[發明專利]空位少的純尖晶石相鎂鋁尖晶石粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201210336928.8
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102838146A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 李晶;劉虎;潘保武
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C01F7/04
• 分類號: C01F7/04
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明屬于材料科學技術領域，涉及一種鎂鋁尖晶石的制備方法，特別是一種純尖晶石相鎂鋁尖晶石粉體的制備方法。

背景技術

透明尖晶石陶瓷是性能優異的高溫窗口材料、紅外整流罩材料以及人、機軍事裝甲材料。尖晶石晶格中的空位是一種色心，對光起散射作用，降低陶瓷的透光率。因此，要制備透光度高的尖晶石陶瓷，需要采用空位盡可能少的尖晶石粉體。

在MgO-Al₂O₃二元系中，形成純尖晶石相的化學組成范圍是MgO﹕Al₂O₃（摩爾比）為1﹕4～6，鎂含量越高，尖晶石中的空位越少。因此，制備透明尖晶石陶瓷應采用MgO﹕Al₂O₃（摩爾比）在1﹕4附近的尖晶石粉體。

共沉淀法是制備復合氧化物粉體的常用方法，但要獲得性能優異的粉體，需要控制的工藝參數很多，原料配合比、沉淀pH值及洗滌膠狀沉淀物的洗滌劑均為制備特殊氧化物含量比的復合氧化物粉體需要控制的因素。

馬亞魯、周有福等以及趙惠忠等分別采用共沉淀法制備了鎂鋁尖晶石粉體，但他們所采用的原料配合比、沉淀pH值及洗滌膠狀沉淀物的洗滌劑不能從理論上保證生成純尖晶石相的粉體甚至空位少的純尖晶石相，也沒有相關的化學成分分析說明其所制備的尖晶石中的MgO與Al₂O₃的含量比。

馬亞魯以化學純MgCl₂·6H₂O、AlCl₃·6H₂O為原料，化學純NH₃·H₂O為沉淀劑，按照MgO﹕Al₂O₃（摩爾比）為1﹕1.5將MgCl₂·6H₂O與AlCl₃·6H₂O的水溶液混合，配制成濃度為0.5mol/L的混合鹽溶液（其中C_Mg²⁺=0.4mol/L，C_Al³⁺=0.3mol/L），在快速攪拌下緩慢滴入氨水溶液，保持溶液的pH=11～12。生成的白色絮狀沉淀經過濾、水洗除去雜質（Cl^－、NH⁴⁺、NO^3－等）。為避免干燥及煅燒過程中形成硬團聚，在過濾、水洗后用一定量的表面活性劑改性脫水。然后經90℃烘干、煅燒（900℃、1h），球磨分散得到MgAl₂O₄粉末。根據文獻，當采用的原料配合比是MgO﹕Al₂O₃（摩爾比）為1﹕1.5時，生成的應該是尖晶石和方鎂石兩相；而且其沉淀的pH值是11～12，此時Al(OH)₃會大量溶解；用水洗滌膠狀沉淀物時，Mg(OH)₂也會大量溶解，由于Al(OH)₃和Mg(OH)₂都大量溶解，使得不能從理論上分析出產物中的MgO﹕Al₂O₃（摩爾比），不能判斷出將會生成什么相。遺憾的是該篇文章既沒有X射線衍射（XRD）譜線，也沒有透射電鏡（TEM）的選區電子衍射（SAED）照片，無法證明其制備出的到底是何種物相。

周有福等采用鎂硝酸鹽和鋁硝酸鹽以1﹕2的金屬離子摩爾比配制混合溶液，添加硫酸銨作為助劑，控制沉淀過程中的pH值在5～9，以碳酸氫銨水溶液為沉淀劑進行沉淀，沉淀物先用水洗滌，再用有機溶劑洗滌后，干燥、煅燒得到鎂鋁尖晶石。該篇文章采用的原料比是Mg²⁺﹕Al³⁺（摩爾比）為1﹕2，折合成MgO﹕Al₂O₃（摩爾比）是1﹕1，根據文獻，該配合比也將生成尖晶石和方鎂石兩相；其沉淀的pH值范圍是5～9，在這個pH值范圍內，Al(OH)₃完全沉淀而Mg(OH)₂大量溶解，幾乎沒有Mg(OH)₂生成；且用水洗滌膠狀沉淀物又會使Mg(OH)₂大量溶解，導致產物中的Al₂O₃含量遠遠大于MgO含量。雖然其XRD譜線是尖晶石相，但是也只是空位很多的尖晶石相。