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2.各种类型的无机填料是已知的,其实例包括氮化硼填料和氧化铝填料。不同的无机填料用于不同的目的和应用。氧化铝具有优异的技术特性,如硬度高、机械强度高和对于氧化气氛的最高工作温度高,此外,氧化铝相对便宜。因此,与氮化硼等相比,氧化铝是非常理想的材料。
3.已知的氧化铝产品具有源自不同的制造方法的各种类型的结构。结构的实例包括球状、针状和平面。一般而言,对于实际应用,片状氧化铝颗粒存在如下问题:随着纵横比增加,粉末的流动性由于表面积增加和堆积密度增加而降低。
4.ptl 1公开了具有独特形状的氧化铝,即孪晶氧化铝颗粒。其形状使得以穿透方式彼此交叉的两个平面氧化铝薄片生长而形成颗粒。颗粒的粒径为0.5~10μm。
5.ptl 2公开了由结晶性氧化铝复合氧化物的微粒的平面集合体形成的颗粒,该颗粒是例如勃姆石等晶须状氧化铝复合氧化物的微粒以平面状聚集而成的集合体。集合体具有片架结构。结晶性氧化铝复合氧化物微粒的平面集合体的特征在于,晶须状氧化铝复合氧化物微粒的平均长度范围为2~100nm,平均直径范围为1~20nm,复合氧化物微粒的集合体的平均粒径范围为30~300nm,平均厚度范围为2~50nm。即,由微粒的片架结构集合体形成的颗粒本身是非常小的亚微米级氧化铝复合氧化物颗粒。
根据ptl 1,可以提供透明性优异、赋予塑料和橡胶以耐磨耗性、改进强度和不燃性、提高表面摩擦系数的聚合物组合物。然而,ptl 1并未暗示这种孪晶氧化铝颗粒表现出优异的粉末流动性。
另外,ptl 2也没有暗示上述由复合氧化物的微粒的片架结构集合体形成的颗粒表现出优异的粉末流动性。此外,关于颗粒,例如,有以下等几种可能性:当作为填料添加到粘合剂和溶剂中时,浆料的粘度可能会过度增加,这可能会导致加工性降低;此外,由于界面的增加,在形成有效的传导路径方面可能会出现劣势,因此,导热性优异的氧化铝的固有功能可能会受损。
本发明人等为解决上述问题而进行了深入研究,结果发现具有特定形状的氧化铝颗粒表现出优异的流动性。因此,本发明人做出了本发明。即,为了解决上述问题,本发明提出以下手段。
(1)一种氧化铝颗粒,其包括片架结构,所述片架结构包括至少三个平面氧化铝薄片,所述平面氧化铝薄片相互附着,所述氧化铝颗粒的平均粒径为1~1000μm且包含钾。
(2)根据(1)所述的氧化铝颗粒,其中至少三个平面氧化铝薄片在至少两个位置相互交叉而形成集合体,并且相互交叉的平面氧化铝薄片的表面以无序方式取向。
(3)根据(1)或(2)所述的氧化铝颗粒,其中相对于氧化铝颗粒的质量设为100质量%,通过xrf分析测定并以k2o计的钾的含量为大于或等于0.05质量%。
(5)根据(4)所述的氧化铝颗粒,其中通过xps分析测定的si的摩尔数与al的摩尔数之比的摩尔比[si]/[al]为大于或等于0.001。
(10)一种根据(1)~(9)中任一项所述的氧化铝颗粒的制造方法,所述方法包括获得混合物并煅烧所述混合物,所述混合物为下述1)和2)中之一:
1)通过将含有元素铝的铝化合物、含有元素钼的钼化合物与含有元素钾的钾化合物的组合和硅或含有元素硅的硅化合物混合在一起获得的混合物,以al2o3计的铝化合物的量为大于或等于10质量%,以mo2k2o7计的钼化合物加钾化合物的量为大于或等于50质量%,以sio2计的硅或硅化合物的量为大于0.3质量%;和
2)通过将含有元素铝的铝化合物、含有元素钼的钼化合物与含有元素钾的钾化合物的组合和硅或含有元素硅的硅化合物混合在一起获得的混合物,以al2o3计的铝化合物的量为大于或等于50质量%,以mo2k2o7计的钼化合物加钾化合物的量为小于或等于30质量%,以sio2计的硅或硅化合物的量为大于或等于0.01质量%,
前提是含有元素钼和元素钾的化合物的量或钼化合物加钾化合物的量以钼酸钾(mo2k2o7)计算,且以氧化物计的所有原料的总量设为100质量%。
(11)根据(8)所述的氧化铝颗粒的制造方法,其中所述混合物进一步包括含有元素钇的钇化合物。
本发明的氧化铝颗粒包括具有以下特征的颗粒:1)颗粒具有片架结构,片架结构包括至少三个相互附着的平面氧化铝薄片;2)颗粒的平均粒径为1~1000μm;3)颗粒包含钾。下文中,具有包括至少三个相互附着的平面氧化铝薄片的片架结构、平均粒径为1~1000μm且含有钾的氧化铝颗粒可以简称为“氧化铝颗粒”。术语“平面”是指包括以下形状,例如:在三维视图中的六面体片形状,即在投影平面中二维地具有四个角的典型的四边形形状(四边形片形状);以及在二维投影平面中具有五个以上角的多边形形状(下文中,该形状可以称为“多边形片形状”)。
可以用扫描电子显微镜(sem)检查氧化铝颗粒的形态。术语“片架结构”是指例如其中平面颗粒以复杂方式配置而不沿特定方向取向的结构。在本发明中,片架结构是包括至少三个平面氧化铝薄片并且其中平面氧化铝薄片相互附着的结构。例如,该结构可以是其中至少三个平面氧化铝薄片在至少两个位置相互交叉而形成集合体,并且相互交叉的平面氧化铝薄片的表面以无序方式取向这样的结构(见图2和3)。平面氧化铝薄片可以在平面氧化铝薄片的任何位置处相互交叉。短语“以无序方式取向”是指相互交叉的每个表面可以在x轴、y轴和z轴上的任意方向无限定地取向并且其中表面相互交叉所成的角度可以是任意角度的状态。稍后将描述平面氧化铝薄片的详情。
虽然取决于所要求的氧化铝颗粒的平均粒径,但在将氧化铝颗粒用作填料的情况下,鉴于性能和生产容易性,优选的是包含在1个氧化铝颗粒中的平面氧化铝薄片的数量例如为3~10000个。具体而言,该数量优选为10~5000个,特别优选为15~3000个。
当至少三个平面氧化铝薄片彼此相互作用时,例如在煅烧步骤中的结晶过程中发生平面氧化铝薄片的交叉,并且相互附着,从而形成集合体。结果,在某些情况下,可能出现的是平面氧化铝薄片会以穿透的方式相互交叉。当平面氧化铝薄片相互间牢固地附着时,片架结构的强度增加。
术语“交叉”意指至少两个表面在一个位置相互交错,并且对相互交叉的表面的位置、直径、面积等没有限定。此外,以交叉位置为基准点的表面的方向的数量可以是3个,或者可以是4个以上。
包含在片架结构中的平面氧化铝薄片本身的表面在长度、宽度和厚度方面可以具有任意尺寸。所包括的平面氧化铝薄片的尺寸可以是多种尺寸。
如上所述,平面氧化铝薄片可以是具有四边形片状的氧化铝薄片或具有多边形片状的氧化铝薄片。在1个氧化铝颗粒中,可以存在具有四边形片状的氧化铝薄片或具有多边形片状的氧化铝薄片,或者可以存在两种类型,两种类型之间的比率不受限定。
此外,除了片架结构外,氧化铝颗粒还可以具有一种以上的不同结构。一些平面氧化铝薄片可以以任何方式包含在不同结构中,前提是不损害作为主要目的的流动性的改进效果。不同结构的实例包括以下:包括相互交叉的2个平面氧化铝薄片并且具有诸如大致x形、大致t形或大致l形的形状的结构(大致x形的颗粒有时是称为孪晶氧化铝颗粒。见图1);以及包括1个平面氧化铝薄片的结构。当然,鉴于实现优异的流动性,优选的是,不同结构的包含平面氧化铝薄片的氧化铝颗粒的比例尽可能地小。优选的是,具有包括至少三个相互附着的平面氧化铝薄片的片架结构的颗粒的比例以重量计或以数量计为大于或等于80%。该比例更优选为大于或等于90%,甚至更优选为大于或等于95%。包括2个平面氧化铝薄片的氧化铝颗粒和包括1个平面氧化铝薄片的氧化铝颗粒的比例可以通过进行典型的尺寸分级操作,例如筛分或空气分级而容易地调整。在后述的使用助熔剂法的氧化铝颗粒的制造方法中,所制造的氧化铝颗粒基本上全部都可以是具有片架结构的颗粒。
由于独特的结构,本发明的氧化铝颗粒具有非常高的抗碎强度,因此即使在施加外部应力时也不易塌陷。这样,在氧化铝颗粒与粘合剂和溶剂混合的情况下,不太可能发生由于氧化铝颗粒本身的各向异性引起的流动不良。结果,可以充分利用氧化铝颗粒的固有能力,即使在将氧化铝颗粒与片状氧化铝颗粒混合使用的情况下,也能够使倾向于在纵向上取向的片状氧化铝颗粒在随机方向上存在。因此,氧化铝的例如热导率和机械强度等固有特性不仅可以在纵向上表现出,而且可以在厚度方向上表现出。
由于独特的结构,本发明的氧化铝颗粒具有优异的粉末流动性,因此对于将氧化铝颗粒用作工业产品的应用,提高了用于机械输送的供给机器如料斗或进料器的排出性能。本发明的氧化铝颗粒由于独特的结构而在内部具有空隙,因此具有与片状氧化铝颗粒相比没有显著差异的堆积密度(bulk density)。但是,本发明的氧化铝颗粒与片状氧化铝颗粒相比,具有高球形度,并且如上所述具有高抗碎强度,因此不易崩塌,因此推测由于氧化铝颗粒的滚动而增加了便于运输的效果。
本发明中使用的氧化铝颗粒具有片架结构。片架结构如上所述。优选的是,氧化铝颗粒为具有片架结构的氧化铝颗粒,其中平面氧化铝薄片具有四边形片状并且配置成平面部分和端面部分(edge face portion)彼此接触并且端面部分彼此接触。更优选的是,氧化铝颗粒是具有片架结构的氧化铝颗粒,其中平面氧化铝薄片具有多边形片状并且配置成平面部分和端面部分彼此接触并且端面部分彼此接触。
本发明的氧化铝颗粒为铝氧化物颗粒,其晶型没有特别限定。例如,氧化铝可以是具有多种结晶形式(例如γ、δ、θ和κ)中的任意者的过渡型氧化铝,或者可以是包括水合氧化铝的过渡型氧化铝。然而,鉴于更高的机械强度或更高的热导率,优选晶型基本上是α晶型。
本发明的氧化铝颗粒的α结晶度可以通过进行xrd测定来确定。例如,α结晶度由峰强度之间的强度比确定,其可以如下获得。使用rint-ultima广角x射线衍射仪(rigaku corporation制)。将所制备的试样放在测定试样架上,然后放入衍射仪中。在cu-kα射线
的条件下进行测定。例如,α结晶度根据煅烧条件和所使用的原料而变化。具有高抗碎强度和高流动性的氧化铝颗粒的α结晶度为大于或等于90%。更优选地,α结晶度为大于或等于95%。用于测定的试样可以是氧化铝颗粒
在本发明中,具有包括至少三个平面氧化铝薄片相互附着的片架结构的氧化铝颗粒的平均粒径可以是能够形成该结构的范围内的任意直径。然而,鉴于特别优异的流动性,平均粒径优选为大于或等于1μm,更优选为大于或等于3μm,甚至更优选为大于或等于10μm。如果尺寸太大,则在各种应用中,例如在导热填料和高亮度颜料中,由于片架结构的暴露,可能会出现外观缺陷。因此,平均粒径优选为小于或等于1000μm,更优选为小于或等于300μm,甚至更优选为小于或等于100μm。上述数值的数值范围的实例如下。平均粒径可以为1μm以上且1000μm以下,可以为3μm以上且300μm以下,或者可以为10μm以上且100μm以下。在本发明中,氧化铝颗粒的平均粒径是体积基准的中值直径d50,其是由使用干式激光衍射粒度分布分析仪测定的体积基准的累积粒度分布计算出的。
此外,具有包括至少三个相互附着的平面氧化铝薄片的片架结构的氧化铝颗粒的体积基准的最大粒径(在本说明书中,以下可以简称为“最大粒径”)没有特别限定。然而,最大粒径典型地为小于或等于3000μm,优选为小于或等于1000μm,更优选为小于或等于500μm。
如果氧化铝颗粒的最大粒径大于上述上。