Приклад 20 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що термообробку проводили протягом 3 год 45хв. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Зниження температури і часу термообробки відносно тих, що заявляються, не забезпечує повну кристалізацію оксиду алюмінію в альфа - фазу, приклади 19, 20. Приклад 21 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що термообробку проводили при температурі 680°С. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. Приклад 22 Виконували аналогічно прикладу 1 за винятком того, що термообробку проводили протягом 8год 15хв. Властивості кінцевого продукту наведені в таблиці. При температурі та часі термообробки вищих, що заявляються, збільшуються розміри частинок у порошку і зменшується їхня хімічна активність, що погіршує якість одержаного порошку, приклади 21, 22. Таким чином, запропонований спосіб забезпечує одержання нанокристалічного монодисперсного порошку альфа-оксиду алюмінію з підвищеною хімічною активністю. Такий порошок може бути придатний для виготовлення особливо відповідальних оксидноалюмінієвих виробів в багатьох галузях промисловості. Запропонована корисна модель була використана при виробництві "самоармованого" керамічного матеріалу на основі системи "Діоксид цирконію - Оксид іттрію - Діоксид церію - Оксид алюмінію". Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601