СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ αОКСИДА АЛЮМИНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК C01F7/44 

Изобретение относится к способу получения α-оксида алюминия. Порошок α-оксида алюминия нашел широкое применение в качестве абразива, сырья для спекшихся продуктов, материала для плазменного распыления, наполнителя и т. п. α-оксид алюминия, полученный способом, соответствующим настоящему изобретению, содержит частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые являются неагломерированными частицами, имеют узкое распределение частиц по размерам и пригоден в качестве абразива, сырья для спекшихся продуктов, материала для плазменного распыления, наполнителя, сырья для монокристаллов, сырья для носителя катализаторов, сырья для флуоресцентных материалов, сырья для капсулирования (герметиков), сырья для керамических фильтров и т.д.

Порошок α-оксида алюминия, полученный традиционными способами, включает поликристаллы неправильной формы, содержит много агломератов и имеет широкое распределение частиц по размерам. Для некоторых приложений чистота обычного порошка α-Al₂O₃ недостаточна. Чтобы снять эти проблемы, для особых приложений стали использовать порошок α-оксида алюминия, полученный специальными способами, о которых пойдет речь ниже. Однако эти специальные способы по-прежнему не могут обеспечить выборочный (arbitrarily) контроль формы или диаметра частиц α-оксида алюминия. Поэтому было трудно получить порошок α-оксида алюминия, имеющий узкое распределение частиц по размерам.

Известные специальные способы получения порошка α-оксида алюминия включают способ, при осуществлении которого используют гидротермальную реакцию гидроксида алюминия (именуемый далее способом гидротермальной обработки); способ, включающий добавление флюса в оксид алюминия, плавление и осаждение (именуемый далее флюсовым способом); и способ, при котором гидроксид алюминия обжигают в присутствии минерализатора.

Что касается гидротермального способа, то в JP-B-57-22886 (термин "JP-B" здесь означает "прошедшая экспертизу, опубликованная заявка на патент Японии") раскрыт способ, при осуществлении которого добавляют корунд в качестве затравочного кристалла, чтобы регулировать размер части. Этот способ включает синтез при высокой температуре и под высоким давлением, что делает получаемый порошок α-оксида алюминия дорогим.

Согласно исследованию Matsui, et al. (Hydrothermal Hannou (Hydrothermal Peactions), Vol. 2, pp. 71 - 78 "Growth of Alumina Single Cristal by Hydrothermal Methods), монокристалл α-оксида алюминия, полученный путем гидротермального выращивания монокристалла оксида алюминия, содержащего хром, на затравочном кристалле сапфира (α-оксида алюминия) содержит трещины. При исследовании однородности кристалла с целью выяснения причин проявления трещин подтвердилось, что на границе между затравочным кристаллом и выращиваемым кристаллом существует большая деформация и что плотность ямок травления в выращиваемом кристалле вблизи этой границы, считающаяся соответствующей плотности дислокаций, высока. Из рассматриваемого сообщения вытекает, что трещины предположительно связаны с такой деформацией или таким дефектом и что процесс гидротермального выращивания способствует осуществлению внедрения гидроксильной группы или воды в кристаллы, что, очевидно, и вызывает деформацию или появление дефекта.

Флюсовый способ был предложен в качестве средства регулирования формы или размера частиц порошка α-оксида алюминия, используемого в качестве абразива, наполнителя и т.д. Например, в JP-A-3-131 517 (термин "JP-A" здесь означает "не прошедшую экспертизу заявку на патент Японии") раскрыт способ, включающий обжиг гидроксида алюминия в присутствии флюса, содержащего фтор, и имеющего температуру плавления не более 800^oC, для получения частиц α-оксида алюминия, имеющих средний диаметр частиц от 2 мкм до 20 мкм и гексагональную пластинчатую форму, имеющих отношение D/H от 5 до 40, где D представляет собой максимальный диаметр частицы, параллельной плоскости гексагональной решетки в гексагональной плотноупакованной решетке α-оксида алюминия, а H представляет собой диаметр, перпендикулярный плоскости гексагональной решетки. Однако этот способ не может обеспечить получение мелкодисперсного порошка α-оксида алюминия, имеющего диаметр частиц не более 2 мкм, и все полученные частицы имеют пластинчатую форму. Таким способом невозможно обеспечить выборочный контроль формы или размера частиц α-оксида алюминия. Кроме того, получаемый таким способом порошок α-оксида алюминия не всегда пригоден к употреблению в качестве абразива, наполнителя и сырья для монокристаллов.

Наиболее широко распространенным и наименее дорогим способом получения порошка α-оксида алюминия является способ Байера. При осуществлении способа Байера боксит сначала преобразуют в гидроксид алюминия или переходный оксид алюминия, который затем обжигают в воздухе, чтобы получить порошок α-оксида алюминия.

Гидроксид алюминия или переходный оксид алюминия, полученный в качестве промежуточного продукта в промышленном масштабе при низких затратах, содержит множество агломератов, имеющих диаметр частиц более 10 мкм. Обычный порошок α-оксида алюминия, полученный путем обжига такого гидроксида алюминия или переходного оксида алюминия в воздухе, содержит частицы неправильной формы, в число которых входят агломерированные крупные частицы. Порошок α-оксида алюминия, в состав которого входят агломерированные крупные частицы, измельчают с помощью шаровой мельницы, вибромельницы и т.д., чтобы получить конечный продукт, но измельчение не всегда просто осуществить и оно ведет к затратам. Ввиду трудностей, с которыми сопряжено измельчение, на измельчение порошка α-оксида алюминия нужен длительный период времени, в течение которого может образоваться мелкодисперсный порошок или может произойти лишь внедрение инородных (примесей) материалов, делая порошок α-оксида алюминия непригодным в качестве абразива.

На сегодняшний день внесено несколько предложений по разрешению этих проблем. Например, в JP-A-59-97 528 раскрыт способ улучшения формы частиц порошка α-оксида алюминия, включающий обжиг гидроксида алюминия, полученного байеровским способом, в присутствии борсодержащего аммониевого минерализатора и борного минерализатора для получения порошка α-оксида алюминия, имеющего средний диаметр частиц от 1 мкм до 10 мкм и отношение D/H, близкое к единице. Однако этот процесс обуславливает появление проблем, заключающихся в том, что добавляемый в качестве минерализатора борсодержащий или фторсодержащий материал остается в получаемом α-оксиде алюминия, а по окончании обжига образуются агломераты.

В связи с обжигом натрийсодержащего гидроксида алюминия, полученного байеровским способом, было предложено проводить обжиг в присутствии фторида, например фторида алюминия или криолита, и хлорсодержащего соединения, например хлора или хлористого водорода, в патенте Великобритании N 990801, или проводить обжиг в присутствии борной кислоты и хлорида аммония, соляной кислоты или хлорида алюминия - в западногерманском патенте N 1767511 - с целью эффективного удаления натрия при одновременном регулировании диаметра частиц.

Тем не менее в предпоследнем способе ввиду того, что минерализатор, такой как фторид алюминия, добавляют в виде твердых частиц или проводят обжиг при одновременной подаче газообразного хлора и газообразного фтора без добавки воды, получаемые частицы α-оксида алюминия имеют недостатки неправильной формы и широкого распределения частиц по размерам. В случае осуществления последнего способа тоже приходится сталкиваться с проблемой, заключающейся в том, что борная кислота, используемая в качестве минерализатора, остается в получаемом α-оксиде алюминия в виде борсодержащего материала. Кроме того, целью этих способов является, главным образом, удаление натрия, и натриевую соль, такую как NaCl или Na₂SO₄, являющуюся побочным продуктом реакции между натрием и удаляющим натрий веществом, нужно сублимировать или разлагать путем обжига при высокой температуре, составляющей по меньшей мере 1200^oC.

Что касается реакции между алюминием и газообразным хлористым водородом, то имеется сообщение в Zeit. fur. Anorg. und Allg. Chem: Vol. 21, p.209 (1932) о константе равновесия реакционной системы, содержащей спеченный α-оксид алюминия, имеющий диаметр частиц от 2 мм до 3 мм, хлористый водород и полученный хлорид алюминия. Согласно этому сообщению, хотя и обнаружено, что α-оксид алюминия получается не в том месте, где загружали исходный материал, были получены только гексагональные частицы пластинчатой формы.

В JP-B-43-8229 раскрыт способ, включающий обжиг гидроксида алюминия в присутствии хлорида аммония для получения оксида алюминия, имеющего малое содержание примесей и средний диаметр частиц не более 10 мкм. Получаемый порошок оксида алюминия имеет широкое распределение частиц по размерам.

Следовательно, ни один из традиционных способов не обеспечивает получение α-оксида алюминия, содержащего частицы монокристаллического α-оксида алюминия и удовлетворение требованиям к чистоте и структурной однородности отдельных частиц.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы решать вышеупомянутые проблемы и разработать способ получения α-оксида алюминия в виде порошка, который содержит однородные и неагломерированные частицы монокристаллического α-оксида алюминия, из различного сырья. В частности, цель состоит в том, чтобы разработать способ получения α-оксида алюминия в виде порошка, содержащего частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые имеют форму восьмигранника или более высокую полиэдрическую форму, отношение D/H от 0,5 до 3,0, узкое распределение частиц по размерам и высокую чистоту оксида алюминия при однородном составе в пределах одной частицы и отсутствии структурной деформации отдельных частиц.

Настоящее изобретение относится к следующим изобретениям.

(1) Способ получения α-оксида алюминия, отличается тем, что переходный оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают в атмосфере, содержащей по меньшей мере 1% по объему хлористого водорода, при температуре не менее чем 600^oC.

(2) Способ получения α-оксида алюминия, отличающийся тем, что переходной оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают, вводя в атмосферу по меньшей мере 1% по объему хлора и по меньшей мере 0,1% по объему водяного пара при температуре не менее 600^oC.

(3) Способ получения α-оксида алюминия по п. (1) или (2), отличающийся тем, что температура обжига находится в диапазоне 600 - 1400^oC.

(4) Способ получения α-оксида алюминия по п. (1) или (2), отличающийся тем, что температура обжига находится в диапазоне 800 - 1200^oC.

(5) Способ получения α-оксида алюминия по пп. (1), (2) или (3), отличающийся тем, что сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, представляет собой гидроксид алюминия.

(6) Способ получения α-оксида алюминия по пп. (1), (2) или (3), отличающийся тем, что сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, представляет собой сульфат алюминия или квасцы.

(7) Способ получения α-оксида алюминия, содержащего частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые однородны, имеют форму восьмигранника или более высокую полиэдрическую форму и отношение D/H от 0,5 до 3,0, где D представляет собой максимальный диаметр частицы, параллельный плоскости гексагональной решетки в гексагональной плотноупакованной решетке частиц, а H представляет собой диаметр, перпендикулярный плоскости гексагональной решетки, отличающийся тем, что переходный оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают в атмосфере, содержащей по меньшей мере 1% по объему газообразного хлористого водорода, при температуре 600 - 1400^oC.

(8) Способ получения α-оксида алюминия, содержащего частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые однородны, имеют форму восьмигранника или более высокую полиэдрическую форму и отношение D/H от 0,5 до 3,0, где D представляет собой максимальный диаметр частицы, параллельный плоскости гексагональной решетки в гексагональной плотноупакованной решетке частиц, а H представляет собой диаметр, перпендикулярный плоскости гексагональной решетки, отличающийся тем, что переходный оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают, вводя в атмосферу по меньшей мере 1% по объему хлора и по меньшей мере 0,1% по объему водяного пара, при температуре 600 - 1400^oC.

(9) Способ получения α-оксида алюминия, содержащего частицы монокристаллического α-оксида алюминия, по п. (7) или (8), отличающийся тем, что получаемые частицы монокристаллического α-оксида алюминия имеют форму десятигранника или более высокую полиэдрическую форму.

(10) Способ получения α-оксида алюминия по п. (7) или (8), отличающийся тем, что частицы монокристаллического α-оксида алюминия имеют средний диаметр частиц от 0,1 мкм до 30 мкм и такое распределение частиц по размерам, что отношение D 90/ D 10 не превышает 10, где D 10 и D 90 представляют собой интегральный (cumulative) 10%-ный диаметр и интегральный 90%-ый диаметр соответственно согласно интегральной функции распределения, построенной по стороне частиц, имеющей меньший диаметр.

(11) Способ получения α-оксида алюминия по п. (7) или (8), отличающийся тем, что α-оксид алюминия имеет чистоту оксида алюминия не менее 99,90% по массе.

На фиг. 1 дана фотография (увеличение: 930), сделанная с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), отображающая форму частиц α-оксида алюминия, полученного в примере 1; на фиг. 2 - фотография (увеличение: 930), сделанная с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), отображающая форму частиц α-оксида алюминия, полученного в примере 2; на фиг. 3 - распределение по размерам частиц α-оксида алюминия, полученного в примере 2; на фиг. 4 - сделанная с помощью РЭМ фотография (увеличение: 1900), отображающая форму частиц α-оксида алюминия, полученного в сравнительном примере 16; на фиг. 5 - сделанная с помощью РЭМ фотография (увеличение: 930), отображающая форму частиц α-оксида алюминия, полученного в примере 20; на фиг. 6 - сделанная с помощью РЭМ фотография (увеличение: 930), отображающая форму частиц α-оксида алюминия, полученного в сравнительном примере 1; на фиг. 7 - сделанная с помощью РЭМ фотография (увеличение: 1900), отображающая форму частиц α-оксида алюминия, полученного в сравнительном примере 5; на фиг. 8 - изображение внешнего вида кристалла для монокристалла α-оксида алюминия.

Лучший вариант осуществления изобретения.

При осуществлении способа получения α-оксида алюминия согласно настоящему изобретению используют переходный оксид алюминия или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве. Термин "переходный оксид алюминия" означает все фазы кристаллического оксида алюминия, включенные в полиморфный оксид алюминия, представленный Al₂O₃, за исключением α-оксида алюминия, в частности, включая γ-оксид алюминия, δ-оксид алюминия, θ-оксид алюминия и т.д.

Термин "сырье, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве", включает те материалы, которые сразу же преобразуются в переходный оксид алюминия, а затем - в α-оксид алюминия посредством обжига согласно настоящему изобретению, такие как гидроксид алюминия, сульфат алюминия, квасцы (например, алюмокалиевые квасцы, алюмоаммониевые квасцы), гидроксид алюмоаммониевого карбоната и алюмогель (например, алюмогель, полученный путем окисления алюминия электрическим разрядом в воде).

На способы синтеза переходного оксида алюминия и сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, нет конкретных ограничений. Например, гидроксид алюминия можно получать байеровским способом, гидролизом алюминийорганического соединения, или способом, при котором в качестве исходного материала применяют соединение алюминия, восстановленное из отходов травления, использованных для конденсаторов и т.д.

В соответствии со способом согласно настоящему изобретению можно получать α-оксид алюминия в виде порошка с желаемыми характеристиками из гидроксида алюминия или переходного оксида алюминия, диаметр вторичных частиц которого составляет 10 мкм или более и который получают распространенным в промышленности экономичным способом, таким как байеровский способ.

Переходный оксид алюминия можно получать термообработкой гидроксида алюминия, разложением сульфата алюминия, разложением квасцов, разложением паровой фазы хлорида алюминия или разложением алюмоаммониевого карбоната.

При осуществлении настоящего изобретения в одном из вариантов переходный оксид алюминия или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают в атмосфере, содержащей по меньшей мере 1% по объему, предпочтительно - по меньшей мере 5% по объему, более предпочтительно - по меньшей мере 10% по объему газообразного хлористого водорода. В число газов для разбавления газообразного хлористого водорода входят инертные газы, например азот и аргон, водород и воздух. На давление атмосферы, содержащей хлористый водород, нет конкретных ограничений, его выбирают произвольным образом из имеющего место в промышленной практике диапазона. α-оксид алюминия в виде порошка, имеющий желаемые замечательные свойства, можно, таким образом, получить путем обжига при относительно низкой температуре, как будет разъяснено ниже.

Газообразный хлористый водород можно заменить смесью газов, состоящей из хлора и водяного пара. В этом случае переходный оксид алюминия или сырье оксида алюминия, преобразуемое в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают, вводя в атмосферу по меньшей мере 1% по объему, предпочтительно - по меньшей мере 5% по объему, более предпочтительно - по меньшей мере 10% по объему газообразного хлора и по меньшей мере 0,1% по объему, предпочтительно - по меньшей мере 1% по объему, более предпочтительно - по меньшей мере 5% по объему водяного пара. В число газов для разбавления газообразной смеси хлора и водяного пара входят инертные газы, например, азот и аргон, водород и воздух. На давление хлорсодержащей и парсодержащей атмосферы конкретных ограничений нет, его выбирают произвольным образом из имеющего место в промышленной практике диапазона. α-Оксид алюминия в виде порошка, имеющий желаемые замечательные свойства, можно, таким образом, получать путем обжига при относительно низкой температуре, как будет разъяснено ниже.

Температура обжига составляет, как правило, 600^oC или более предпочтительно, от 600^oC до 1400^oC, более предпочтительно - от 700^oC до 1300^oC, и наиболее предпочтительно - от 800^oC до 1200^oC. Путем обжига при температуре, поддерживаемой в этом диапазоне, α-оксид алюминия в виде порошка, содержащего частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые плохо агломерируют и которые даже сразу же после обжига имеют узкое распределение частиц по размерам, можно получать с приемлемой для промышленности скоростью образования. Если сырье содержит крупные частицы переходного оксида алюминия или его предшественника, например агломерированные частицы, имеющие средний диаметр частиц, превышающий 10 мкм, температуру обжига предпочтительно устанавливать относительно высокой, в частности, на уровне 800^oC или выше.

Надлежащее время обжига зависит от концентрации газа в атмосфере обжига и температуры обжига, но предпочтительно составляет 1 мин или более, более предпочтительно 10 мин или более. Время обжига является достаточным, если сырье оксида алюминия выдерживает рост кристалла для получения α-оксида алюминия. Предлагаемый способ делает возможным получение α-оксида алюминия за меньшее время обжига, чем то, которое требуется при традиционных способах.

На источник и режим подачи газа в атмосферу обжига конкретных ограничений нет, пока хлорсодержащий газ вводится в реакционную систему, содержащую исходный материал. Например, газообразные компоненты можно подавать из газовых цилиндров. В случае, когда в качестве источника газообразного хлора используют соединение хлора, например раствор соляной кислоты, хлорид аммония или хлорсодержащий высокомолекулярный полимеры, то его используют при давлении его паров или в разложенном виде, чтобы получить заданный состав газа. В некоторых случаях использования полученного разложением газообразного хлорида аммония и т.д. в печи для обжига осаждается твердое вещество, вызывая нарушения технологического процесса. Кроме того, при возрастании концентрации газообразного хлористого водорода обжиг можно вести при более низкой температуре и за меньшее время, при этом чистота получаемого α-оксида алюминия может увеличиться. Отсюда следует, что предпочтительно подавать хлористый водород или хлор непосредственно из газового цилиндра в печь для обжига. Подачу газа можно осуществлять как непрерывно, так и порциями.

На устройство для обжига, используемое при осуществлении настоящего изобретения, конкретных ограничений нет, и можно применять обычную печь для обжига. Печь для обжига предпочтительно изготавливают из материала, стойкого к коррозии, вызванной воздействием газообразного хлористого водорода, газообразного хлора и т.д. Печь предпочтительно оснащают механизмом контроля атмосферы. Ввиду того что используют кислый газ, например газообразный хлористый водород или хлор, печь предпочтительно делают воздухонепроницаемой. В случае промышленного производства обжиг предпочтительно осуществляют непрерывно, посредством, например, туннельной печи, вращающейся печи, печи с выкатным подом и т.д.

Поскольку реакция происходит в кислотной атмосфере, тигель, лодочку или подобную им оснастку, используемую в технологическом процессе, предпочтительно изготавливают из оксида алюминия, кварца, кислотоупорного кирпича или графита.

Согласно способу, соответствующему настоящему изобретению, можно получить α-оксид алюминия, который состоит из неагломерированных частиц. В зависимости от исходного материала или условий обжига получаемый α-оксид алюминия может представлять собой агломерированные частицы или содержать агломерированные частицы. Даже в таких случаях степень агломерации очень невелика и простое измельчение обеспечит получение α-оксида алюминия, который состоит из неагломерированных частиц.

Частицы монокристаллического α-оксида алюминия, составляющие α-оксид алюминия, полученный способом, соответствующим настоящему изобретению, обладают такими замечательными свойствами, что средний диаметр частиц составляет от 0,1 до 30 мкм, отношение D/H составляет от 0,5 до 3,0, распределение частиц по размерам узкое, так как отношение D 90/D 10 не превышает 10, предпочтительно не превышает 9, более предпочтительно - не превышает 7, где D 10 и D 90 представляет собой интегральный 10%-ный диаметр и интегральный 90%-ный диаметр соответственно согласно интегральной функции распределения, построенной по стороне частиц, имеющей меньший диаметр, чистота высока, поскольку чистота оксида алюминия составляет 99,90% по массе или более, а содержание натрия меньше 0,05% по массе в виде Na₂O.

Различные измерения в примерах и сравнительных примерах выполнили следующим образом.

1. Диаметр частиц и распределение по диаметрам частиц α-оксида алюминия.

(1) Отношение D 90/D 10 определяли методом лазерного рассеяния с помощью прибора "Master Sizer", изготовитель - Malvern Instruments, Ltd.

(2) Микроснимок порошка α-оксида алюминия делали с помощью РЭМ ("T-300", изготовитель - Japan Electron Optics Laboratory Co., Ltd.) и выбирали 80 - 100 частиц, представленных на сделанной с помощью РЭМ фотографии, и подвергали их изображения анализу, чтобы получить среднее значение и распределение диаметров их эквивалентных окружностей. Термин "диаметр эквивалентной окружности" здесь означает диаметр действительной окружности, имеющей площадь, равную площади контура частицы. Распределение по диаметрам получаемых частиц показано на фиг. 3.

2. Форма кристалла (D/H) α-оксида алюминия.

Форму частиц α-оксида алюминия представляли в терминах отношения D/H, где D и H определены выше. Отношение D/H α-оксида алюминия получали как среднюю величину по 5 - 10 частицам методом анализа изобретений, представленных на вышеупомянутой фотографии, сделанной с помощью РЭМ.

3. Число граней кристалла и внешний вид кристалла.

(1) Число граней кристалла α-оксида алюминия определяли путем визуального контроля вышеупомянутой фотографии, сделанной с помощью РЭМ.

(2) Внешний вид (габитус) кристалла α-оксида алюминия определяли с целью оценки формы. Габитус кристалла для частиц α-оксида алюминия, полученного в настоящем изобретении (обозначенный буквами от A до I), показан на фиг. 6. α-Оксид алюминия имеет гексагональное строение, а термин "габитус кристалла" применительно к α-оксиду алюминия означает форму его кристалла, отличающегося наличием кристаллических граней, составленных "a" - плоскостью {1120}, "c" - плоскостью {0001}, "n" - плоскостью {2243} и "r" - плоскостью {1012}. На фиг. 6 изображены плоскости кристалла "a", "c", "n" и "r".

4. Чистота оксида алюминия.

Количество ионов внедренных примесей определяли путем эмиссионного спектрохимического анализа, чтобы получить содержание примесей в пересчете на оксиды. Содержание хлора замеряли посредством потенциометрии. Чистоту оксида алюминия получали, вычитая суммарное содержание примесей (в % по массе), рассчитанной указанным образом, из 100% по массе.

5. Содержание Na₂O.

Количество внедренных ионов натрия определяли путем эмиссионного спектрохимического анализа, чтобы получить содержание Na₂O.

В примерах использовали следующее сырье.

1. Переходный оксид алюминия A.

Переходный оксид алюминия, полученный путем обжига гидроксида алюминия, полученного гидролизом изопропилата алюминия ("АКР - G 15", производитель - Sumitomo Chemical Co., Ltd.; диаметр вторичных частиц около 4 мкм).

2. Переходный оксид алюминия B.

Переходный оксид алюминия, полученный флюсовым способом ("CR 125", производитель - BaiKouKi Co., Ltg.; размер частиц около 4 мкм).

3. Переходный оксид алюминия C.

Переходный оксид алюминия, полученный путем обжига гидроксида алюминия C (рассматриваемого ниже) в воздухе при температуре 800^oC (диаметр вторичных частиц около 30 мкм).

4. Гидроксид алюминия A.

Порошок гидроксида алюминия, синтезированный путем гидролиза изопропилата алюминия (диаметр вторичных части около 8 мкм).

5. Гидроксид алюминия B.

Порошок гидроксида алюминия, полученный байеровским способом ("C 301", производитель - Sumitomo Chemical Co., Ltd.; диаметр вторичных частиц около 2 мкм).

6. Гидроксид алюминия C.

Порошок гидроксида алюминия, полученный байеровским способом ("C 12", производитель - Sumitomo Chemical Co. Ltd.; диаметр вторичных частиц, около 47 мкм).

7. Квасцы (AlNH₄ (SO₄) + 12H₂O).

Предшественник оксида алюминия, из которого получают переходный оксид алюминия посредством термообработки. Использовали продукт, поставляемый Wako Pure Chemical Iudustries, Ltd.

8. Сульфат алюминия (Al₂ (SO₄)₃ • 16H₂O).

Предшественник оксида алюминия, из которых получают переходный оксид алюминия посредством термообработки. Использовали продукт, поставляемый Sumitomo Chemical Co., Industries, Ltd.

В качестве источника газообразного хлористого водорода использовали хлористый водород из цилиндра (чистота 99,9%), поставляемый Tsurumi Soda K. K. , и газ, являющийся продуктом разложения хлорида аммония. При использовании газообразного продукта разложения хлорида аммония нагревали хлорид аммония при температуре его сублимации 300^oC и вводили получаемый газообразный хлористый водород в реакционную систему для регулирования атмосферы. Хлорид аммония полностью разлагался при температуре обжига 1100^oC, в результате чего получали атмосферу, содержащую 33% по объему газообразного хлористого водорода, 17% по объему газообразного азота и 50% по объему газообразного водорода.

В качестве источника газообразного хлора использовали хлор из цилиндра (чистота 99,4%), поставляемый Fejimoto Sangyo K.K. Объемный процент водяного пара контролировали посредством регулирования давления насыщенного водяного пара в зависимости от температуры и вводили в печь вместе с газообразным азотом.

Лодочку, сделанную из оксида алюминия, наполняли 0,4 г сырья, такого как переходный оксид алюминия или гидроксид алюминия, до глубины 5 мм. Обжиг сырья проводили в трубчатой печи ("DSPSH-28", изготовитель - Motoyama K.K.) с использованием кварцевой трубы (диаметр, 27 мм; длина 1000 мм). Температуру увеличивали со скоростью 500^oC/ч при одновременной подаче азота, а газообразный хлористый водород или газообразную смесь хлора и водяного пара вводили в печь по достижении заданной температуры.

Концентрацию газа контролировали посредством регулирования скорости потока газа с помощью расходомера. Линейную скорость потока газа поддерживали на уровне 20 мм/мин. Далее эта система именуется системой потока газа. В примере 5 и сравнительном примере 1, где использовали низкую концентрацию хлористого водорода, обжиг проводили с помощью системы, при которой введение газа прекращали после достижения заданной концентрации. Суммарное давление газов атмосферы было равно атмосферному давлению.

По достижении заданной температуры печь поддерживали при этой температуре (именуемой далее температурой обжига) в течение заданного времени (именуемого далее временем выдержки). По истечении заданного времени выдержки печи давали остыть, чтобы получить α-оксид алюминия в виде порошка.

Парциальное давление водяного пара контролировали путем регулирования давления насыщенного пера, а водяной пар подавали в печь вместе с газообразным азотом.

Примеры 1 - 5. Переходный оксид алюминия (γ-оксид алюминия) обжигали в атмосфере с разной концентрацией газообразного хлористого водорода. Газ вводили при температуре 20^oC, а обжиг проводили при температуре 1100^oC в течение времени выдержки, изменяемого в соответствии с концентрацией газообразного хлористого водорода. Условия и результаты обжига приведены в табл. 1 и 2. Сделанные с помощью РЭМ фотографии α-оксида алюминия, полученного в примерах 1 и 2, показаны на фиг. 1 и 2 соответственно. Распределение по диаметрам частиц α-оксида алюминия, полученного в примере 2, показано на фиг. 3.

Пример 6. Обжиг переходного оксида алюминия проводили в тех же условиях, что и в примере 1, за исключением изменения температуры обжига и времени выдержки, как указано в табл. 1. Полученные результаты показаны в табл. 2.

Примеры 7 и 8. Обжиг переходного оксида алюминия проводили в тех же условиях, что и в примере 1, за исключением изменения температуры, при которой вводили газ, и времени выдержки, как указано в табл. 1. Полученные результаты приведены в табл. 2.

Примеры 9 - 15. Обжиг различного сырья проводили в условиях, приведенных в табл. 1. В примерах 9 - 12 в качестве источника газообразного хлористого водорода использовали газообразный продукт разложения хлорида аммония. Полученные результаты приведены в табл. 2.

Примеры 16 - 18. Гидроксид алюминия, содержащий крупные частицы и полученный байеровским способом (гидроксид алюминия C), обжигали в условиях, приведенных в табл. 3. Полученные результаты приведены в табл. 4. Сделанная с помощью РЭМ фотография α-оксида алюминия, полученного в примере 16, показана на фиг. 4.

Пример 19. Переходный оксид алюминия С, полученный путем обжига порошка гидроксида алюминия, содержащего крупные частицы и полученного байеровским способом (гидроксид алюминия C), обжигали в условиях, приведенных в табл. 3. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Примеры 20 и 21. Переходный оксид алюминия или гидроксид алюминия обжигали в атмосфере, содержащей газообразный хлор и водяной пар, в условиях, приведенных в табл. 3. Полученные результаты приведены в табл. 4. Сделанная с помощью РЭМ фотография α-оксида алюминия, полученного в примере 20, показана на фиг. 5.

Сравнительные примеры 1 - 5. Обжиг переходного оксида алюминия или гидроксида алюминия проводили в условиях, приведенных в табл. 3, причем эти условия выходили за объем изобретения. Полученные результаты приведены в табл. 4, а сделанные с помощью РЭМ фотографии α-оксида алюминия, полученного в сравнительных примерах 1 и 5, показаны на фиг. 6 и 7 соответственно.

Промышленная применимость.

В соответствии со способом получения α-оксида алюминия согласно настоящему изобретению α-оксид алюминия, содержащий имеющие форму восьмигранника или более высокую полиэдрическую форму частицы монокристаллического α-оксида алюминия, имеющие высокую чистоту оксида алюминия, мелкодисперсные и однородные, имеющие узкое распределение частиц по размерам и неагломерированные, можно получать из сырья различных видов, степеней чистоты, форм, размеров и составов.

В частности, частицы α-оксида алюминия, полученные способом, соответствующим настоящему изобретению, имеют такие замечательные характеристики, как средний диаметр частиц от 0,1 мкм до 30 мкм, отношение D/H от 0,5 до 3,0, отношение D 90/D10 не более 10, предпочтительно не более 9, более предпочтительно - не более 7, чистоту оксида алюминия 99,90% по массе или выше и содержание натрия менее 0,05% по массе в виде Na₂O.

α-Оксид алюминия, содержащий частицы монокристаллического α-оксида алюминия, имеющие вышеуказанные замечательные свойства, пригоден к использованию в качестве абразива, сырья для спеченных продуктов, материала для плазменного распыления, наполнителя, сырья для монокристаллов, сырья для носителя катализаторов, сырья для флуоресцентных веществ, сырья для герметиков, сырья для керамических фильтров и т.д. и исключительно полезен в промышленности. Благодаря его исключительно высокой чистоте, α-оксид алюминия, полученный согласно настоящему изобретению, можно использовать, в частности, в качестве сырья для монокристаллов (например, монокристаллов алюмоиттриевого граната (АИГ), сапфира, рубина и т.д.) И высокочистых спеченных продуктов, при получении которых нельзя использовать α-оксид алюминия низкой чистоты. В частности, мелкодисперсный α-оксид алюминия, полученный способом, соответствующим настоящему изобретению, пригоден к использованию в качестве прецизионного абразива или сырья для керамических фильтров.

Использование: при получении α-оксида алюминия. Сущность: переходный оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, способное преобразовываться в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают при температуре 600-1200°С в атмосфере, содержащей по меньшей мере 1% по объему хлористого водорода или содержащей по меньшей мере 1% по объему хлора и по меньшей мере 0,1% по объему водяного пара. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 8 ил., 4 табл.

1. Способ получения α-оксида алюминия, отличающийся тем, что переходный оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, способное преобразовываться в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают в атмосфере, содержащей по меньшей мере 1% по объему хлористого водорода, при температуре в интервале 600 - 1200^oC. 2. Способ получения α-оксида алюминия, отличающийся тем, что переходный оксид алюминия и/или сырье оксида алюминия, способное преобразовываться в переходный оксид алюминия при нагреве, обжигают, вводя в атмосферу по меньшей мере 1% по объему хлора и по меньшей мере 0,1% по объему водяного пара, при температуре в интервале 600 - 1200^oC. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанное сырье оксида алюминия, способное преобразовываться в переходный оксид алюминия при нагреве, представляет собой гидроксид алюминия. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанное сырье оксида алюминия, способное преобразовываться в переходный оксид алюминия при нагреве, представляет собой сульфат алюминия или квасцы. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг осуществляют при температуре 600 - 1200^oC и полученный α-оксид алюминия содержит частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые имеют форму восьмигранника или более высокую полиэдрическую форму и отношение D/H 0,5 - 3,0, где D - максимальный диаметр частицы, параллельный плоскости гексагональной решетки в гексагональной плотноупакованной решетке указанных частиц, а H представляет собой диаметр, перпендикулярный плоскости гексагональной решетки. 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обжиг осуществляют при температуре 600 - 1200^oC и полученный α-оксид алюминия содержит частицы монокристаллического α-оксида алюминия, которые имеют форму восьмигранника или более высокую полиэдрическую форму и отношение D/H 0,5 - 3,0, где D - максимальный диаметр частицы, параллельный плоскости гексагональной решетки в гексагональной плотноупакованной решетке указанных частиц, а H представляет собой диаметр, перпендикулярный плоскости гексагональной решетки. 7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что указанные частицы монокристаллического α-оксида алюминия имеют средний диаметр частиц 0,1 - 30 мкм и такое распределение частиц по размерам, что отношение D 90/D10 составляет не более 10, где D 10 и D 90 - интегральный 10%-ный диаметр и интегральный 90%-ный диаметр соответственно, согласно интегральной функции распределения, построенной по стороне частиц, имеющей меньший диаметр. 8. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что указанный α-оксид алюминия имеет чистоту оксида алюминия не менее 99,90% по массе.

Приоритет по пунктам:
02.06.92 - по пп.1 - 8.