Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и изделие из него

Классы МПК:C01F7/44 обезвоживание гидроксида алюминия 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "КЕДР" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-09-17
публикация патента:

Изобретения относятся к области химии. Порошкообразный альфа-оксид алюминия состоит из частиц размером от 40 до 250 микрон округлой формы, имеющих удельную поверхность не менее 100 м2/г, преимущественно в пределах 120-180 м 2/г, сохраняющуюся при температуре от 700°С до 1400°С. Поверхность частиц является поликристаллической. Способ получения порошкообразного альфа-оксида включает введение частиц гидрата оксида алюминия размером от 40 до 250 микрон, содержащих от 10 до 30% химически связанной воды, в высокотемпературный поток газа, в котором частицы порошка прогревают до температуры не ниже 700°С, но не выше 2000°С. При этом процесс ведут в одну стадию. Изделие получают путем смешения порошкообразного альфа-оксида алюминия с органическим полимерным гелем, заполнения формы полученной смесью, разогрева формы до 700°С и выше, но не более 1500°С, спекания в одну стадию до полного испарения и выгорания органического полимерного геля и прочного сцепления частиц исходного порошкообразного альфа-оксида алюминия между собой. Изобретения позволяют использовать порошкообразный альфа-оксид алюминия в условиях экстремальных температур, проводить процесс его получения в одну стадию, создавать изделия различного размера и формы. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил., 4 табл.

Рисунки к патенту РФ 2386589

порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589

Изобретение относится к материаловедению и гетерогенному катализу и касается частиц окиси алюминия, применяемых в качестве носителя катализаторов для псевдоожиженного, кипящего и движущегося слоев, а также в качестве абразивного материала и наполнителя.

Изобретение касается также изделий различной формы и размера, полученных из порошка порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 -оксида алюминия, для их использования в качестве носителей катализаторов для неподвижного слоя и других целей.

Порошкообразный альфа-оксид алюминия (корунд) известен в качестве исходного материала для получения металлокерамических материалов высокой чистоты, абразивов, спеченных изделий; он может быть использован в качестве сырья для пористых материалов, таких как керамические фильтры, сырья для монокристаллов и т.д. Порошок альфа-оксида алюминия широко используется как носитель для катализаторов различного назначения.

Наиболее важными свойствами, необходимыми носителю для нанесения на него активных каталитических компонентов, являются: чистота, прочность, текстура. Кроме того, важными факторами, определяющими активность катализатора, являются удельная поверхность носителя и его термическая стабильность, так как существует целый ряд важных химических процессов, таких как глубокое и парциальное окисление, паровой риформинг углеводородов и т.д., которые протекают при температурах выше 700°С и повышенных давлениях. В таких процессах имеет большое значение развитая поверхность носителя, так как для обеспечения высоких скоростей процесса требуется высокая концентрация активных компонентов, что возможно только при большой удельной поверхности носителя. При этом следует учитывать, что свойства порошка оксида алюминия оказывают большое влияние на стадии получения, функции и физические характеристики изготовляемых из него изделий, в том числе на прочность, проницаемость и открытую пористость.

Известны порошки альфа-оксида алюминия, состоящие из частиц неоднородной формы и широкого распределения по размерам, причем около 99% частиц имеют размер ориентировочно от 10 до 600 нм (пат. РФ № 2302374, МКИ C01F 7/02, C01F 7/44, опубл. 2007.07.10; пат. РФ № 2052383, МКИ C01F 7/44, опубл. 1996.01.20). При этом удельная поверхность порошков альфа-оксида алюминия с частицами микронного и даже субмикронного размера, как правило, не превышает 20 м 2/г (пат. РФ № 2137715, МКИ C01F 17/00, опубл. 1994.08.11; заявка на изобретение № 2005126960, МКИ B01J 21/04, опубл. 2006.04.27).

Известен порошок альфа-оксида алюминия, содержащий частицы монокристаллической структуры, которые являются неагломерированными, имеют узкое распределение частиц по размерам, высокую чистоту при однородном составе в пределах одной частицы и при отсутствии структурной деформации отдельных частиц. Порошок применим, в частности, как сырье для носителя катализаторов (пат. РФ № 2114059, МКИ C01F 7/44, опубл. 1993.06.01).

Известен порошкообразный альфа-оксид алюминия, содержащий частицы, которые однородны, имеют сферическую форму, мелкодисперсную однородную структуру и не содержат внутри себя частицы кристалла-затравки. Средний размер частиц альфа-оксида алюминия - от 0,1 мкм до 5 мкм при узком распределении частиц по размерам (заявка Японии 4-314052, МКИ C01F 7/02, опубл. 1992.06.02; пат. РФ № 2114059, МКИ C01F 7/44, опубл. 1993.06.01).

Известен порошок альфа-оксида алюминия, состоящий из частиц регулируемого размера и формы, имеющих плотноупакованную решетку (пат. РФ № 2136596, МКИ C01F 7/44, опубл. 1994.11.24 «Способ получения порошка порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 -оксида алюминия и порошок порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 -оксида алюминия»). Порошок используется в качестве сырья для металлокерамических материалов, сырья для пористых материалов, монокристаллов, т.к. он имеет высокие свойства упаковки и низкое содержание галогена. Размер и форма частиц получаемого порошка хорошо контролируется, однако размер частиц не превышает 10 мкм, а при увеличении количества затравочных частиц размер частиц порошка значительно уменьшается и тем самым уменьшается площадь его удельной поверхности.

Данное техническое решение принято за первый прототип.

Условия организации кипящего и движущегося каталитических слоев требуют применения порошков оксида алюминия с диаметром частиц от 30-40 до 250 микрон. Размеры частиц вышеописанных порошков значительно меньше. Известно, что чем меньше частицы порошка, тем больше его удельная поверхность. Тем не менее, несмотря на малый размер частиц, вышеописанные порошки не обладают большой удельной поверхностью.

Известны способы получения порошка альфа-оксида алюминия (мелкодисперсного корунда) путем прокаливания или обжига низкотемпературных фаз оксида алюминия или его гидратов при температурах 300-1300°С (пат. РФ № 2137715, МКИ C01F 17/00, опубл. 1994.08.11; пат. № 2136596 МКИ C01F 7/44, опубл. 1994.11.24) в различных атмосферах и при различных давлениях, или горение смесей различного состава (пат. РФ № 2052383, МКИ C01F 7/44, опубл. 1993.03.22). Для высокотемпературной обработки может быть использован плазменный луч (пат. РФ № 2032621 МКИ C01F 7/44, опубл. 1995.10.04; US Pat. No.4320074, Int. Class B298C 6/00, 1990). Низкотемпературные фазы могут быть получены разнообразными способами, например зольно-гелевым методом (US Pat. No. 307033 B2, hit. Class C01F 7/38, 2007) или размолом (пат. РФ № 1248198, МКИ C01F 7/30, опубл. 1999.09.27). Как правило, все эти способы являются многостадийными и требуют введения различных соединений, которые часто остаются в составе готового порошка. Кроме того, высокотемпературная обработка, необходимая для фазового перехода любой низкотемпературной фазы в порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 -оксид алюминия, приводит к уплотнению кристаллической решетки, что вызывает уменьшение удельной поверхности порошка в сотни раз. Для сохранения поверхности при высокотемпературном фазовом переходе в исходный оксид алюминия добавляются различные соединения, например оксиды металлов, соли и т.д. (пат. РФ № 1248198, МКИ C01F 7/30, опубл. 1999.09.27; пат. РФ № 2321542, пат. РФ № 2176985, МКИ C01F 7/42, опубл. 2001.12.20). Часто используются гидротермальный и автоклавный методы (пат. РФ № 2229441, МКИ C01F 7/44, опубл. 2004.05.27), или в атмосферу при прокалке добавляются газ галоген или его смесь с паром (заявка РФ № 94042255, МКИ C01F 7/02, опубл. 1996.09.20; пат. РФ № 2114059, МКИ C01F 7/44, опубл. 1993.06.01).

Тем не менее, при использовании большинства вышеприведенных способов получения мелкодисперсного корунда удельная поверхность порошков альфа-оксида алюминия с частицами микронного и даже субмикронного размера не превышает 20 м2/г.

Известен способ получения порошка альфа-оксида алюминия, состоящего из частиц регулируемого размера и формы, используемого в качестве носителя каталитических металлов, а также в качестве сырья для металлокерамических материалов высокой чистоты и абразивных материалов, сырья для пористых материалов, монокристаллов и т.д. (пат. РФ № 2136596, МКИ C01F 7/44, опубл. 1994.11.24). Порошок альфа-оксида алюминия получают путем прокаливания в галогенсодержащей среде при температуре от 800 до 1400°С.

Известен способ получения частиц альфа-оксида алюминия (пат. РФ № 2032621, МКИ C01F 7/44, опубл. 1995.09.15, бюлл. № 10), включающий термообработку материала, содержащего соединения алюминия, подготовку водяной кашицы, с последующей сушкой распылением этой кашицы для формирования шарообразных частиц со средними размерами 30-110 мкм; затем ведут термообработку полученных частиц при температуре ниже их точки плавления для изготовления агломератов из частиц оксида алюминия с размером удельной поверхности 1м 2/г и прочностью на истирание в воздушном потоке меньше 0.3 мас.%/ч и измельчение агломератов для изготовления частиц. При этом термическую обработку ведут при температуре до 1540°С.

Данный способ получения порошка альфа-оксида алюминия принят за второй прототип.

Однако данный способ не позволяет получить порошок с большой удельной поверхностью, т.к. высокотемпературная обработка, необходимая для фазового перехода низкотемпературной фазы в альфа-оксид алюминия, приводит к уплотнению кристаллической решетки, что вызывает значительное уменьшение удельной поверхности порошка. К тому же для получения частиц заявленного размера предлагается использование затравочных кристаллов, действующих в качестве мест роста кристаллов порошка альфа-оксида алюминия. Введение диспергаторов и кристаллов роста влияет на текстуру и состав конечного продукта. Основным ограничением способа является его многоступенчатость.

Известны микропрозрачные изделия, используемые в качестве абразивов и полученные из порошка альфа-оксида алюминия путем размола порошка, формирования смеси, высушивания, привнесения в смесь как минимум одного растворителя, экструзии полученной массы и формирования изделия путем спекания в диапазоне температур 1300-1650°С (US Pat. No. 7169198 B2, Int. Class C04B 35/10, 2007.01.30 "Microcrystalline порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 -Al2O3 shaped body, method for the production and use thereof"). Средняя плотность частиц порошка размером от 0.5 до 0.6 мкм больше или равна 95% от теоретической плотности.

Известны носители из корунда в виде порошка из мелких частиц, которые в промышленном катализе используются для неподвижного слоя и представляют собой изделия различной формы (шарики, цилиндры, кольца и т.д.) размером от 3 до 20 мм или моноблоки сотовой структуры. Создание таких изделий является сложным многостадийным процессом, включающим стадии создания различных пластичных смесей, экструзии, сушки, прокалки, а в случае монолитов - еще и нанесение вторичных покрытий, в связи с малой удельной поверхностью высокотемпературных носителей (US Pat. No. 6649563 B2, Int. Class B01J 21/04, 2003; US Pat. No. 7169198 B2, Int. Class C04B 35/10, 2007; US Pat. No. 7220454 B2, Int. Class; заявка на изобретение № 2005126960, МКИ B01J 21/04, опубл. 2006.04.27).

Известен способ получения керамики из алюмооксидной композиции, содержащей частицы альфа-оксида алюминия (пат. РФ № 2138461 «Алюмооксидная композиция (варианты) и способ получения алюмооксидной керамики», МКИ C04B 35/10, опубл. 1999.09.27). Изобретение позволяет получить алюмооксидную керамику с точными размерами и уменьшить коробление и анизотропию усадки при спекании.

Известен способ получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики: износо- и химически стойких деталей оборудования, выдерживающих высокие статические нагрузки. При получении шихты корундовой керамики с пониженной температурой спекания 1450°С используют гидроксид алюминия и/или глинозем ГК в пересчете на оксид алюминия (88-92 мас.%), который смешивают с предварительно спеченной при 900-1000°С стеклодобавкой-минерализатором (8-12 мас.%), содержащей компоненты MgO, CaO, SiO2 , В2О3, взятые в массовом соотношении 0,5:0,5:1:1. Способ обеспечивает получение корундовой керамики с пониженной температурой спекания при сохранении основных прочностных характеристик на уровне конструкционной корундовой керамики (пат. РФ № 2171244 «Способ получения корундовой керамики», МКИ С04В 35/11, публ. 2001.04.10).

Все вышеперечисленные способы получения носителей из корунда, изделий из порошка оксида алюминия являются многоступенчатыми процессами, к тому же спекание происходит в присутствии как минимум одного связующего, которое входит в состав готового изделия.

Наиболее близким по решаемой задаче и принятым за третий прототип является метод получения оксида алюминия и изделий из него (US Pat. No. 6,841,497, Int. Class: C04B 41/45; C04B 38/00; C04B 41/87 "Method of producing aluminum oxides and products obtained on the basis thereof, January 11, 2005). Изобретение основано на методе синтеза оксида алюминия с различной кристаллической структурой и получения изделий из этого оксида алюминия. Коммерческая цель по изобретению - получение редиспергируемых наночастиц корунда со средним размером менее 100 нм с использованием кристалла затравки и добавлением органических и неорганических предшественников при применении зольно-гелевого метода, сушки и прокалки при температуре до 950-1250°С. Из этих частиц спекаются различные изделия. Получаемые изделия - каталитические носители, порошковое сырье, пористые мембраны, которые могут быть использованы в керамической промышленности. Однако используемый при спекании порошок содержит неорганические добавки, его частицы меньше 150 нм, что не позволяет получить изделия с открытой пористостью выше 50%. Основным ограничением метода является его сложность.

Задачи по изобретению:

1. Создание порошка из частиц альфа-оксида алюминия размером от 40 до 250 микрон, чтобы, обладая большой удельной поверхностью, он мог применяться в условиях экстремальных температур.

2. Процесс получения порошка из частиц альфа-оксида алюминия, который должен быть простым, исключающим многостадийность.

3. Создание изделий различного размера и формы из порошка альфа-оксида алюминия с достаточной открытой пористостью.

Первая задача по изобретению решается тем, что получаемый порошок желаемого фракционного состава состоит из частиц размером от 40 до 250 микрон, имеющих различную морфологическую структуру - от пустотелых сфер с удельной поверхностью 0,2-09 м2 /г до частиц с поверхностью из множества кристаллов различной формы и размера. Такая поликристаллическая структура частиц обеспечивает высокую фрактальность их поверхности, за счет чего удельная поверхность порошка достигает не менее 100 м2/г, преимущественно в пределах 120-180 м2/г.

Порошкообразный альфа-оксид алюминия по изобретению может быть использован в качестве носителя катализаторов кипящего, псевдоожиженного или движущегося слоя, или в качестве исходного материала для получения металлокерамических материалов высокой чистоты, абразивов, спеченных изделий, а также в качестве сырья для пористых материалов, таких как керамические фильтры, и т.д.

Вторая задача по изобретению решается тем, что порошок порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 -оксида алюминия, характеризующийся изложенными в первой задаче свойствами, получают в одну стадию следующим способом: частицы гидрата оксида алюминия, содержащего от 10 до 30 мас.% химически связанной воды, желаемого размера в диапазоне от 40 до 250 микрон без каких либо добавок вводятся в высокотемпературный поток газа (воздуха, азота, аргона или любого другого газа), нагретый любым известным способом, где пребывают в течение определенного времени, необходимого и достаточного для их прогрева до температур не менее 700°С и не более 2000°С. За время пребывания частиц исходного гидрата оксида алюминия в потоке происходит его фазовый переход в альфа-оксид алюминия (корунд). По регулируемым параметрам - размеру частиц, температуре и времени пребывания частиц в области высоких температур - определяют момент завершения организованного фазового перехода гидрата оксида алюминия в альфа-оксид алюминия. Таким образом, контролируется морфология и удельная поверхность полученных частиц альфа-оксида алюминия, которые сохраняют свои свойства при воздействии высоких температур до 1400°С.

Известно, что при подобных фазовых переходах происходит уплотнение кристаллической решетки, что, как правило, вызывает значительное уменьшение удельной поверхности порошков. Однако при описанном способе нагрев частиц до высоких температур происходит в течение миллисекунд, и в течение этого времени выделение химически связанной воды способствует образованию фазы альфа-оксид алюминия в виде множества микроскопических кристаллов размером от 1-3 микрон и менее. При этом время прогрева, которое зависит от многих факторов, в том числе от размера частиц, скорости потока и температуры потока, определяет, получим мы частицы с поликристаллической поверхностью (по примерам 1, 2), или гладкие сферы с небольшой удельной поверхностью (по примеру 3).

Несмотря на то что в каждом из микроскопических кристаллов на поверхности происходит уплотнение решетки оксида алюминия, за счет их большого количества поверхность частиц при их неизменном размере становится поликристаллической или фрактальной, что и обеспечивает высокую удельную поверхность частиц и морфологию поверхности.

Третья задача по изобретению - получение изделия из порошка альфа-оксида алюминия, характеризующегося изложенными в первой и во второй задаче свойствами, благодаря наличию множества кристаллов с острыми гранями на поверхности частиц, решается в одну технологическую стадию следующим способом: органический полимерный гель, например из ряда гликолей или глицеринов, смешивается в нужной пропорции с частицами вышеописанного порошка заданного фракционного состава, затем полученной смесью, под давлением или без, заполняется форма любого размера и дизайна. При разогреве формы до температуры 700°С и выше, но не более чем до 1500°С, происходит полное испарение и выгорание органического геля. При этом в местах контакта поликристаллической поверхности частиц происходят нестационарные тепловые и диффузионные процессы, которые обеспечивают прочное сцепление частиц порошка между собой за счет свойств их поликристаллической поверхности. Регулируя размер частиц и плотность их упаковки, можно в одну стадию получить не содержащие связующего изделия желаемой формы, проницаемости и с определенной открытой пористостью.

Полученные изделия могут быть использованы как носители для катализаторов неподвижного слоя, фильтры и уловители различных веществ, шлифовальные формы и т.д.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что технических решений, характеризующихся признаками, идентичными существенным признакам в заявляемых объектах, а именно порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ получения порошкообразного альфа-оксида алюминия и изделия из этого порошка, не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых решений критерию «новизна».

Отличительные признаки позволяют решить поставленные задачи и сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

Решение поставленных в изобретении задач показано на примерах (1-4 примера) и проиллюстрировано чертежами и фотографиями.

На фиг.1 показаны 27Al ЯМР спектры в твердом теле:

N1 - частицы альфа-Al2O3 с поликристаллической поверхностью, полученные по примеру 1.

N2 - полые микросферы альфа-Al2O3 с гладкой поверхностью, полученные по примеру 3.

Для сравнения дан спектр порошка гамма-Al2O3 .

На фиг.2 даны диаграммы дериватографии: (1) - порошка альфа-Al2O3, полученного по примеру 1, и (2) - порошка альфа-Al2O3, полученного по примеру 3.

На фото 1-1, 1-2 даны фотографии сканирующей электронной микроскопии различного разрешения порошка альфа-Al2O3, полученного по примеру 1.

На фото 2-1 дана фотография сканирующей электронной микроскопии кристаллов на поверхности частиц порошка альфа-Al 2O3, полученного по примеру 2.

На фото 3-1, 3-2 даны фотографии сканирующей электронной микроскопии различного разрешения порошка альфа- Al2O3 , полученного по примеру 3.

На фото 4-1 даны фотографии изделий, полученных по примеру 4.

На фото 4-2, 4-3 даны фотографии сканирующей электронной микроскопии различного разрешения образцов, полученных по примеру 4.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Частицы гидрата окиси алюминия диаметром от 40 до 250 микрон, преимущественно от 90 до 100 микрон с содержанием химически связанной воды от 10 до 15 мас.%, предпочтительно от 11 до 13 мас.%, подаются с расходом от 0,1 до 0,5 г/с, предпочтительно 0,3-0,4 г/с, для их нагрева при движении в высокотемпературном потоке воздуха в течение от 0,1 до 5 мс, предпочтительно от 0,5 до 2 мс, до температур от 1000 до 1500°C, предпочтительно от 1100 до 1300°С. В результате последующей закалки получается микросферический оксид алюминия, состоящий из частиц диаметром преимущественно от 90 до 100 микрон, поверхность которых, согласно данным сканирующей электронной микроскопии (фото 1-1, фото 1-2, фото 1-3 и фото 1-4), состоит из микрокристаллов размером от 0,1 до 10 микрон. Спектры 27Al ЯМР в твердом теле (фиг.1) показывают, что в таком микросферическом оксиде алюминия атомы алюминия находятся в октаэдрическом окружении атомов кислорода как в обычном корунде, однако его кристаллы отличаются меньшей упорядоченностью. Примесь гамма-Al2O3 в образце согласно данным 27Al ЯМР не превышает 1 мас.%. Таким образом, полученный микросферический оксид алюминия с поликристаллической поверхностью является в основном альфа-оксидом алюминия.

Согласно данным дериватографии (фиг.2-1) полученный образец микросферического оксида алюминия с поликристаллической поверхностью содержал 6,24 мас.% физически адсорбированной воды (что свидетельствует о том, что образец имеет развитую поверхность), 2,25 мас.% гамма-Al 2O3 и 2,27 мас.% более высокотемпературных фаз. Таким образом, более чем на 95% по массе полученный оксид является альфа-Al2O3, что подтверждается данными рентгенофазового анализа. В ходе дериватографии порошок прогревался от 700 до 1400°С в течение 2 часов и выдерживался при 1400°С не менее часа, не претерпевая заметных изменений.

Пример 2

Частицы гидрата окиси алюминия диаметром от 40 до 250 микрон, преимущественно от 120 до 250 микрон, с содержанием химически связанной воды от 10 до 15 мас.%, предпочтительно от 12 до 14 мас.%, подаются в высокотемпературный поток воздуха с расходом от 0,1 до 0,5 г/с, предпочтительно 0,3-0,4 г/с, для их нагрева при движении в высокотемпературном потоке воздуха в течение от 0,1 до 5 мс, предпочтительно от 0,5 до 2 мс, до температур от 1000 до 1500°С, предпочтительно до 1100-1300°С. В результате получается микросферический оксид алюминия, состоящий из частиц диаметром преимущественно от 120 до 250 микрон, поверхность которого, согласно данным сканирующей электронной микроскопии (фото 2-1, фото 2-2), состоит из микрокристаллов размером от 0,1 до 10 микрон.

Пример 3

Частицы гидрата окиси алюминия диаметром от 40 до 250 микрон, преимущественно от 70 до 120 микрон, с содержанием химически связанной воды от 12 до 17 мас.%, предпочтительно от 12 до 14 мас.%, подаются в высокотемпературный поток воздуха с расходом от 0,1 до 0,5 г/с, предпочтительно 0,3-0,4 г/с, для их нагрева при движении в высокотемпературном потоке воздуха в течение от 0,1 до 5 мс, предпочтительно от 0,5 до 3 мс, до температур от 1900 до 2300°С, предпочтительно до 2000-2100°С. В результате получается микросферический оксид алюминия, который по данным сканирующей электронной микроскопии состоит из частиц диаметром преимущественно от 70 до 120 микрон, которые представляют собой полые сферы с гладкой или ребристой поверхностью (фото 3-1, фото 3-2).

Спектры 27Al ЯМР в твердом теле (фиг.1) показывают, что в таком микросферическом оксиде алюминия атомы алюминия находятся в октаэдрическом окружении атомов кислорода. Степень упорядоченности кристаллов высокая.

Согласно данным дериватографии (фиг.2-3) микросферический оксид алюминия, полученный по примеру 3, содержит 1% низкотемпературных фаз оксида алюминия и практически не содержит физически связанной воды. Таким образом, более чем на 99% по весу образец является альфа-Al2O3 и не имеет развитой поверхности.

Текстурные данные, полученные методом адсорбции/десорбции азота, для образцов, полученных по примеру 1, 2, 3 после их дериватографии, то есть после их прогрева при температурах от 700 до 1400°С в течение не менее 2 часов, а также для образца, полученного по примеру 1 и прокаленного при 1000°С в течение 5 часов, можно свести в следующую таблицу:

порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589

Согласно таблице 1, а также данным сканирующей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа состав, внешний вид и поверхность образцов по примеру 1, 2, 3 существенно не меняются после их прогрева при температуре от 700 до 1400°С в течение не менее 2 часов, а также после прокаливания при температуре 1000°С в течение 5 часов.

Пример 4

Частицы порошка альфа-Al 2O3 требуемого размера, полученные вышеописанным способом, смешиваются с полиэтилен гликолем в весовом соотношении от 1:1 до 10:1, предпочтительно от 3:1 до 6:1, вводятся в форму желаемого размера и дизайна, а затем подвергаются нагреву до температур от 700 до 1000°С, предпочтительно от 700 до 750°С. В результате получаются, например, цилиндрические таблетки отверстием и без него. Данные химического анализа показывают, что при спекании при таких температурах связующее полностью сгорает.

По данным сканирующей электронной микроскопии (фото 4-3, фото 4-4, фото 4-5, фото 4-6) спекание частиц альфа-Al2 O3 с поликристаллической поверхностью при вышеуказанных температурах не приводит к заметным изменениям формы гранул порошка или их поверхности. Для спекания таблеток были взяты партии порошка со следующими свойствами:

Таблица 2
Свойства порошков, используемых при спекании образцов таблеток
Партия Размер частиц, мкм Удельная поверхность, м2 Насыпная плотность, г/см3
1-190-100 159,80,8-1,1
1-2 100-112164,7 0,9-1,1
1-3 112-125180,4 0,9-1,1

Открытая пористость спеченных таблеток измерялась известным гидростатическим методом.

Цилиндрические таблетки без отверстия (фото 4-1) имеют следующие характеристики:

Масса1,6 г
Наружный диаметр 9,5 мм
Высота15,0 мм

Таблица 3
Плотность и открытая пористость спеченных образцов таблеток без отверстия
Партия таблеток Размер частиц исходного порошка, мкм Плотность, г/см3 Открытая пористость, % Прочность на раздавливание, кг/см2
4-1порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и   изделие из него, патент № 2386589 1,59 59,7 80-85
4-2 100-112 1,6259,1 80-85

Цилиндрические таблетки с отверстием (фото 4-2) имеют следующие характеристики:

Масса0,9 г
Наружный диаметр 9,5 мм
Диаметр отверстия 3,1 мм
Высота 8,3 мм

Таблица 4
Плотность и открытая пористость спеченных образцов таблеток с отверстием
Партия таблеток Размер частиц исходного порошка, мкм Плотность, г/см3 Открытая пористость, % Прочность на раздавливание, кг/см2
4-390-100 1,6957,1 75-80
4-4 100-112 1,6658,1 75-80
4-5 112-125 1,6558,5 75-80

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Порошкообразный альфа-оксид алюминия, состоящий из частиц размером от 40 до 250 мкм округлой формы, отличающийся тем, что частицы имеют удельную поверхность не менее 100 м2 /г, преимущественно в пределах 120-180 м2/г, сохраняющуюся при температуре от 700 до 1400°С.

2. Порошкообразный альфа-оксид алюминия, отличающийся тем, что поверхность его частиц является поликристаллической.

3. Способ получения порошкообразного альфа-оксида алюминия, охарактеризованного в пп.1 и 2, отличающийся тем, что частицы гидрата оксида алюминия размером от 40 до 250 мкм, содержащие от 10 до 30% химически связанной воды, вводят в высокотемпературный поток газа, в котором частицы порошка прогревают до температуры не ниже 700°С, но не выше 2000°С, при этом процесс ведут в одну стадию.

4. Изделие, полученное путем смешения порошкообразного альфа-оксида алюминия, охарактеризованного в пп.1 и 2, с органическим полимерным гелем, заполнения формы полученной смесью, разогрева формы до 700°С и выше, но не более 1500°С, спекания в одну стадию до полного испарения и выгорания органического полимерного геля и прочного сцепления частиц исходного порошкообразного альфа-оксида алюминия между собой.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2386589

patent-2386589.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C01F7/44 обезвоживание гидроксида алюминия 

Патенты РФ в классе C01F7/44:
способ получения корунда высокой чистоты -  патент 2519450 (10.06.2014)
катализатор селективного гидрирования и способ его получения -  патент 2490060 (20.08.2013)
способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием -модификаций al2o3 -  патент 2462417 (27.09.2012)
осушитель и способ его приготовления -  патент 2448905 (27.04.2012)
порошок -оксида алюминия -  патент 2441841 (10.02.2012)
абразивный порошковый материал и абразивная суспензия для избирательного полирования полупроводниковой подложки и способ полирования -  патент 2401856 (20.10.2010)
порошковый материал из оксида алюминия (варианты) и способ его получения -  патент 2348641 (10.03.2009)
способ получения бемитного порошкового материала -  патент 2342321 (27.12.2008)
способ получения гидроксида алюминия псевдобемитной структуры и гамма-оксида алюминия на его основе -  патент 2335457 (10.10.2008)
нанопористые сверхмелкие порошки из альфа оксида алюминия и золь-гель, способ их приготовления -  патент 2302374 (10.07.2007)


Наверх