一种用于莫来石陶瓷晶须制备的氧化物催化剂的制作方法

本发明属于催化剂领域，公开了一种用于莫来石晶须制备的氧化物催化剂。

背景技术：

陶瓷晶须是一种重要的结构材料。晶须增强的复合材料在力学性能(如：断裂韧性、抗弯强度、抗热震性等)上会得到极大的改善。碳化硅、氮化硅和钛酸钾等晶须材料已经广泛应用于性能优异复合材料的制备。然而，在高温下这些晶须材料容易氧化分解，导致机械性质衰退。莫来石材料是Al₂O₃-SiO₂系中唯一稳定的晶体材料，由于具有高的机械强度、好的抗蠕变性能、低的热膨胀系数、好的化学和高温稳定性，已经成为先进结构材料的候选。莫来石晶体在晶体学c轴方向生长速度大于其它方向，易合成一维晶须材料。莫来石陶瓷晶须增强的复合材料已经开始受到重视。

许多方法用于合成莫来石晶须，如固相反应法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。然而，利用这些方法在较低的合成温度，制备出形貌良好、长径比大的莫来石晶须需要加入适量的催化剂。通常AlF₃是大家普遍使用的莫来石晶须生长催化剂。此外，还有一些氧化物催化剂如La₂O₃,Co₂O₃等，但效果不及AlF₃。在这里，我们发现了一种新的氧化物催化剂，氧化钼(或钼酸铵)，表现出良好的莫来石晶须生长催化作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于莫来石陶瓷晶须制备的氧化物催化剂——氧化钼(或钼酸铵)，利用此催化剂可有效降低莫来石化温度，提高莫来石化反应程度，制备出形貌均一、长径比大的莫来石陶瓷晶须。

利用氧化钼通过固相反应法合成莫来石陶瓷晶须，包括以下步骤：

(1)按化学式(3Al₂O₃·2SiO₂)_1-x(MoO₃)_x(x＝0-0.5)进行铝源、硅源和氧化钼催化剂等合成原料的称取；

(2)在称好的合成原料中加入无水乙醇溶剂和氧化锆球磨子，置于球磨机充分研磨混合；

(3)将研磨后均匀混合的粉体原料置于烘箱中100℃干燥，然后在马弗炉中1200-1500℃高温煅烧2小时，得到莫来石陶瓷晶须。

利用钼酸铵通过液相反应法合成莫来石陶瓷晶须，包括以下步骤：

(1)按照化学式(3Al₂O₃·2SiO₂)_1-x(MoO₃)_x(x＝0-0.5)量取正硅酸乙酯(TEOS)，称取氯化铝和钼酸铵催化剂；

(2)将TEOS溶于乙醇配制成浓度为1mol/L的溶液，并用盐酸调pH值至2；将氯化铝和钼酸铵溶于水，配制成氯化铝浓度为0.5mol/L的溶液；

(3)将上述两种溶液混合并于60℃加热搅拌，胶凝后转移至烘箱中200℃焙烧；将焙烧后的粉体置于马弗炉中1200-1500℃高温煅烧2小时，得到莫来石陶瓷晶须。

针对两种莫来石陶瓷晶须合成方法，可分别调节催化剂含量和煅烧温度优化莫来石陶瓷晶须的合成条件，实现莫来石陶瓷晶须的调控制备，获得最优的莫来石晶须材料。

本发明对莫来石合成的有益效果如下：

(1)利用本催化剂可使得莫来石化温度有效降低，反应过程简化。例如，高岭土/氢氧化铝体系，使用氧化钼催化剂固相反应制备莫来石晶须，莫来石化温度降低200℃，反应过程明显简化。(见附图1)

(2)利用本催化剂可以增加体系莫来石化反应程度，所制备的莫来石不含氧化铝和石英相。(见附图1)

(3)利用此催化剂可制备形貌均一、长径比大的莫来石陶瓷晶须。(见附图2)

(4)通过改变催化剂和煅烧温度可实现莫来石陶瓷晶须的调控制备。

附图说明

图1氧化钼对高岭土/氢氧化铝体系莫来石合成过程的影响。(a)含有氧化钼的XRD图；(b)不含氧化钼的XRD图。莫来石与催化剂的摩尔比为4:1

图2利用高岭土、氢氧化铝和氧化钼催化剂合成的莫来石陶瓷晶须微观结构。莫来石与催化剂的摩尔比为4:1

图3利用高岭土、氢氧化铝和氧化钼催化剂在不同煅烧温度下合成的莫来石晶须尺寸。莫来石与催化剂的摩尔比为4:1

具体实施方式

实施案例1：高岭土/氢氧化铝体系加入氧化钼固相反应制备莫来石晶须

按化学式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2，定量称取高岭土、氢氧化铝和氧化钼；将称量好的粉体置入球磨瓶，加入无水乙醇和氧化锆球磨子在球磨机上充分研磨混合；将研磨后均匀混合粉体置于烘箱100℃干燥，然后在马弗炉中1200-1500℃高温煅烧2小时，得到莫来石陶瓷晶须。

图1是本实施例中不同温度煅烧样品的X射线衍射图谱，比较图谱可见添加氧化钼后，莫来石化温度降低，反应过程明显简化。

图2是本实施例中在不同煅烧温度下制备的莫来石晶须的SEM形貌。由图知，所制备的晶须形貌均一，宽度在500nm左右，长度在1-10微米范围。煅烧温度在1300℃以上可以得到形貌良好且均一、长径比大的莫来石陶瓷晶须。

图3是本实施例中不同煅烧温度下制备的莫来石晶须尺寸。由图知，随温度升高，宽度几乎不变，长度不断增大，长径比由5增大到20。

实施案例2：石英/氢氧化铝体系加入氧化钼固相反应制备莫来石晶须

按化学式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2，定量称取石英粉、氢氧化铝和氧化钼；将称量好的粉体置入球磨瓶，加入无水乙醇和氧化锆球磨子在球磨机上充分研磨混合；将研磨后均匀混合粉体置于烘箱100℃干燥，然后在马弗炉中1300-1500℃高温煅烧2小时，获得莫来石陶瓷晶须。

实施案例3：硅微粉/氢氧化铝体系加入氧化钼固相反应制备莫来石晶须

按化学式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2，定量称取硅微粉、氢氧化铝和氧化钼；将称量好的粉体置入球磨瓶，加入无水乙醇和氧化锆球磨子在球磨机上充分研磨混合；将研磨后均匀混合粉体置于烘箱100℃干燥，然后在马弗炉中1300-1500℃高温煅烧2小时，获得莫来石陶瓷晶须。

实施案例4：氯化铝/TEOS体系加入钼酸铵制备莫来石晶须

按照化学式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2量取正硅酸乙酯(TEOS)，称取氯化铝和钼酸铵催化剂；将TEOS溶于乙醇配制成浓度为1mol/L的溶液，并用盐酸调pH值至2；将氯化铝和钼酸铵溶于水，配制成氯化铝浓度为0.5mol/L的溶液；将上述两种溶液混合并于60℃加热搅拌，胶凝后转移至烘箱中200℃焙烧；将焙烧后的粉体置于马弗炉中1300-1500℃高温煅烧2小时，得到莫来石陶瓷晶须。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。