专利名称：一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微晶玻璃粉末的合成方法，具体涉及一种锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的合成方法。
背景技术：
锂铝硅系微晶玻璃具有极低的热膨胀系数、优异的抗热震性能和较高的机械性能，它在烹调灶面板、大型天文望远镜镜坯、激光管的腔体等方面具有广泛的应用价值。传统的固相反应法制备的锂铝硅粉体粒度较大、粒径分布较宽、煅烧温度高，而且原料以自然堆积方式进行反应，效率较低而且易使挥发组分散失。多组分体系材料的制备方法中最常用的是醇盐溶胶-凝胶法和硝酸盐溶胶-凝胶法，这两种方法对原料的选择都有一定的要求。刘智恩等人以无机盐代替醇盐采用硝酸盐溶胶-凝胶法制备锂铝硅微粉，该方法制得的微粉的粒径较大，反应时间较长，而且溶液产生沉淀，导致相分离，致使产物组分不均匀。上世纪九十年代中后期，N.NGhosh等人采用单元羧酸作为络合剂将金属离子螯合成络合物，使之成为可溶性产物，然后经过络合物型溶胶过程形成凝胶，此法虽然解决了无机聚合物型溶胶-凝胶法的不足，但是制备时间太长。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的粒径较大、反应时间长的缺点，研制了一种锂铝硅系微晶玻璃超细粉体的高分子网络凝胶法。本发明按如下步骤进行制备a、将TEOS溶于水中，用硝酸调节pH＝2～3，搅拌30～60分钟，使TEOS预水解；b、分别将含锂化合物和含铝化合物溶解于稀硝酸中；c、待TEOS溶液透明后，将上述a步骤和b步骤得到的溶液以化学计量比为Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶(1～4)的比例混合均匀；d、向混合液中加入有机单体和交联剂；e、升温至70～100℃，然后加入引发剂，搅拌均匀，5～30分钟后溶液开始凝胶，得到湿凝胶块；f、将湿凝胶块在120℃下干燥12小时或在微波炉中用高火加热15～30分钟除去水分，得到干凝胶块；g、将干凝胶块在研钵中研磨后，置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温1～2小时，得到晶粒大小为30～50nm的锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。本发明对原料的要求简单，可以避免使用昂贵的醇盐，降低了成本；此法合成速度快，克服了传统溶胶-凝胶法反应时间长的缺点；在高分子网络凝胶法中，有机单体聚合形成的高分子胶束具有三维网络结构，能够把原料粒子紧紧包裹在其中，使其位置保持相对固定，提高了原料的反应效率，降低了挥发组分的散失，减小了团聚的产生，可制得高纯的粉体，有利于排除杂相的干扰，它具有成本低、合成速度快、纯度高和粒径小的优点。
具体实施例方式
一本实施方式按如下步骤进行制备a、将TEOS溶于水中，用硝酸调节pH＝2～3，搅拌30～60分钟，使TEOS预水解；b、分别将含锂化合物和含铝化合物溶解于稀硝酸中；c、待TEOS溶液透明后，将上述a步骤和b步骤得到的溶液以化学计量比为Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶(1～4)的比例混合均匀；d、向混合液中加入有机单体和交联剂；e、升温至70～100℃，然后加入引发剂，搅拌均匀，5～30分钟后溶液开始凝胶，得到湿凝胶块；f、将湿凝胶块在120℃下干燥12小时或在微波炉中用高火加热15～30分钟除去水分，得到干凝胶块；g、将干凝胶块在研钵中研磨后，置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温1～2小时，得到晶粒大小为30～50nm的锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。所述的含锂化合物为氧化锂或含锂的无机盐；含铝化合物为氧化铝或含铝的无机盐；有机单体为丙烯酰胺或者甲基丙烯酰胺；交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺或乙二醇二甲基丙烯酸；有机单体的加入量为原料总重量的5～10％；有机单体与交联剂的重量比为(3～30)∶1；引发剂为过硫酸胺、偶氮二异丁腈或四甲基乙二胺；引发剂的加入量为有机单体重量的0.1～0.5％；引发剂的重量浓度为5～20％。
具体实施例方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是f和g两步骤，即直接将湿凝胶块置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温1～2小时，得到干凝胶块，将干凝胶块在研钵中研磨后，得到晶粒大小为30～50nm的锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。其他制备步骤和工艺参数同具体实施方式
一。
具体实施例方式
三本实施方式与具体实施方式
一、二不同的是，在c步骤中的混合溶液中还增加了硝酸锆溶液，硝酸锆溶液的加入量为反应物总重量的0.1～4％。其他制备步骤和工艺参数同具体实施方式
一、二。硝酸锆溶液的加入可以降低锂铝硅系微晶玻璃的析晶温度，并且可以延缓β-石英固溶体向β-锂辉石固溶体的转变。
具体实施例方式
四本实施方式按如下步骤进行制备a、将TEOS溶解于蒸馏水中，用硝酸调节pH＝2～3，搅拌30～60分钟，使TEOS预水解；b、将碳酸锂溶解在硝酸中，制成硝酸锂溶液；c、待TEOS溶液透明后，将其与Al(NO3)3·9H2O和硝酸锂溶液以化学计量比为Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶2的配比混合，在电磁搅拌下使溶液混合均匀；d、向混合液中加入重量为原料总重量8％的丙烯酰胺和重量为原料总重量3％的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，用硝酸调节pH＝1～2，均匀搅拌；e、升温至70℃，然后加入重量为丙烯酰胺重量的0.1～0.5％、重量浓度为5～20％的过硫酸胺水溶液，5分钟后溶液凝胶，得到湿凝胶块；f、将得到的湿凝胶块迅速放入聚四氟乙烯塑料杯中，置于微波炉中用高火加热15分钟，得到干凝胶；g、将干凝胶块放入研钵中研磨，制得干凝胶粉，将制得的干凝胶粉置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温2小时，得到晶粒大小为30～50nm的锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。
权利要求
1.一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于本发明按如下步骤进行制备a、将TEOS溶于水中，用硝酸调节pH＝2～3，搅拌30～60分钟，使TEOS预水解；b、分别将含锂化合物和含铝化合物溶解于稀硝酸中；c、待TEOS溶液透明后，将上述a步骤和b步骤得到的溶液以化学计量比为Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶(1～4)的比例混合均匀；d、向混合液中加入有机单体和交联剂；e、升温至70～100℃，然后加入引发剂，搅拌均匀，5～30分钟后溶液开始凝胶，得到湿凝胶块；f、将湿凝胶块在120℃下干燥12小时或在微波炉中用高火加热15～30分钟除去水分，得到干凝胶块；g、将干凝胶块在研钵中研磨后，置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温1～2小时，得到晶粒大小为30～50nm的锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。
2.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于a步骤和b步骤得到的溶液优选以化学计量比为Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶2的比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于含锂化合物为氧化锂或含锂的无机盐；含铝化合物为氧化铝或含铝的无机盐。
4.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于有机单体为丙烯酰胺或者甲基丙烯酰胺；交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺或乙二醇二甲基丙烯酸。
5.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于有机单体的加入量为原料总重量的5～10％；有机单体与交联剂的重量比为(3～30)∶1。
6.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于引发剂为过硫酸胺、偶氮二异丁腈或四甲基乙二胺。
7.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于引发剂的加入量为有机单体重量的0.1～0.5％。
8.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于引发剂的重量浓度为5～20％。
9.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于f和g两步骤为直接将湿凝胶块置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温1～2小时，得到干凝胶块，将干凝胶块在研钵中研磨后，得到晶粒大小为30～50nm的锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。
10.根据权利要求1所述的一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，其特征在于在c步骤中的混合溶液中还增加了硝酸锆溶液，硝酸锆溶液的加入量为反应物总重量的0.1～4％。
全文摘要
一种制备锂铝硅系微晶玻璃超细粉末的高分子网络凝胶法，涉及一种微晶玻璃粉末的合成方法。本发明按如下步骤进行制备a.将TEOS溶于水中，用硝酸调节pH＝2～3；b.分别将含锂化合物和含铝化合物溶解于稀硝酸中；c.待TEOS溶液透明后，将上述a步骤和b步骤得到的溶液混合均匀；d.向混合液中加入有机单体和交联剂；e.升温至70～100℃，然后加入引发剂，搅拌均匀，5～30分钟后得到湿凝胶块；f.将湿凝胶块在120℃下干燥12小时或在微波炉中用高火加热15～30分钟，得到干凝胶块；g.将干凝胶块在研钵中研磨后，置于煅烧炉中加热到600～1200℃，保温1～2小时，得到锂铝硅系微晶玻璃超细粉末。它具有成本低、合成速度快、纯度高和粒径小的优点。
文档编号C03C3/062GK1559943SQ20041001356
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月18日 优先权日2004年2月18日
发明者吴松全, 王福平, 何利娜 申请人:哈尔滨工业大学