一種制備十二硼化鋁的方法技術

本發(fā)明專利技術屬于材料制備領域，特別涉及一種制備十二硼化鋁的方法，操作步驟為：將鋁粉與氧化硼混合，球磨制成混合料，將混合料放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝密封放入真空碳管爐中真空熱爆合成，制備Al2O3和AlB12；向純冰晶石Na3AlF6中加入AlF3均勻混合成電解質(zhì)，再向電解質(zhì)中加入CaF2或LiF，將電解質(zhì)混合物料置于電解槽中，電解槽的材質(zhì)為高純石墨，給電解槽進行通電，每隔20~25min再向電解槽中加入Al2O3和AlB12；不斷地取出位于陰極的電解產(chǎn)物，電解產(chǎn)物為Al和AlB12的混合物，過濾后將過濾得出的渣用鹽酸或硫酸處理，最終制備出十二硼化鋁。本發(fā)明專利技術利用產(chǎn)量大且成本低的Al粉、B2O3粉、Al2O3和冰晶石作為主原料，有效地控制了生產(chǎn)成本，且操作簡單，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

????本專利技術屬于材料制備領域，特別涉及一種制備十二硼化鋁的方法。
技術介紹
????十二硼化鋁（AlB12）的制備工藝主要有：（1）以Al、B2O3為原料，熱震燒結制備AlB12；（2）以Al、B為原料進行真空反應燒結；（3）以KBF4、鋁為原料，進行熔鹽輔助合成制備AlB12；以上方法缺點有：方法（1）工藝復雜，氧化鋁雜質(zhì)較多；方法（2）原材料昂貴僅限于實驗室制備AlB12，且有氧化鋁雜質(zhì)；方法（3）產(chǎn)量極低。
技術實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術存在的問題，本專利技術提供一種利用產(chǎn)量大且相對成本低廉的Al粉、B2O3、Al2O3和冰晶石為主要原料，采用真空熱爆合成和電解法制備十二硼化鋁（AlB12），達到工藝簡單易行，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，降低制備成本的目的。本專利技術的一種制備十二硼化鋁的方法，包括以下步驟：（1）制備Al2O3和AlB12混合粉：將45.6~46.9wt%的鋁粉與53.1~54.4wt%的氧化硼混合，球磨1~2h制成混合料，再將混合料放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝密封放入真空碳管爐中，將真空度控制在50Pa以下，以10℃/min的速率將溫度升到400℃~800℃，進行真空熱爆合成，制備得Al2O3和AlB12；將制備的氧化鋁和十二硼化鋁破碎，并過目數(shù)為160目的篩子，使Al2O3和AlB12的顆粒直徑小于等于96μm；再向制備的Al2O3和AlB12中加入其質(zhì)量0~60%?的Al2O3粉，并混合均勻；（2）電解制備：向冰晶石Na3AlF6中加入AlF3，使冰晶石混合料中NaF和AlF3摩爾比為(2.1~2.9)：1，再向其中加入為冰晶石混合料質(zhì)量1~25%的CaF2或?LiF配制成電解質(zhì)，將電解質(zhì)物料置于電解槽中，電解槽的材質(zhì)為高純石墨，將電解槽加熱至860~960℃；向電解槽中加入為電解質(zhì)物料質(zhì)量2~10%的步驟（1）得到的Al2O3和AlB12混合粉，獲得熔融態(tài)混合電解質(zhì)，向電解槽中插入高純石墨圓柱作為陽極，給電解槽進行通電，電解電壓為8V，電解電流為20A，電流密度為0.2～2A/cm2，電解時間為0.5～10h，每隔20~25min再向電解槽中加入為電解質(zhì)物料質(zhì)量2~10%的步驟（1）得到的Al2O3和AlB12混合粉；（3）過濾電解產(chǎn)物：電解不斷進行，不斷地取出位于陰極的電解產(chǎn)物，電解產(chǎn)物為Al和AlB12的混合物，用鋁水過濾網(wǎng)對電解產(chǎn)物進行過濾，將過濾得出的渣用0.5~2mol/L的鹽酸或硫酸酸洗0.5~2h，過濾得到十二硼化鋁。其中，步驟（3）中所述的鋁水過濾網(wǎng)，其網(wǎng)孔規(guī)格為0.1~2.5mm。本專利技術的特點和有益效果在于：本專利技術利用電解法去除真空熱爆合成產(chǎn)生的Al2O3：經(jīng)過高溫熱爆產(chǎn)生的Al2O3為剛玉氧化鋁，其最大的特性就是極其穩(wěn)定，耐酸耐堿，根本無法利用常規(guī)方法予以去除，這也是目前制約AlB12工業(yè)化生產(chǎn)的主要原因；工業(yè)中制備Al的方法就是利用電解法，將可以溶解于熔融電解質(zhì)中的各類Al2O3反應掉并最終制備出Al。由于Al的密度大于電解質(zhì)的密度使其沉積于陰極表面，而AlB12的抗腐蝕力極強，且其密度也大于電解質(zhì)的密度，最終在此電解過程中，得到的陰極產(chǎn)物若不過濾，就得到了含有Al和AlB12的混合物，這種復合材料可以作為屏蔽材料使用。本專利技術利用產(chǎn)量大且成本相對低廉的Al粉、B2O3粉、Al2O3和冰晶石等作為主原料，有效地控制了生產(chǎn)成本，且操作簡單，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。附圖說明圖1為實施例1中Al2O3向Al轉化的過程圖，（a）為電解后的照片，（b）為Al元素的能譜分布圖，（c）為B元素的能譜分布圖，（d）為O元素的能譜分布圖；圖2?為實施例1電解產(chǎn)生鋁的EDS能譜，(a)為電解后的照片，(b)為局部放大照片，(c)為圖(a)中A點處的能譜圖。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術做進一步說明。本實施例中使用的掃描電子顯微鏡型號為：日立S-3400N掃描電子顯微鏡。實施例1（1）制備Al2O3和AlB12混合粉：將45.6wt%的鋁粉與54.4wt%的氧化硼混合，球磨1h制成混合料，再將混合料放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝密封放入真空碳管爐中，將真空度控制在50Pa以下，以10℃/min的速率將溫度升到800℃，進行真空熱爆合成，制備Al2O3和AlB12；將制備的氧化鋁和十二硼化鋁破碎，并過目數(shù)為160目的篩子，使Al2O3和AlB12的顆粒直徑小于等于96μm；再向制備的Al2O3和AlB12中加入其質(zhì)量20%?的Al2O3粉，并混合均勻；（2）電解制備：向冰晶石Na3AlF6（3NaF：AlF3）中加入AlF3，使冰晶石中NaF和AlF3分子比為2.1：1，再向其中加入為其質(zhì)量1%的CaF2配制成電解質(zhì)，電解質(zhì)混合物料總質(zhì)量為300g，將電解質(zhì)混合物料置于電解槽中，電解槽的材質(zhì)為高純石墨，將電解槽加熱至920℃；向電解槽中加入6g步驟（1）得到的Al2O3和AlB12混合粉，獲得熔融態(tài)混合電解質(zhì)，向電解槽中插入直徑為30mm的高純石墨圓柱作為陽極，給電解槽進行通電，電解電壓為8V，電解電流為20A，電流密度為0.8A/cm2，電解時間為4h，每隔20min向電解槽中加入6gAl2O3和AlB12；（3）過濾電解產(chǎn)物：電解不斷進行，不斷地取出位于陰極的電解產(chǎn)物，電解產(chǎn)物為Al和AlB12的混合物，用網(wǎng)孔規(guī)格為0.1mm的鋁水過濾網(wǎng)對電解產(chǎn)物進行過濾，將過濾得出的渣用1mol/L的鹽酸酸洗1h，最終制備出十二硼化鋁。圖1為實施例1中Al2O3向Al轉化的過程圖，（a）為電解后的照片，（b）為Al元素的能譜分布圖，（c）為B元素的能譜分布圖，（d）為O元素的能譜分布圖；由圖看出，Al元素的逐漸富集說明有Al生成，Al2O3在向Al轉變，有B元素的區(qū)域多有Al元素存在而沒有O元素的存在，說明AlB12在Al其中。圖2?為實施例1電解產(chǎn)生鋁的EDS能譜，(a)為電解后的照片，(b)為局部放大照片，(c)為圖(a)中A點處的能譜圖。從能譜結果看出，有單質(zhì)Al生成。實施例2（1）制備Al2O3和AlB12混合粉：將46.9wt%的鋁粉與53.1wt%的氧化硼混合，球磨2h制成混合料，再將混合料放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝密封放入真空碳管爐中，將真空度控制在50Pa以下，以10℃/min的速率將溫度升到700℃，進行真空熱爆合成，制備Al2O3和AlB12；將制備的氧化鋁和十二硼化鋁破碎，并過目數(shù)為160目的篩子，使Al2O3和AlB12的顆粒直徑小于等于96μm；（2）電解制備：向冰晶石Na3AlF6（3NaF：AlF3）中加入AlF3，使冰晶石中NaF和AlF3分子比為2.6：1，再向其中加入為其質(zhì)量8%的CaF2配制成電解質(zhì)，電解質(zhì)混合物料總質(zhì)量為320g，將電解質(zhì)混合物料置于電解槽中，電解槽的材質(zhì)為高純石墨，將電解槽加熱至960℃；向電解槽中加入10g步驟（1）得到的Al2O3和AlB12混合粉，獲得熔融態(tài)混合電解質(zhì)，向電解槽中插入直徑為30本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種制備十二硼化鋁的方法，其特征在于包括以下步驟：（1）制備Al2O3和AlB12混合粉：將45.6~46.9wt%的鋁粉與53.1~54.4wt%的氧化硼混合，球磨1~2h制成混合料，再將混合料放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝密封放入真空碳管爐中，將真空度控制在50Pa以下，以10℃/min的速率將溫度升到400℃~800℃，進行真空熱爆合成，制備得Al2O3和AlB12；將制備的氧化鋁和十二硼化鋁破碎，并過目數(shù)為160目的篩子，使Al2O3和AlB12的顆粒直徑小于等于96μm；再向制備的Al2O3和AlB12中加入其質(zhì)量0~60%？的Al2O3粉，并混合均勻；（2）電解制備：向冰晶石Na3AlF6中加入AlF3，使冰晶石混合料中NaF和AlF3摩爾比為(2.1~2.9)：1，再向其中加入為冰晶石混合料質(zhì)量1~25%的CaF2或？LiF配制成電解質(zhì)，將電解質(zhì)物料置于電解槽中，電解槽的材質(zhì)為高純石墨，將電解槽加熱至860~960℃；向電解槽中加入為電解質(zhì)物料質(zhì)量2~10%的步驟（1）得到的Al2O3和AlB12混合粉，獲得熔融態(tài)混合電解質(zhì)，向電解槽中插入高純石墨圓柱作為陽極，給電解槽進行通電，電解電壓為8V，電解電流為20A，電流密度為0.2～2A/cm2，電解時間為0.5～10h，每隔20~25min再向電解槽中加入為電解質(zhì)物料質(zhì)量2~10%的步驟（1）得到的Al2O3和AlB12混合粉；（3）過濾電解產(chǎn)物：電解不斷進行，不斷地取出位于陰極的電解產(chǎn)物，電解產(chǎn)物為Al和AlB12的混合物，用鋁水過濾網(wǎng)對電解產(chǎn)物進行過濾，將過濾得出的渣用0.5~2mol/L的鹽酸或硫酸酸洗0.5~2h，過濾得到十二硼化鋁。...

【技術特征摘要】
1.一種制備十二硼化鋁的方法，其特征在于包括以下步驟：
（1）制備Al2O3和AlB12混合粉：將45.6~46.9wt%的鋁粉與53.1~54.4wt%的氧化硼混合，球磨1~2h制成混合料，再將混合料放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝密封放入真空碳管爐中，將真空度控制在50Pa以下，以10℃/min的速率將溫度升到400℃~800℃，進行真空熱爆合成，制備得Al2O3和AlB12；將制備的氧化鋁和十二硼化鋁破碎，并過目數(shù)為160目的篩子，使Al2O3和AlB12的顆粒直徑小于等于96μm；再向制備的Al2O3和AlB12中加入其質(zhì)量0~60%?的Al2O3粉，并混合均勻；
（2）電解制備：向冰晶石Na3AlF6中加入AlF3，使冰晶石混合料中NaF和AlF3摩爾比為(2.1~2.9)：1，再向其中加入為冰晶石混合料質(zhì)量1~25%的CaF2或?LiF配制成電解質(zhì)，將電解質(zhì)物料置于...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：薛向欣，王超，曹曉舟，張建，段培寧，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發(fā)明
國別省市：