水熱法制備片狀氧化鋁納米粉體＊

馬小玲

（陜西理工學(xué)院材料學(xué)院 陜西漢中 723003）

水熱法制備片狀氧化鋁納米粉體＊

馬小玲

（陜西理工學(xué)院材料學(xué)院 陜西漢中 723003）

在碳酸氫銨和PEG2000混合溶液中，加入硫酸鋁銨和PEG400的混合溶液得到白色沉淀，將白色沉淀物與正丁醇共沸后，在900℃煅燒1 h，得到γ－Al2O3粉體，粉體粒徑約為20 nm；在1 200℃煅燒1 h，得到片狀α－Al2O3粉體，粉體粒徑約為60 nm。

水熱法 氧化鋁 片狀 納米

前言

氧化鋁是一種常見的陶瓷材料，它具有高熔點、高硬度、高強(qiáng)度、耐腐蝕和低成本的特點，可用作高硬度研磨材料、陶瓷材料和耐火材料等［1］。氧化鋁主要有α、β、γ3種晶型。α－Al2O3（剛玉型〕可以在任何溫度下穩(wěn)定存在，其它晶形均為過渡相或不穩(wěn)定相。α－Al2O3熔點為2 050℃、硬度為8．8、密度為3．97 g／cm3。它屬于三方晶系六方緊密堆積構(gòu)型，在自由的生長環(huán)境中結(jié)晶，晶體沿著c軸生長時，可生長出表面非常平坦的片狀晶體。

片狀氧化鋁不僅熔點高、硬度高，還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和易分散的特點，可作為金屬、陶瓷和玻璃基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，提高復(fù)合材料的彈性模量、韌性和強(qiáng)度［2］。研究發(fā)現(xiàn)用片狀氧化鋁增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料比用顆粒氧化鋁增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料的斷裂韌性高，其原因是由于片狀氧化鋁在基體中產(chǎn)生橋接作用，提高了材料的韌性［3］。制備片狀氧化鋁的方法主要有水熱法、高溫?zé)Y(jié)法和熔鹽法，筆者主要介紹了在較低溫度時，利用水熱法制備片狀氧化鋁納米粉體。

1 實驗

1．1 化學(xué)試劑

聚乙二醇PEG2000，國藥化學(xué)試劑有限公司；聚乙二醇PEG400，國藥化學(xué)試劑有限公司；硫酸鋁銨，成都市科龍化工試劑廠；碳酸氫銨，深圳市三利化學(xué)品有限公司；正丁醇，天津市大茂化學(xué)試劑廠；氨水，廣東汕頭市西隴化工廠；無水乙醇，西安化學(xué)試劑廠。

1．2 設(shè)備

DX－2500型XRD射線衍射儀，丹東方圓儀器有限公司制造；JEM－200CX型透射電鏡，日本電子株式會社制造。

1．3 晶須制備

在蒸餾水中加入一定量的碳酸氫銨和PEG2000（濃度分別為0．4 mol／L和8．8%），在溶液中加入氨水，使其p H值調(diào)試為9．30～9．50，得到溶液A。在蒸餾水中加入一定量硫酸鋁銨和PEG400（濃度分別為0．4 mol／L和7．8%），得到溶液B。在快速攪拌的條件下，將溶液B滴加到溶液A中，得到白色沉淀。將沉淀物過濾，并用蒸餾水洗滌3次。

將沉淀物放入裝有正丁醇的燒瓶中，在90～100℃加熱、攪拌并回流2 h后，在120℃加熱使水和丁醇被蒸發(fā)，得到白色的粉末試樣。將試樣分別在900℃和1 200℃煅燒1 h，備用。用XRD分析試樣的物相，用TEM觀察其形貌。

2 結(jié)果與討論

試樣在不同溫度煅燒后的XRD圖譜示見圖1。從圖1（a）可以看出，試樣在900℃煅燒1 h后，試樣的物相為γ－Al2O3，試樣的衍射峰較寬、較弱，表明其晶粒較小，結(jié)晶度較差。從圖1（b）可以看出，試樣在1 200℃煅燒1 h后，其物相為α－Al2O3，試樣的衍射峰尖銳，表明其結(jié)晶效果較好。

圖1 試樣在不同溫度煅燒后的XRD圖譜Fig．1 XRD patterns of sample sintered at different temperature

片狀氧化鋁的生長歷程為：將溶液B滴加到溶液A中，得到的白色沉淀為球形氫氧化鋁納米顆粒。聚乙二醇分子在沉淀過程中的作用是限制氫氧化鋁粒子的長大；在共沸蒸餾進(jìn)程中，在正丁醇和聚乙二醇的作用下，這些沉淀物被脫水并變成二維（平面）擬薄水鋁石層；在煅燒過程中，擬薄水鋁石層在一些位置脫水、氧重排、衰變，得到片狀氧化鋁［4］。

γ－Al2O3的SEM照片如圖2所示。從圖2可以看出，γ－Al2O3為顆粒狀，可能是因為γ－Al2O3粒徑較小，團(tuán)聚所致，顆粒的直徑約為20 nm。

圖2 γ－Al2O3的SEM照片F(xiàn)ig．2 SEM ofγ－Al2O3

試樣在1 200℃煅燒1 h后，α－Al2O3的TEM照片如圖3所示。從圖3可以看出，試樣為不規(guī)則的片狀，粉體粒徑約為60 nm。γ－Al2O3在1 200℃煅燒過程中，晶粒發(fā)生長大，試樣的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重新排列，得到片狀晶粒。

圖3 α－Al2O3的TEM照片F(xiàn)ig．3 TEM ofα－Al2O3

3 結(jié)語

以PEG為模板劑和形狀誘導(dǎo)劑，用濕化學(xué)沉淀方法制備納米級片狀氧化鋁粉體，在900℃煅燒1h，得到γ－Al2O3；在1 200℃煅燒1 h，得到片狀α－Al2O3粉體，粉體直徑為60 nm。

1 Lu Hongxia，Sun Hongwei，Mao Aixia，et al．Preparation of plate－like nanoα－Al2O3using nano－aluminum seeds by wet－chemical methods．Materials Science and Engineering，2005：19～23

2 Bernardo E，Scarinci G．Sintering behaviour and mechanical properties of Al2O3platelet－reinforced glass matrix composites obtained by powder technology．Ceramics International，2004，30：785～791

3 Kim H J，Kim T G，Kim J J，et al．Influences of precursor and additive on the morphology of nanocrystalline a－alumina．Journal of Physics and Chemistry of Solids，2008，69：1 521～1 524

4 Liu Xun，Wu Zhiguo，Peng Tianyou，et al．Fabrication of alumina nanofibers by precipitation reaction combined with heterogeneous azeotropic distillation process．Materials Research Bulletin，2009，44：160～167

Preparation of Plate－Like Alumina Nanometer Powder by Hydrothermal Method

Ma Xiaoling（School of Materials Science and Engineering，Shaanxi University of Technology，Shaanxi，Hanzhong，723003）

When the solution with aluminium ammonium sulfate and PEG400 was mixed with the solution content of ammonium hydrogen carbonate and PEG2000，the white precipitation was obtained．Then the precipitation was azeotropic distillation．Theγ－Al2O3powder was obtained at 900℃for 1 h，with size about 20 nm．The plate－likeα－Al2O3powder was obtained at 1 200℃for 1 h，with size about 60 nm．

Hydrothermal method；Alumina；Plate－like；Nano

TQ174．75＋8．11

：A

：1002－2872（2012）11－0017－02

馬小玲（1980－），碩士，助教；主要從事結(jié)構(gòu)陶瓷研究。