稀有金属 2003,(01),186-187 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.01.048
超细氧化镓的制备
黄瀚
广西冶金研究院,广西冶金研究院 广西南宁530023 ,广西南宁530023
摘 要：
以纯镓为原料 , 采用化学液相沉淀法制备了超细氧化镓粉体。利用XRD、TEM、SEM和GDMF等分析手段对所制粉体的物相、形貌、成分、粒度进行了初步表征。研究结果表明 :该法制得的粉体为高纯、单斜晶系 ( β型 ) 的超细粉体 , 粒径 0 5～ 0 8μm。该法所用设备简单 , 操作条件易于控制 , 不需任何机械粉碎便可获得超细粉体 , 产品质量稳定 , 重现性好 , 基本无三废 , 适于规模生产。
关键词：
超细 ;氧化镓 ;制备 ;
中图分类号： TB44
收稿日期： 2002-10-20
Preparation of Gallium Oxide Superfine Powder
Abstract：
Gallium oxide superfine powder was prepared by liquid chemical coprecipition , using pure gallium as starting materials The physical properties of gallium oxide powder, such as phase composition, morphology, particle size and chemical composition were characterized by means of XRD, TEM, SEM and GDMF. Experimental results show that gallium oxide prepared by this means is high pure superfine powder and has monoclinic crystal (β) structure The particle size is 0 5～0 8 μm By this means, the producing equipment is simple. The working condition is easy to control. The superfine powder can be made. The powder don′t need further milling. The product quality is stable. Waste water, waste gas and waste refuse are not present It may be used to scale production
Keyword：
superfine; gallium oxide; preparation;
Received： 2002-10-20
镓为稀散金属 (SM) , 在地壳中含量1.5×10-3 %, 分布极为分散, 多与铝、 锌、 煤碳等矿物伴生, 提取不易, 镓及其化合物主要用于半导体工业, 进入90年代, 随着电子工业的快速发展, 镓的用途越来越广泛, 镓已成为当代通讯、 大规模集成电路、 宇航、 能源等行业所需的新技术材料的支撑材料之一。
高纯氧化镓主要用于制GGG单晶 (钆镓石榴石Ga5 Gd3 O12 ) , 它可用来做磁泡存储器材料, 具有高的储存密度、 不挥发、 可靠性好及小型化的优点, 在航天及智能机器人领域中有广泛的市场。 氧化镓还是有机及无机合成的催化剂
[1 ]
。 超细氧化镓比普通的氧化镓有着更优越的物理化学性能。 本文采用水溶液控制沉淀法进行超细氧化镓粉末的制备, 具有设备简单、 操作便利、 颗粒均匀且成本较低的优点, 适于规模生产。
1 实 验
1.1 原理
金属镓与酸反应生成镓盐溶液, 溶液中加入碱性沉淀剂使之生成氢氧化镓沉淀, 沉淀物经高温煅烧脱水即得氧化镓, 反应如下:
1.2 原辅材料
金属镓为99.99%级产品, 其余试剂均为分析纯。
1.3 样品分析
制备的超细氧化镓粉末用XRD检测晶形, JEM-200CX透射镜 (TEM) 观察颗粒形貌及测粒径, 用日立S-570扫描电镜 (SEM) 检测粒度分布和平均粒径, 用辉光放电质谱法 (简称GDMF) 分析产品纯度。
1.4 工艺流程
制备超细氧化镓工艺流程: 金属镓→溶解→沉淀→过滤洗涤→煅烧→产品。
2 实验结果与讨论
2.1 超细氧化镓的制备
理论上金属镓可溶于盐酸、 硫酸及硝酸, 但实际上它在酸中溶解速度缓慢, 虽说也能溶于碱及氨中, 但因极易钝化, 使反应难以继续进行。 试验采用添加助溶剂的盐酸溶解金属镓, 在助溶剂作用下溶解速度明显加快。 制备的氯化镓溶液配成适合的浓度和酸度使用。 沉淀反应的条件选择和控制是制取超细粉末的关键, 沉淀剂的筛选经对多种试剂的实验对比, 选用了试剂N, 既可避免引入新的杂质元素, 同时在反应过程中产生的气泡逸出对沉淀反应起到一定的分散作用。 在沉淀底液中配入缓冲剂, 使沉淀过程维持在恒定的pH范围内, 有助于生成颗粒均匀的粉体; 分散剂的使用是制备超细粉末必不可少的措施, 此举可使粉末颗粒分散性好, 超细化和提高活性、 改善过滤性能。 具体操作底液加入沉淀剂、 缓冲剂、 分散剂后加热至70～100 ℃, 在搅拌下以特殊加料方式加入镓盐溶液, 直至pH=5～9, 继续反应30 min, 陈化2～4 h, 将沉淀物洗涤过滤, 于80～100 ℃干燥 6～10 h, 最后850 ℃煅烧 30 min, 即得超细氧化镓产品。
2.2 形貌和粒径分析
粉体经TEM和SEM检测。 TEM检测结果: 颗粒为规则的柱状, 长短轴比约为5∶1, 粒径0.5～0.8 μm, 分散性、 均匀性好。 SEM检验结果见图1, 粒度分布 (以长轴计) 结果见表1, 平均粒径0.7 μm; 两者检测结果基本相同。 晶体结构用XRD检测为单斜相β型。
图1 氧化镓粉体SEM图
Fig.1 SEM micrograph of the powder
2.3 纯度分析
用辉光放电质谱法对制备的氧化镓产品进行杂质元素分析, 结果见表2, 产品纯度达到99.99%。
3 结 论
采用液相沉淀, 通过控制工艺参数和选择适合沉淀剂、 添加剂, 制备了超细氧化镓粉体。 用XRD, TEM, SEM对粉体进行表征, 表明产品的粒度均匀、 分散性好, 粒径0.5～0.8 μm; 纯度>99.99%。 该法设备简单, 操作方便, 重现性好, 几乎无三废, 适于规模生产。
表1 超细氧化镓粒度分布
Table 1 Particle size distribution rang of gallium oxide superfine powder
粒度级别
占 有 率/%
部 分
累 计
0.60～1.20
29.42
29.42
1.20～2.40
41.66
71.08
2.40～3.40
28.92
100.00
*平均粒径0.7 μm, 长短轴比5∶1
表2 氧化镓杂质分布
Table 2 Impurity distribution of gallium oxide
编号
杂质含量/μg·g-1
纯度/%
Fe
Si
Sn
Zn
Al
Pb
Cu
Ge
Ca
Mg
Tl
Sb
氧化镓-02
18
17
10
10
4
<5
<1
<1
<1
<1
<1
<1
>99.99
参考文献
[1] 周令治, 邹家炎. 稀散金属手册.长沙:中南工大出版社, 1993.358
[2] 周伯劲. 试剂化学.广东省韶关市科学技术协会出版, 1980
[3] 周令治. 稀散金属冶金.北京:冶金工业出版社, 1988:44
