专利名称：一种超声波声化学法制备硅酸锆粉体的方法
技术领域：
本发明属于材料化工领域，具体涉及一种超声波声化学法制备硅酸锆粉体的方法。
背景技术：
硅酸锆(ZrSiO4)属四方晶系，为岛状结构的硅酸盐矿物。硅酸锆因具有高熔点、 低热导率、低膨胀系数、优良的化学及相稳定性等特点，使其可以作为高性能结构材料(如石墨、C/C复合材料及SiC结构陶瓷等)的高温抗氧化涂层材料。目前，制备硅酸锆晶体的方法主要有固相反应法、沉淀法、水热法以及溶胶-凝胶法等。上述方法普遍需要高温(如固相反应法需要1300-1600°C )或长时间(如水热法需要6-72h)来获得预期结构的硅酸锆晶体。在制备硅酸锆的研究中，C.E. Curtis 等[C. E. Curtis, H. G. Sowman. J. Am. Ceram. Soc, 1993, 36,190.]以和SiO2为原料，采用固相法，经过1315 °C热处理后开始形成^^丨04，其合成率仅为2%，该法制备温度高且合成率很低。Takao Itoh[Takao Itoh. J. Cryst Groth, 1992，125，223.]以氯氧锆、硅溶胶为原料，通过氨水调节混合液的pH值为 9. 5，然后得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥，在1200°C下煅烧形成&Si04，采用沉淀法制备硅酸锆仍需要高温煅烧，后期处理复杂。陆彩飞等[陆彩飞，王秀峰，苗鸿雁，罗宏杰.硅酸盐学报.2000，28,87.]以&0C12 · 8H20和NaSiO3 · 9H20为前驱体，NaF作矿化剂，去离子水为反应介质，采用水热法在280°C下反应他获得纯相^SiO4，水热法虽然降低了合成温度但合成时间较长。江伟辉等[中国专利200710108375. X]采用工业纯无水四氯化锆、正硅酸乙酯为前驱体，通过选择合适的矿化剂经非水解溶胶-凝胶法在700°C低温保温15min合成硅酸锆粉体，该法虽然制备时间短但制备温度较高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种不仅制备成本低，而且操作简单、制备周期短不需要后期热处理的超声波声化学法制备硅酸锆粉体的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)分别将分析纯的&0C12 · 8H20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi (OCH2CH3) 3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液A，其中&0C12 · 8H20 CH3CH2OSi(OOl2CH3)3的摩尔比为1-5 1-8, ZrOCl2 的摩尔浓度为 0. 3-0. 8mol/L ；2)将质量分数为2. 6 %的氨水逐滴加入到前驱液A调节pH值为8_10得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF ZrOCl2 ·8Η20的摩尔比为1_6 2-7, 并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化12-4 后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在40-90°C，反应时间控制在60-300分钟，超声波功率选定为100-500W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60-160°C下干燥得硅酸锆粉体。本发明采用超声波声化学法，能够制备出质量较高的硅酸锆粉体。由于反应在液相中完成，工艺设备简单，所得硅酸锆粉体粒径分布窄，不需要后期退火晶化处理，反应温度低，周期短，因此具有广阔的发展前景。
图1为本发明所制备的硅酸锆粉体的扫面电镜(SEM)照片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)分别将分析纯的&0C12 ·8Η20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi (OCH2CH3) 3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液Α，其中&0C12 ·8Η20 CH3CH2OSi(OCH2CH3)3的摩尔比为1 11，ZrOCl2 的摩尔浓度为0. 31mol/L ；2)将质量分数为2. 6 %的氨水逐滴加入到前驱液A调节PH值为8得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF &0C12 ·8Η20的摩尔比为1 2，并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化1 后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为 80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在40°C，反应时间控制在300分钟，超声波功率选定为100W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60°C下干燥得硅酸锆粉体。实施例2:1)分别将分析纯的&0C12 ·8Η20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi (OCH2CH3) 3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液Α，其中&0C12 · 8Η20 CH3CH2OSi(OCH2CH3)3的摩尔比为1 3，ZrOCl2 的摩尔浓度为0. 5mol/L ；2)将质量分数为2. 6 %的氨水逐滴加入到前驱液A调节pH值为8. 5得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF ZrOCl2 ·8Η20的摩尔比为2 3，并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化24h后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为 80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在50°C，反应时间控制在240分钟，超声波功率选定为200W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在80°C下干燥得硅酸锆粉体。实施例3
1)分别将分析纯的&0C12 ·8Η20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi (OCH2CH3) 3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液Α，其中&0C12 · 8Η20 CH3CH2OSi(OCH2CH3)3的摩尔比为2 5，ZrOCl2 的摩尔浓度为0. 8mol/L ；2)将质量分数为2. 6 %的氨水逐滴加入到前驱液A调节pH值为9得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF &0C12 ·8Η20的摩尔比为3 4，并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化3 后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为 80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在70°C，反应时间控制在180分钟，超声波功率选定为300W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在100°c下干燥得硅酸锆粉体。实施例4 1)分别将分析纯的&0C12 ·8Η20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi (OCH2CH3) 3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液Α，其中&0C12 · 8Η20 CH3CH2OSi(OCH2CH3)3的摩尔比为3 7，ZrOCl2 的摩尔浓度为0. 4mol/L ；2)将质量分数为2. 6 %的氨水逐滴加入到前驱液A调节pH值为9. 5得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF ZrOCl2 ·8Η20的摩尔比为4 7，并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化4 后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为 80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在80°C，反应时间控制在120分钟，超声波功率选定为400W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在160°C下干燥得硅酸锆粉体。实施例5 1)分别将分析纯的&0C12 ·8Η20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi (OCH2CH3) 3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液Α，其中&0C12 · 8Η20 CH3CH2OSi(OCH2CH3)3的摩尔比为5 8，ZrOCl2 的摩尔浓度为0. 6mol/L ；2)将质量分数为2. 6%的氨水逐滴加入到前驱液A调节pH值为10得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF ZrOCl2 ·8Η20的摩尔比为6 5，并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化24h后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为 80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在90°C，反应时间控制在60分钟，超声波功率选定为500W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在160°C下干燥得硅酸锆粉体。由图1可看出所制备的硅酸锆粉体粒径在Iym左右，并伴有团聚现象。
权利要求
1. 一种超声波声化学法制备硅酸锆粉体的方法，其特征在于1)分别将分析纯m&0Cl2*8H20和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi(OCH2CH3)3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液 Α，其中 &0C12 · 8Η20 CH3CH2OSi(OCH2CH3)3 的摩尔比为 1-5 1-8, ZrOCl2 的摩尔浓度为0. 3-0. 8mol/L ；2)将质量分数为2.6 %的氨水逐滴加入到前驱液A调节pH值为8-10得溶液B ；3)将分析纯的LiF加入溶液B中，控制LiF ZrOCl2 ·8Η20的摩尔比为1-6 2-7，并不断搅拌得溶液C ；4)将溶液C在室温下陈化12-4 后倒入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于固有频率为 80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，反应体系水浴温度控制在40-90°C，反应时间控制在60-300分钟，超声波功率选定为100-500W，反应全程应在超声波引发下反应，反应结束后自然冷却到室温；5)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60-160°C下干燥得硅酸锆粉体。
全文摘要
一种超声波声化学法制备硅酸锆粉体的方法，将分析纯的ZrOCl2·8H2O和正硅酸乙酯(CH3CH2OSi(OCH2CH3)3)加入蒸馏水中搅拌制成前驱液A；用氨水调节前驱液pH值为8-10得溶液B；将LiF加入溶液B中得溶液C；将溶液C在室温下陈化后置于超声波发生器中，开启超声波发生器进行超声水热反应，反映结束后自然冷却到室温；将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中干燥得硅酸锆粉体。本发明采用超声波声化学法，能够制备出质量较高的硅酸锆粉体。由于反应在液相中完成，工艺设备简单，所得硅酸锆粉体粒径分布窄，不需要后期退火晶化处理，反应温度低，周期短，因此具有广阔的发展前景。
文档编号C01B33/20GK102502674SQ201110374900
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者刘佳, 吴建鹏, 孙莹, 曹丽云, 辛宇, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学