[發明專利]一種片狀單晶α-氧化鋁及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201610009854.5
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105645445A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 張力;唐春梅;王明清;李相東;杜鵬飛;肖逸菲;黃孝龍;張玲
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02;C01F7/44;C08K3/22;C09D7/12
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 武森濤;柯海軍

技術領域

本發明涉及一種片狀單晶α-氧化鋁及其制備方法和用途，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

隨著工業生產和科學技術的發展，人們對高分子材料提出了新的要求，希望材料具有優 良的綜合性能。例如在化工生產和廢水處理中使用的熱交換器既要求所用材料具有導熱能力， 又要求該材料耐化學腐蝕、耐高溫。在電子工業領域由于集成技術和組裝技術的迅速發展， 迫切需要散熱性好的導熱絕緣高分子材料。作為結構部件，則希望高分子材料具有好的耐磨 性和硬度。

固體中傳導熱量的載體包括電子、聲子、磁激發和電磁輻射等。對高分子材料而言，通 常是飽和體系，沒有自由電子，所以主要通過聲子傳遞熱量。許多高分子材料是由不對稱的 極性鏈節構成，整個分子鏈不能完全自由運動，因此只能發生分子、基團或鏈節的振動，加 上聲子的自由程很小，導致高分子的熱導率很低。

目前提高高分子材料的導熱能力主要有兩種方法：一是通過改變高分子本身的鏈節結構， 從而獲得特殊的物理結構以提高導熱性能；二是利用高導熱率的填料填充高分子材料，制備 填充型復合材料。對高分子結構進行設計過程復雜，難度大，難以實現工業生產，所以填料 法是目前解決高分子導熱能力問題的主要途徑。對填料法而言，高分子復合材料的導熱率是 由高分子基體材料和填料共同決定的。簡單來說，當填料較少時，均勻分散在基體中，沒有 形成導熱網絡，對高分子復合材料導熱率提升不大。隨著填充量逐漸增加，填料之間會形成 類似于鏈狀或網狀的結構，成為導熱網鏈，可將高分子復合材料的導熱率提升一個數量級以 上。

現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。氧化鋁具有硬度高、 熔點高、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、導熱性高、電阻率高等優異性能，儲量豐富且價格便宜， 是一種很重要的粉體填料。在電子工業領域，以氧化鋁為填料的高分子材料具有低介電常數， 高導熱系數，價格便宜，已廣泛應用于LED、CPU等常見電子設備的導熱膠中。氧化鋁的形 貌、尺寸會影響到粉末的填充率和性能，其結晶狀態對高分子復合材料導熱率的影響重大。 一般而言，α晶型的氧化鋁導熱率優于其它晶型，而單晶比多晶的導熱率高。

片狀單晶α-Al₂O₃是一種特種氧化鋁，具有平板六角狀形貌，徑厚比大，為單晶體。作 為填料，片狀單晶α-Al₂O₃在高分子中的堆積以平面接觸為主，形成導熱網絡，能夠把大部 分熱量傳出，用這種聚合物-陶瓷復合材料可使電子元件的使用溫度降低，壽命大大延長。同 時片狀單晶α-Al₂O₃的平板形貌可以減緩粉末的下降速率，提高在高分子膠中懸浮穩定性， 對導熱高分子材料的存儲和實際應用有利。

目前制備片狀氧化鋁的方法主要是熔鹽法。熔鹽法是將所需組分的反應物與一種或幾種 熔鹽按照一定的比例混合，然后在高于熔鹽熔點的溫度下進行煅燒，冷卻后經溶解熔鹽、洗 滌、干燥等步驟而獲得合成產物的方法。該方法是制備片狀氧化鋁最常用的方法，可以通過 晶種的加入量、添加劑、熔鹽的用量及煅燒溫度、時間等對氧化鋁的形貌進行控制。

申請號為“200610116360.3”，發明名稱為“低溫制備片狀氧化鋁單晶顆粒的方法”，公 開了一種利用經煅燒的Al(OH)₃粉體或γ-Al₂O₃粉體生成的非晶態氧化鋁粉體為起始原料，然 后加入晶種α-Al₂O₃粉，其加入量為總重量的5～20％；以熔鹽為合成介質，加入量按鹽料兩 者重量比為1:1～4:1的比例計算用量；然后將上述混合物在660～1300℃的溫度下進行煅燒 2～8小時，隨后隨爐冷卻，最終制得片狀氧化鋁單晶顆粒。該專利中除了需要煅燒2～8小 時外，還需要將晶種進行預燒2小時，原料研磨2～3個小時，生產周期較長。