纳米多孔超细α-氧化铝粉末及其溶胶-凝胶制备方法

摘要

本发明提供了包含α-氧化铝颗粒的α-氧化铝粉末，所述α-氧化铝颗粒中至少80％的粒度小于100纳米。本发明还提供了包含本发明α-氧化铝粉末的淤浆，具体来说是水相淤浆。本发明还提供了制造本发明的α-氧化铝粉末和α-氧化铝淤浆的方法，以及使用所述粉末和淤浆进行抛光的方法。

权利要求

1.一种包含α-氧化铝颗粒的α-氧化铝粉末，其中，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为10-100纳米。

2.如权利要求1所述的α-氧化铝粉末，其特征在于，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为25-80纳米。

3.如权利要求1所述的α-氧化铝粉末，其特征在于，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为30-70纳米。

4.一种包含α-氧化铝颗粒淤浆，其中，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为10-100纳米。

5.如权利要求4所述的淤浆，其特征在于，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为25-80纳米。

6.如权利要求4所述的淤浆，其特征在于，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为30-70纳米。

7.如权利要求4所述的淤浆，还包含水。

8.如权利要求4所述的淤浆，还包含去离子水。

9.如权利要求4所述的淤浆，还包含一种或多种添加剂。

10.如权利要求9所述的淤浆，其特征在于，所述添加剂在储存条件或抛光条件下对α-氧化铝是化学惰性的。

11.如权利要求9所述的淤浆，其特征在于，所述添加剂在储存条件或抛光条件下抑制α-氧化铝颗粒的聚集。

12.如权利要求9所述的淤浆，其特征在于，所述添加剂选自有机酸。

13.如权利要求12所述的淤浆，其特征在于，所述添加剂选自乙酸、甲酸、乳酸和柠檬酸。

14.如权利要求12所述的淤浆，其特征在于，所述淤浆的pH值为2-11。

15.如权利要求12所述的淤浆，其特征在于，所述淤浆的pH值为1-6。

16.如权利要求12所述的淤浆，其特征在于，所述淤浆的pH值为8-10.5。

17.一种制备平均粒度小于100纳米的α-氧化铝颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：提供凝胶，所述凝胶包含至少一种氧化铝母体和许多α-氧化铝晶种颗粒，其中，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度小于100纳米；

干燥所述凝胶；

在750-950℃的温度下烧结所述干燥的溶胶以制备平均粒度小于100纳米的α-氧化铝颗粒，该温度能够形成α-氧化铝而不会导致粒度长大，其中，99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为10-100纳米。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种氧化铝母体和许多α-氧化铝晶种颗粒的凝胶按照包括以下步骤的方法制备：提供一种至少一种分子氧化铝母体的水溶液，在所述水溶液中分散有α-氧化铝晶种颗粒，浓缩所述水溶液，以形成其中分散有α-氧化铝晶种颗粒的凝胶。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒均匀地分散在所述凝胶中。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述烧结在800-900℃的温度下进行。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述分子氧化铝母体选自包含一种或多种阴离子的铝盐，所述阴离子选自醇盐、芳醚、羧酸盐、卤化物、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐和乙酰丙酮酸盐。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述分子氧化铝母体包含选自醇盐、羧酸、卤化物和硝酸盐的一种或多种阴离子。

23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度小于

125纳米。

24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度小于

125纳米。

25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度小于

100纳米。

26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度为

30-100纳米。

27.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度为

40-80纳米。

28.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒度为

50-70纳米。

29.如权利要求17所述的方法，其特征在于，根据所述晶种颗粒和母体中的铝原子的比，α-氧化铝晶种颗粒与分子氧化铝母体的比是1∶3至约1∶1000。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述α-氧化铝晶种颗粒与分子氧化铝母体的比是1∶6至1∶20。

31.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述水溶液包含水、至少一种分子氧化铝母体、至少一种酸和α-氧化铝晶种颗粒。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述酸选自硝酸、硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、乙酸、甲酸、丙酸和柠檬酸。

33.一种抛光基材的方法，所述方法包括以下步骤：提供包含α-氧化铝颗粒的淤浆，其中，所述α-氧化铝颗粒的平均粒度小于100纳米；并且99％的所述α-氧化铝颗粒的粒度为10-100纳米；

将所述淤浆施涂到基材与抛光垫之间的接触面上。

34.一种包含α-氧化铝颗粒的α-氧化铝粉末，其中，99％的所述α-氧化铝颗粒具有10纳米的粒度分布。

35.一种包含α-氧化铝颗粒淤浆，其中，99％的所述α-氧化铝颗粒具有10纳米的粒度分布。

说明书

纳米多孔超细α-氧化铝粉末及其溶胶-凝胶制备方法

发明领域

[0001] 本发明涉及纳米尺寸的α-氧化铝颗粒及其制备方法，更具体地涉及平均粒度小于约100纳米的纳米尺寸α-氧化铝颗粒。本发明还涉及包含本发明α-氧化铝颗粒的化学机械抛光组合物(CMP)和使用该组合物的CMP抛光方法。

[0002] 发明背景

[0003] 超细氧化铝(矾土)粉末是各种工业中最广泛使用的陶瓷材料之一。细氧化铝粉末的应用包括用作抛光半导体和精密光学元件的磨料，包括汽车催化转化器中载体结构的催化剂载体，聚合物过滤器和油漆颜料等。氧化铝具有十二(12)种不同的晶相，每一个晶相具有不同的晶格结构和物理性质。然而，最著名和最常用的氧化铝粉末是γ-氧化铝和α-氧化铝。低温相γ-氧化铝是热力学亚稳的，根据不同条件在温度高于大约1100℃或大约1200℃时，转变成热力学稳定相α-氧化铝。γ-氧化铝具有有缺陷的尖晶石结构，它可以具有非常小的粒度，例如小于约20纳米的粒度，和极高的表面积，例如约大于300平方米/克。而且γ-氧化铝可以用蒸气相和液相加工技术加工。粒度小于40纳米的超细γ-氧化铝和γ-氧化铝抛光淤浆是可以在市场上购得的。

[0004] α-氧化铝的密度比γ-氧化铝高大约20％，而且α-氧化铝的化学和机械耐久性好于γ-氧化铝。因此，纳米尺寸的α-氧化铝颗粒比纳米尺寸的γ-氧化铝适用范围更广。然而，在相变过程中，由于氧原子在晶格中的结构重组，氧化铝颗粒的尺寸会很强烈地增大，使得由γ-氧化铝制备的α-氧化铝的粒径通常会大于100纳米。

[0005] 制备纳米尺寸的α-氧化铝，例如小于约100纳米的α-氧化铝颗粒，一直是长期的难题。关键是防止颗粒发生快速的晶粒长大。众所周知可通过加入晶种的凝胶溶胶法制备平均粒度大于100纳米的α-氧化铝细粉末。在此方法中，首先使勃姆石在包含硝酸和乙酸的酸性水溶液中胶溶，然后在胶溶过程中向该溶液中加入几个重量％的α-氧化铝晶种，经常是细α-氧化铝颗粒，使得相变在较低温度下发生。所述溶胶在烘箱内大约100℃干燥，转变成干凝胶。干凝胶碾碎成微米尺寸的颗粒，然后在通常超过约1000℃的高温下烧制以制备α-氧化铝颗粒。必须适当控制温度以防颗粒长大。然而，在此方法中微米尺寸的颗粒在相变过程中保持完整，在相变完成后产生了高机械硬度的α-氧化铝颗粒。为了制备纳米氧化铝颗粒，需要用高机械能将这些颗粒碾碎或破碎成平均粒度通常大于100纳米的初级粒子。另外，碾碎过程经常会导致高杂质沾污。

[0006] 美国专利第5312791号描述了用于制备氧化铝颗粒和纤维的改良方法。将原材料勃姆石胶溶，然后分散在水中形成氧化铝溶胶。所述溶胶在液氮中快速冷却，或者用冷冻干燥缓慢冷却。在真空下使溶胶中的水升华，形成由1-3微米厚的薄片组成的凝胶。通过专利‘791中所述的方法，可制备具有微米尺寸最小尺寸的较细的氧化铝粉末、薄片、纤维和颗粒。然而，由于这些粉末本身没有孔隙，需要高机械能研磨来形成较小的颗粒，而所述研磨步骤会向α-氧化铝产物中引入高含量的杂质。

[0007] 由加入晶种的溶胶(SG)技术、通过控制溶液化学制备α-氧化铝颗粒或细粒已经有几十年的历史。通常该方法包括，通过加入硝酸、盐酸或乙酸之类的酸，使勃姆石粉末(AlOOH)胶溶在水中，形成均匀的勃姆石溶胶。向所述勃姆石溶胶加入分散在水中的氧化铝晶种，并将此混合物充分混和，所述的氧化铝晶种通常是细α-氧化铝颗粒。然后对溶胶溶液进行干燥，使溶胶转变成干凝胶，然后将干凝胶研磨成粉，并在能够使干凝胶完全转变为α-氧化铝但烧结程度最小的温度下烧制干凝胶。由于晶种颗粒的存在，转变温度由未加入晶种溶胶的大约1200-1250℃降低到大约1000-1050℃。这样制备的α-氧化铝可具有亚微米(submicron)粒度。然而，迄今为止还未制得过平均粒径小于约100纳米的α-氧化铝颗粒。

发明内容

[0008] 本发明提供了一种制备稳定的纳米尺寸α-氧化铝颗粒的方法。本发明还提供了纳米尺寸的α-氧化铝粉末，和包含这种α-氧化铝粉末的淤浆，所述淤浆不含或含有极少的用于稳定悬浮液的化学添加剂。本发明的淤浆提供了二氧化硅上高的材料去除率，还提供了非常好的表面精加工。本发明纳米尺寸α-氧化铝粉末的制造方法包括加入纳米尺寸的α-氧化铝晶种颗粒作为晶种和在降低的温度下对所述加入晶种的氧化铝溶胶进行烧制。

[0009] 本发明提供了一种包含α-氧化铝颗粒的α-氧化铝粉末，所述α-氧化铝颗粒中至少80％的粒度小于100纳米。本发明还提供了一种包含至少一种本发明α-氧化铝粉末的淤浆。即本发明提供了一种包含α-氧化铝颗粒的淤浆，其中至少80％的α-氧化铝颗粒的粒度小于100纳米。

[0010] 本发明还提供了一种制造本发明α-氧化铝颗粒和粉末的方法，该方法包括以下步骤：

[0011] 提供一种溶胶，其中包含至少一种氧化铝母体和许多α-氧化铝晶种颗粒；

[0012] 干燥溶胶；

[0013] 在能够形成α-氧化铝而又不引起粒度长大的温度下，烧结干溶胶。

[0014] 在另一实施方式中，本发明还提供了抛光方法，该方法包括用α-氧化铝粉末和淤浆作为抛光剂。所述抛光方法包括以下步骤：

[0015] 提供包含α-氧化铝颗粒的淤浆，其中至少80％的α-氧化铝颗粒的平均粒度小于100纳米；以及

[0016] 将所述淤浆施涂到基材和抛光垫之间的接触面上。

[0017] 以下讨论了本发明的其它方面和实施方式

附图说明

[0018] 图1是由硝酸铝和10重量％的α-氧化铝晶种，在900℃烧结1小时制得的本发明α-氧化铝颗粒的显微照片(200纳米标尺(scale bar))；以及

[0019] 图1是由仲丁醇铝和10重量％的α-氧化铝晶种，在850℃烧结1小时制得的本发明α-氧化铝颗粒的显微照片(200纳米标尺)。

[0020] 发明详述

[0021] 本发明提供的α-氧化铝颗粒和包含这种α-氧化铝颗粒的淤浆适用于各种用途，这些用途包括例如抛光、化学机械抛光应用、催化剂载体材料等。所述α-氧化铝颗粒和淤浆特别适合用于抛光和化学机械抛光用途，这是由于本发明的α-氧化铝颗粒具有特殊的硬度，而且其平均粒度在10纳米到大约100纳米之间。另外，本发明α-氧化铝颗粒提供高的材料去除率，造成基材缺陷最小。

[0022] 本发明提供了一种α-氧化铝粉末，该粉末中至少80％的α-氧化铝颗粒的粒度小于100纳米。本发明还提供了包含至少一种本发明α-氧化铝粉末的淤浆。较佳的是，本发明粉末或淤浆中大约90％的α-氧化铝颗粒的尺寸是大约10-100纳米。更佳的是，所述粉末或淤浆中大约99％的α-氧化铝颗粒的尺寸是大约10-100纳米。在本发明特别优选的实施方式中，所述粉末或淤浆中大约99％的α-氧化铝颗粒的尺寸是大约25-80纳米，或者是大约30-70纳米。

[0023] 在其它优选的实施方式中，本发明提供了一种包含α-氧化铝颗粒的α-氧化铝粉末，所述α-氧化铝颗粒中至少99％颗粒的粒度分布在大约10纳米以内。

[0024] 其它本发明优选的淤浆包含一种或多种本发明的α-氧化铝颗粒。即本发明的淤浆可包含单一的α-氧化铝粒度，或者两种或两种以上不同平均粒度的颗粒的混合物，颗粒在混和时结合形成单峰分布、双峰分布或多峰分布的粒度分布。优选的淤浆通常包含单一平均粒径分布的α-氧化铝颗粒。

[0025] 本发明优选的淤浆包含一种或多种本发明的α-氧化铝颗粒。优选的α-氧化铝颗粒包括本文中所述的任一α-氧化铝颗粒。在更优选的淤浆中，α-氧化铝颗粒分散在含水混合物中。优选的含水混合物包含水，特别是去离子水或蒸馏水、包含一种或多种表面活性剂、有机酸或其它添加剂的水溶液。优选的添加剂在储藏或抛光条件下对α-氧化铝为化学惰性。更优选的添加剂能够抑制α-氧化铝颗粒在含水混合物中聚集。特别优选的在所述含水混合物中的添加剂包括有机酸，例如乙酸、甲酸、乳酸、羟基乙酸、柠檬酸、草酸和包含少于六个碳原子的其它羧酸。

[0026] 本发明水相淤浆的pH值通常是大约2-11。在某些优选的实施方式中，淤浆需要有酸性pH或碱性pH。因此本发明更优选的水相淤浆的pH值约为1或2到约6，或约8-10.5。

[0027] 本发明的淤浆适合用于各种用途，包括用作抛光或℃MP用途的研磨剂、用作金属催化剂的载体等。

[0028] 在本发明的方法中，使用铝化学品作为α-氧化铝的母体，例如用分子氧化铝母体代替勃姆石。所述铝化合物可以是无机物(硝酸铝、氯化铝、硫酸铝等)或有机物(铝醇盐、乙酸铝等)。较佳的是，用作分子氧化铝母体的无机或有机铝化合物可溶于水。

[0029] 在优选的实施方式中，提供了制造α-氧化铝颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

[0030] 提供一种溶胶，其中包含至少一种氧化铝母体和许多α-氧化铝晶种颗粒；

[0031] 干燥该溶胶；

[0032] 在能够形成α-氧化铝而又不引起粒度长大的温度下，烧结该干溶胶。

[0033] 通常希望使所述晶种颗粒基本均匀地分散在所述胶中，从而确保在烧结过程中有效地在凝胶中接种晶种。

[0034] 在本发明特别优选的方法中，通过以下步骤制备所述包含至少一种氧化铝母体和许多α-氧化铝晶种颗粒的溶胶：

[0035] 提供一种至少一种分子氧化铝母体的水溶液，在所述水溶液中分散有α-氧化铝晶种颗粒，

[0036] 浓缩该水溶液，以形成其中分散有α-氧化铝晶种颗粒的溶胶。

[0037] 在优选的实施方式中，所述烧结步骤在足以使溶胶转变成α-氧化铝相，但是不足以使溶胶烧结或增加单个颗粒粒度的温度下进行。通常本发明优选的方法包括在约低于1050℃的温度下进行的烧结步骤，或者更佳的是，在约低于950℃的温度下进行。在本发明特别优选的方法中，在大约750-950℃的温度下进行烧结，或者在大约800-900℃的温度下进行烧结。

[0038] 尽管铝的任意水溶性有机或无机配位的配合物或盐都适合用于本发明方法，但优选的分子氧化铝母体选自包含一种或多种阴离子的铝盐，所述阴离子选自醇盐、芳醚、羧酸盐、卤化物、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐和乙酰丙酮酸盐(acetoacetonates)。特别优选的分子氧化铝母体包括铝醇盐、羧酸铝、卤化铝和硝酸铝。

[0039] 由本发明方法提供或制备的优选水溶液包含水、至少一种分子铝母体、至少一种酸和α-氧化铝晶种颗粒。优选的酸选自硝酸、硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、乙酸、甲酸、丙酸等。

[0040] 目前，没有平均粒度小于125纳米或小于100纳米的均匀α-氧化铝可在制备本发明纳米尺寸的α-氧化铝颗粒的方法中用作晶种。因此，通常采用一种叠代方法，在此方法中，最初的纳米尺寸α-氧化铝颗粒是由稍大的晶种颗粒制备，所形成的产物α-氧化铝中包含粒度小于100纳米的纳米尺寸α-氧化铝和粒度约等于或大于125纳米的晶种颗粒(通常，产物α-氧化铝颗粒的大约1重量％到5重量％或10重量％是晶种颗粒)。在后面的成批生产中反复使用纳米尺寸α-氧化铝颗粒产物作为晶种α-氧化铝颗粒，可降低较大α-氧化铝颗粒的浓度。例如，如果晶种颗粒加入量是5重量％，四批生产之后，所述最初α-氧化铝颗粒晶种的浓度，例如约大于125纳米的颗粒为约6ppm。所述较大的α-氧化铝颗粒的浓度会持续降低，直到获得具有基本均一粒度的α-氧化铝颗粒。

[0041] 在优选的水溶液中，所述α-氧化铝晶种颗粒的平均粒径约小于125纳米，或者更佳的是，约小于100纳米。特别优选的晶种颗粒的平均粒径是大约30-100纳米，大约40-80纳米或大约50-70纳米。

[0042] 将晶种α-氧化铝颗粒充分分散在水中，然后向该晶种颗粒的水分散体中加入铝化合物。希望提高所述水分散体的接种效率(seeding efficacy)。因此用相对高的晶种浓度来提高溶液的接种能力，例如，源自晶种的产物α-氧化铝颗粒中的铝原子和源自分子氧化铝母体的铝原子的比例通常在约1∶3到约1∶1000之间，或者更佳的是，在约1∶6到约1∶20之间。在优选实施方式中，晶种颗粒占产物α-氧化铝粉末的约0.1-15重量％。在特别优选的实施方式中，晶种的浓度是产物α-氧化铝的约1-10重量％。

[0043] 申请人发现，使用较小的晶种颗粒通常会得到具有较低转变温度的凝胶，和包含较小颗粒的产物α-氧化铝粉末。另外，较小的晶种颗粒通常具有较大的接种能力，例如，只需要较少的晶种就能引发晶体形成或相变成为α-氧化铝。

[0044] 在加入分子氧化铝母体之前，所述晶种α-氧化铝颗粒分散体的pH值通常是6-7。分子氧化铝母体溶剂化之后，分散体的pH值经常降低到低于约2或约1以下。所述分散体可以任选地在高温下，例如90℃以上，加热或老化，以蒸发水分。通常，在机械混合下进行分散体的浓缩步骤，例如对分散体进行加热和/或老化，以防晶体颗粒沉降。当所述分散体的粘度足以防止晶种颗粒沉降之后，将分散体冷却至室温，从而形成凝胶。溶胶可以在空气中、在低于约1050℃，或者更佳在约800-900℃的温度下进行烧结，使得氧化铝凝胶转变成α-氧化铝。

[0045] 在对上述溶液进行老化和/或浓缩之前，通常向其中加入氨之类的碱性化学物。尽管不希望受理论的束缚，为了引发凝胶形成必须加入氨或尿素之类的碱性添加剂。然而，必须小心控制碱向溶液的加入量和加入速度，这是由于过量的碱可能导致形成三羟铝石。
较佳的是，向所述分散体中逐渐加入碱性化学物，从而在升高温度例如约70℃下进行水解。
加入氨的水解通常导致形成勃姆石。

[0046] 氨和其它碱性添加剂通常与铝盐母体结合使用。然而，当将氨之类的碱性化学物加入分散体时，需要控制所述分散体的pH值，这是由于在pH值约大于5时，可能会形成三羟铝石(Al(OH)3)。在加入氨，并使得pH值升高之后，所述分散体越来越粘，最后形成凝胶。较佳的是，在胶凝过程中，反应的pH值保持在约4-4.5。然后如上讨论的，对凝胶进行烧结，使溶胶转变成α-氧化铝。

[0047] 申请人惊讶地发现，用尿素代替氨作为碱性化学物来进行水解，会降低烧结温度。通常，将尿素用作碱性化学物添加剂时，在高于90℃的温度下进行水解。通过使用尿素的方法形成的氧化铝凝胶，可以在降低的温度下，例如在约800℃的温度下烧结转变成α-氧化铝。

[0048] 在另一个实施方式中，使用一种或多种铝醇盐作为分子铝母体来形成凝胶，需要在升高温度下水解，经常还需要加入盐酸或硝酸之类的酸催化剂。可使铝醇盐母体在无水醇中溶剂化，然后与所述晶种颗粒的水分散体混和，或者可以将所述铝醇盐直接在晶种晶体的水分散体中溶剂化。加入在水分散体中的酸催化了铝醇盐的水解，进一步促进了分散体的胶溶。在升高温度下对溶胶持续搅拌，直至溶胶的粘度足以防止晶种颗粒的沉降。

[0049] 铝醇盐的水解可在室温或升温下进行。当水解在室温下进行时，所得的溶胶是无定形的，即在水相顶层的具有醇层的假勃姆石溶液。较佳的是，在足以使水解在24小时内完成的温度下进行水解。优选的水解反应通常在大约50-90℃的温度下进行水解。通常，优选水解快速进行，从而使晶种颗粒的聚集最少。

[0050] 或者，在升高温度例如约50-80℃下进行水解。通过室温水解制备的产物与升温水解形成的产物基本相同，但是室温水解的速度通常过慢，无法实际应用。

[0051] 通过在大约800-850℃下烧结由水解的铝醇盐母体溶胶制备的凝胶，制得α-氧化铝颗粒。

[0052] 本发明提供了制备α-氧化铝颗粒的新方法，该方法包括根据分子氧化铝母体，在约750-950℃下，更佳的是在约800-900℃下烧结母体凝胶。在低转变温度形成α-氧化铝是所需的，也是有益的，这部分是由于它们避免在烧结过程中的颗粒长大和颗粒的过度颈缩(necking)，例如颗粒烧结。申请人惊奇地发现，由于纳米尺寸的α-氧化铝晶种颗粒均匀分散在整个溶胶中，使接种能力达到最大，从而降低了转变温度。

[0053] 用相同的氧化铝晶种对勃姆石，Condea的P2K进行比较研究，相同的浓度(10％)显示，P2K需要较高的相变温度。在900℃烧结1小时后，P2K材料仅有约40％形成α-氧化铝，而本发明方法中约100％地形成α-氧化铝。

[0054] 扫描电子显微照片显示，用该化学物制备的粉末的微晶(或初级颗粒)的尺寸明确地为约50纳米(见图1和图2)。这些颗粒(aprticles)轻微地团聚和颈缩，在900℃烧结了1小时的样品的比表面积是39平方米/克。相比较的，在相同烧结条件下用P2K制备的α-氧化铝的平均粒度为约100纳米，比表面积小于24平方米/克。

[0055] 本发明的α-氧化铝颗粒、α-氧化铝粉末和α-氧化铝淤浆提供了极纯形式的α-氧化铝。在制备过程中不使用掺杂剂、钠、二氧化硅等。而且，烧结的凝胶很容易研磨成平均粒度小于100纳米的α-氧化铝颗粒，因此由研磨过程产生的杂质最少。

[0056] 实施例1

[0057] 使用高纯度氧化铝介质作为研磨介质，用高能磨碎机将多晶α-氧化铝颗粒分散在水中。这样制备的淤浆用作纳米尺寸氧化铝后续处理的晶种(27.5％)。在搅拌器的剧烈搅拌下，将42.5克晶种淤浆与2130克去离子水和62.3克硝酸(～70％)混和。向该溶液中加入577克市售仲丁醇铝，并在室温下搅拌2小时。再在剧烈搅拌下加热该溶液到80℃，并保持在此温度，直至发生胶凝。然后将凝胶移入不锈钢容器，在烘箱内80℃干燥。
干凝胶在箱式炉内在880℃烧结1小时，然后冷却到室温。根据X射线衍射和He密度测量确认，所述烧结材料是～98％的α-氧化铝粉末。扫描电子显微照片显示，初级颗粒的粒度是40-60纳米。将烧结粉末与水一起加入同一个磨碎机内，用氧化铝研磨介质研磨6小时。
根据动态Horiba粒度分析器的测定，得到D50＝76纳米。

[0058] 实施例2

[0059] 在聚四氟乙烯衬里的不锈钢容器内，将127.5克与实施例1相同的α-氧化铝晶种与6350克水和561.5克HCl(35％)混和。另一方面，在玻璃容器内，将1730克丁醇铝与5100克无水乙醇混和。然后再将这两种溶液在聚四氟乙烯衬里的不锈钢容器内混和，在电热板上剧烈搅拌。将该溶液缓慢加热到80℃，并保持在此温度，直至溶液变粘性。然后将该凝胶状材料移入不锈钢盘内，在干燥烘箱内干燥。干燥的材料在箱式炉内在820℃烧结1小时。根据X射线衍射和He密度测量确认，所述烧结材料是～98％的α-氧化铝，粉末的表面积是45平方米/克。扫描电子显微照片显示，初级颗粒的尺寸是40-60纳米。将所述粉末分散在去离子水中，加入磨碎机研磨6小时。根据动态粒径分析器的测定，研磨颗粒的粒度分布的D50＝76纳米。

[0060] 实施例3

[0061] 将120克与实施例1相同的α-氧化铝晶种分散在已经加入了3000克水合硝酸铝的5000克去离子水中。该溶液在加热板上加热到75℃。在剧烈搅拌下，向该溶液中滴加1540克氢氧化铵(28-30％)。然后在此温度下搅拌该溶液，直至溶液粘度过高而无法搅拌。在烘箱内干燥之后，凝胶状材料首先在500℃下烧结以除去NOx，然后在880℃下烧结使其完成向α-氧化铝的转变。根据X射线衍射和He密度测量确认，所述烧结粉末是～95％的α-氧化铝。根据BET测量，比表面积是38平方米/克。在扫描电子显微照片中，初级颗粒的粒度是50-70纳米。将所述烧结粉末与去离子水混和，然后在用高纯度氧化铝介质在磨碎机内研磨。根据动态粒径分析器的测定，研磨淤浆的尺寸分布D50约为75纳米。

[0062] 实施例4

[0063] 将与实施例1相同的120克27.5％的固体α-氧化铝，与加入了3000克水合硝酸铝Al(NO3)3.9H2O的5000克去离子水混和。该溶液用搅拌器剧烈搅拌，并在加热板上逐渐加热到85℃。在此温度下持续搅拌该溶液，从而蒸发水分，直至发生固化。将该材料冷却到室温，然后在500℃烧结以除去NOX。然后将该预烧过的粉末在箱式炉内在880℃烧结以完成向α-氧化铝的转变，这在实施例1-3中已确认。烧结的氧化铝粉末用磨碎机研磨6小时。

[0064] 尽管已经描述了很多本发明的实施方式，但可以在本公开发明的范围和精神之内，本发明的其它实施方式和/或对本发明的变动、组合和替换对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。