[发明专利]制造高纯度氧化铝的方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求2012年12月17日提交的美国临时专利申请第61/737，925号的权益，通过引用的方式将其整体并入本文。

发明背景

高纯度氧化铝或者氧化铝粉可被用来制造高压钠灯的半透明管、表镜的蓝宝石、高强度陶瓷工具、磁带的研磨剂、作为GaN的基片制造发光二极管、光电子件的硅微阵列芯片、飞行器的窗以及通风罩、车前照灯的保护窗、移动电话以及其他电子设备、停止信号、外科用解剖刀、医用光纤探针的微型光学元件、条形码的光学扫描仪、紫外CD以及DVD的光学系统、棱镜、透镜、光盘、可视以及红外音域的光学系统、移动电话、移动设备以及光纤系统显示窗、恶劣以及高温环境下用于化学制造的设备：管、坩埚、漏斗、化学用玻璃器皿、研磨剂、电池组件、轴承以及宝石。

目前，最常用的制造用于制造LED基片蓝宝石的高纯度氧化铝的方法是铝-铵-硫酸盐热分解法，铝-铵-碳酸盐热分解法以及铝-异丙氧化物水解法。然后，高纯度氧化铝被用于焰熔法以制造裂纹或者被压缩进致密圆盘、颗粒或者珠子，用于在蓝宝石铸锭炉中融化。

这些方法众所周知。需要能使用较少能量的低成本方法来制造高纯度氧化铝，用于生产低成本的蓝宝石，例如可用于制造LED蓝宝石基片。

氧化铝纯化领域的大部分过去的工作使用氢氧化铝、铝土矿、三水铝矿、铝氧化物、或者含有氧化铝的矿石作为方法的起始原料。由于控制酸与铝的反应速率很难，因此使用铝作为起始原料来制备高纯度氧化铝是非常困难的。高纯度铝与酸反应十分缓慢，并且之后能够十分迅速地加速到快速放热反应。在方法的每一步，给料都能被反应容器、熔炉或者盛放容器污染。为了用低成本达到高纯度，在方法中使用正确的材料并且控制每一步的反应及温度以防止污染是十分重要的。由于铝的纯度越高、与酸的反应越慢，在过去将高纯铝经济地溶于酸是有困难的。使用具有非常高表面积的铝将增加成本，并且由于放热反应可能引起反应失控。

大部分过去所做的利用酸从富含铝的矿石中制备氧化铝的研究都是为了制造生产初始铝的给料。这些方法涉及到达到霍尔-赫劳尔特电解炼铝法的纯度极限，而不关注于达到制造蓝宝石级LED基片的4-6N纯度要求或者其它高纯度应用的氧化铝。常规的高纯度氧化铝通常含有下列杂质：Na<10ppmw、Fe<5ppmw、Si<10、Ti<3、Mg<2、Ca<2，具有99.99％或者4N的氧化铝纯度。作为蓝宝石锭给料的5N纯度的氧化铝能够提高蓝宝石锭的制造方法以及LED的制造方法的收率和通过量。

发明概述

一种生产高纯度氧化铝粉的批量方法，所述方法包括：

a)在上述受控反应中，使高纯度酸或者高纯度酸与高纯度铝的组合在高纯度水中反应；

b)任选地，过滤液体以去除杂质；

c)加热液体或者向液体中注入酸性气体以形成铝盐晶体以及母液；

d)将母液从铝盐晶体中分离；

e)任选地，向铝盐晶体中加水，以及重复重复步骤b)、c)以及d)；和

f)加热铝盐晶体以将铝盐晶体转变为α氧化铝。

附图简要说明

在附图中，相似的数字能够被用于描述贯穿几个视图的相似的元件。具有不同字母后缀的相似数字能够被用于代表相似元件的不同视图。附图大体上通过具体的方式而非限制的方式说明在本文中讨论的不同实例。

图1为生产高纯度氧化铝的示例性方法的流程图。

发明详细描述

在以下详细描述中参考附图，附图为本文的一部分。附图以举例说明的形式显示了一个具体实例，其中可以实施生产高纯度氧化铝的方法。用充分的细节描述了实施例以使本领域技术人员能够实践，并且应当理解，能够利用其它实施方案以及在不脱离本申请范围的情况下能够进行这样的改变。因此，以下详细描述不应理解为限制的含义，并且本申请的范围由所附权利要求以及它们的等同方案界定。

图1显示了生产高纯度氧化铝的示例性方法10的流程图，所述高纯度氧化铝例如可用于合成蓝宝石的生产。可提供铝给料12。在一个实例中，铝给料12能够包括来自三层电解方法(又称为Hoope方法)的高纯度铝。铝给料能够具有99.98wt.％的铝纯度或者更高，例如99.99wt.％铝纯度或者更高，例如99.995wt.％铝纯度或者更高。在一个实例中，总杂质的少于0.02wt.％是金属杂质。在一个实例中，每种金属元素杂质少于0.01wt.％。高纯度废铝也能够用作铝给料12，如电导线。在一个实例中，铝给料12能够具有低于20ppmw的金属以及碱杂质。铝给料12能够以锭、铸块或者块的形式。