2008年 第 7 期中 国 陶 瓷中国陶瓷│CHINA CERAMICS│2008(44)第 7 期│3中 国 陶 瓷2007年 第 1 期第 44 卷 第 7 期2008年 7 月Vol.44 No.7July.2008中 国 陶 瓷
【摘 要】：综述了目前常用的制备镁铝尖晶石粉体的各种方法的工艺过程、特点及其产物的性能特征。经分析指出纯度和粒度是粉体最重要的两个性能指标；降低合成温度、简化工艺过程是今后制备技术发展的趋势。金属醇盐可能成为获得高纯度产物最有应用前景的前驱物；水热处理、溶剂蒸发、超临界干燥等物理手段是解决粒度最有效的途径。【关键词】：耐火材料，镁铝尖晶石，粉体，制备方法引 言镁铝尖晶石(Magnesium Aluminium Spinel，以下简称MAS)材料是一种熔点高、热膨胀系数小、热导率低、抗热震性好、抗碱侵蚀能力强的材料[1]，主要应用于钢包内衬、平炉炉顶、水泥回转窑烧成带衬砖。MAS单晶体是一种高熔点、高硬度的晶体材料。在10GHz以上的微波段上，MAS单晶的声衰减比蓝宝石或石英低得多，可作为介质制作微波声体波器件[2]。MAS还具有优良的电绝缘性，且与Si的匹配性能好，其线膨胀系数与Si相近，因而其外延Si形成膜的形变小，是一种重要的集成电路衬底材料[3]。近年来，制备MAS粉体的方法受到人们的广泛关注，并在原有制备工艺基础上，涌现出许多新的制备技术。本文拟总结近年来国内外对获取高性能MAS体制备方法，以期找到解决粉体的纯度、粒度、化学均匀性等问题的途径，从而在获取高性能粉体，发挥其优越性能。 1 固相法1.1传统固相法固相法是固体与固体之间发生化学反应生成新的固体物质的反应过程，其中反应温度高于600℃称为高温固相反应。Lepkova D[4]等研究了MgO和Al2O3的固相反应中，添加剂对尖晶石形成温度和转化率的影响。将α-Al2O3和Mg(HCO3)2分解后的MgO及添加剂均匀混合后，在一定的温度下反应制备尖晶石粉，添加剂为B2O3和TiO2，或B2O3和氟化物(LiF，CaF2，ZnF2，BaF2)的混合物。尖晶石合成转化率在85%～95％之间，加入B2O3和TiO2复合添加剂时，尖晶石粉的生成量最大。传统固相法无疑是最简单、最方便的合成尖晶石的工艺，存在的显著缺点是合成温度高。而添加剂又会影响产物的纯度，无法满足高技术领域的要求。 1.2凝胶固相法凝胶固相法是将初始原料同有机单体、交联剂、引发剂等混合形成凝胶，干燥后经焙烧制备粉体。粉体具有颗粒细小均匀、纯度高、分散性好等优点。仝建峰[5]等以Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O和Al2O3按n(Mg)∶n(Al)=1∶2进行混合，有机单体丙烯酰胺(C3H5NO)为凝胶，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵(NH2)2SO6水溶液为引发剂，4-甲基乙二胺(C6H16N2) 为催化剂，选用JA-281试剂为分散剂，用NH3·H2O调节pH值。将干凝胶在1250℃左右保温3h，便可得到平均粒径为0.5μｍ的球形MgAl2O4微粉。王修慧[6]等先以异丙醇水溶液将高纯MgO粉体分散成浆体，再将异丙醇铝水解得到凝胶，然后按n(Mg)∶n(Al)=1∶2配料球磨混合24h，干燥后进行焙烧，800℃即开始出现尖晶石相，1200℃时形成了完善的MAS相结构，最终得到纯度高达99.99%MAS粉体。之所以能够降低合成温度，是原因反应物之一的AlOOH凝胶替代Al2O3，活性高，粒度细，混合过程中可达到高度的均匀性；在加热至500℃～600℃范围内会生成高活性Al2O3。此法解决了产物的纯度问题，可以应用于提拉法生长尖晶石单晶材料；但其缺点是粒度偏粗大，不适于透明多晶体的制备。2 沉淀法2.1 均匀沉淀法均匀沉淀法是利用某一化学反应，将溶液中的构晶离子从溶液中缓慢、均匀地释放出来，与溶液中的Mg2+和Al3+生成沉淀，然后再经干燥、焙烧制得粉体。Hokazono S[7]等采用2种溶液体系来制备MAS粉体：一是Al(NO3)3、Mg(NO3)2、尿素水溶液体系；二是Al2(SO4)3、MgSO4、尿素水溶液体系。按n(Mg)∶n(Al)=1∶2进行配料；其中，C尿素=1.8mol·L-1，CAl3+=0.1mol·L-1，CMg2+= 0.08mol·L-1，分别用HNO3、H2SO4调至pH值为2，在90℃水浴分别加热22.5h和38h，生成的沉淀经离心分离后于100℃干燥24h，在800℃～1000℃焙烧，得到比表面积为25～66m2·g-1的MAS粉体。硝酸盐体系制备的前驱物含镁铝尖晶石粉体的制备方法王修慧1,2，王程民2，司 伟2，李 刚2，曹冬鸽2，翟玉春1(1东北大学材料与冶金学院， 沈阳 110006；2大连交通大学材料科学与工程学院， 大连 116028)
镁铝尖晶石微粉的合成方法
纳米 MgAl2O4的制备方法
传统的制备 MgAl2O4 颗粒粉体的方法是利用 A12O3 和 MgO 的固相反应:
A12O3+MgO= MgAl2O4 (1.1) 这种固相反应需要 1450?的高温[4]在如此高的温度下，颗粒会发生长大，并 产生严重的团聚。而且，这种方法消耗能源巨大。近年来，人们开发出许多制备 MgAl2O4 纳米颗粒粉体的技术[5]。主要制备纳米
MgAl2O4 粉体的方法如下。
1) 金属醇盐法
金属醇盐法是将金属作为起始原料，分别和一定的醇反应生成金属醇盐，然
后将金属醇盐经减压蒸馏、提纯、分馏即可得到纳米尺寸的粉末。黄存新、彭载学等人用这种方法制备了纳米 MgAl2O4 粉末，再采用热压烧结的方法得到了
MgAl2O4 透明陶瓷。他们将金属镁、铝分别和乙醇(C2H5OH)、异丙醇 ((CH3)2CHOH)反应生成 Mg(OC2H5)2 和 Al(OC3H7)3，然后将两种金属醇盐振 荡混合，在这个过程中二者反应生成 MgAl2(OC2H5)2(OC3H7)6，继续振荡并加入 蒸馏水和乙醇(C2H5OH)直至成为溶胶状态，然后在室温下放置一段时间使溶 胶形成了凝胶，再在 100?左右的温度下进行真空干燥，最后在 800?-1100?温 度范围内煅烧即可得纳米 MgAl2O4 粉末[6]。 这种方法制备的 MgAl2O4 粉末，晶粒尺寸在 50-1500nm
之间，颗粒分布比 较均匀。但是该方法工艺比较复杂，且容易引入杂质离子，如
Na+、Si、C。而 透明陶瓷材料对纳米 MgAl2O4 粉末的纯度要求很高，能够吸收可见光的杂质的 引入将增加透明陶瓷的光吸收因素 Sim，会降低了材料的综合性能。
2)化学共沉淀法 在含有多种金属阳离子的溶液中加入沉淀剂后，可使所有阳离子完全沉淀，
再煅烧沉淀物可得到氧化物粉体，这种方法称为化学共沉淀法。利用此种方法，
第２７卷第２期 ２００６年６月 大 连 铁 道 学 院 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＬＩＡＮ ＲＡＩＬＷＡＹ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ Ｖ０１．２７ ＮＯ．２ Ｊｕｎ． ２００６
文章编号：１０００－１６７０（２００６）０２－００７７－０３
凝胶固相法制备高纯镁铝尖晶石纳米粉体
王修慧，刘 炜，张 洋，李 刚，刘俊利
（大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连Ｉ１６０２８）米
摘要：以高纯Ｍｇ０和Ａｌ（Ｐｒ’ＯＨ） 为原料，采用凝胶一固相反应法制备高纯镁铝尖晶石超微粉体．ＸＲＤ 分析结果表明焙烧温度８０ｏ℃时即出现尖晶石相，１２００￣Ｃ时即可形成几乎不含杂相的纯尖晶石粉体；由 谢乐公式计算，晶粒尺寸小于２０ ｎｍ．ＩＣＰ．ＭＳ分析结果显示粉体纯度Ｉ＞９９．９９％；粒度分析结果表明粉体 Ｄ５０为２．７ 肌，Ｄ９５＝５．２ ｍ，粒度分布窄．同时讨论了工艺条件对粉体性能的影响． 关键词：尖晶石；超微粉；凝胶固相法 中图分类号：ＴＱ０２９．１ 文献标识码：Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｕｒｉｔｙ Ｓｐｉｎｅｌ Ｐｏｗｄｅｒｓ ｂｙ Ｇｅｌ－ｓｏｌｉｄ Ｍｅｔｈｏｄ
ＷＡＮＧ Ｘｉｕ－ｈｕｉ，ＬＩＵ Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＬＩ Ｇａｎｇ，ＬＩＵ Ｊｕｎ－ｌｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １ １６０２８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙ ＭｇＯ ａｎｄ Ａ１（ＯＰｒ ）３ ａｓ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｐｉｎｅｌ ｐｏｗｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅ— ｐａｒｅｄ ｂｙ ｇｅｌ－ｓｏｌｉｄ ｍｅｔｈｏｄ．ＸＲＤ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｉｎｅｌ ｐｈａｓｅ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ８００￣Ｃ
镁铝尖晶石的合成及其工业应用
一、简介
镁铝尖晶石是一种重要的陶瓷材料，具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景。其合成方法主要包括高温固相法、水热法、溶胶凝胶法等。
二、高温固相法合成镁铝尖晶石
1. 原理
高温固相法是指将适量的氧化镁、氧化铝与过量的氧化钠混合均匀后，在高温下反应生成镁铝尖晶石。该方法适用于大规模生产。
2. 合成步骤
（1）将适量的氧化镁、氧化铝与过量的氧化钠混合均匀，放入高温电炉中加热至1200℃以上。
（2）在高温下反应数小时，直到反应完全结束。
（3）冷却后取出产物，进行粉碎和筛分即可得到所需产品。
3. 特点及应用
该方法简单易行，适用于大规模生产。合成出来的镁铝尖晶石具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景，可用于制备耐火材料、电子陶瓷、导热材料等。
三、水热法合成镁铝尖晶石
1. 原理
水热法是指将适量的氧化镁、氧化铝和过量的氢氧化钠混合均匀后，在高压高温下反应生成镁铝尖晶石。该方法适用于小规模试验和制备高纯度产品。
2. 合成步骤
（1）将适量的氧化镁、氧化铝和过量的氢氧化钠混合均匀。
（2）将混合物放入高压釜中，在高温高压下反应数小时。
（3）冷却后取出产物，进行粉碎和筛分即可得到所需产品。
3. 特点及应用
该方法能够制备出高纯度的镁铝尖晶石，但生产效率较低，不适用于大规模生产。合成出来的镁铝尖晶石可用于制备电子陶瓷、光学玻璃等。
四、溶胶凝胶法合成镁铝尖晶石
1. 原理
溶胶凝胶法是指将金属盐或有机金属配合物在溶液中形成胶体，然后在高温下热处理得到所需产物。该方法适用于制备高纯度、均匀性好的产品。
2. 合成步骤
（1）将金属盐或有机金属配合物在溶液中形成胶体。
（2）将胶体在高温下热处理数小时。
（3）冷却后取出产物，进行粉碎和筛分即可得到所需产品。
3. 特点及应用
该方法能够制备出高纯度、均匀性好的镁铝尖晶石，但生产效率较低，不适用于大规模生产。合成出来的镁铝尖晶石可用于制备电子陶瓷、光学玻璃等。
