一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种可用于第二相改善力学性能、复合材料的制备工艺，特别涉及一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法。
【背景技术】
[0002]二硅酸锂微晶玻璃是生物陶瓷中机械性能和生物性能都比较突出的一类陶瓷材料。其优良的力学性能和完美的自然光泽，可以达到与天然牙齿接近的颜色和外观。而且二硅酸锂晶体本身具有高强、高韧性能，使得该系微晶玻璃理论上的耐磨性与牙釉质接近，不会引起天然牙齿的过度磨耗。其独特的美学和生物性能是金属材料和高分子材料无法比拟的。此外，二硅酸锂棒状晶体的膨胀系数、光折射系数较合适，使其能与玻璃相达到良好的热力学与光学的匹配，是全瓷修复体系中，特别是单冠修复的首选材料，在全瓷修复领域展现出广阔的应用前景。
[0003]但是近年来，通过控制二硅酸锂玻璃基体析晶来调控其显微结构，达到美观、强度和韧性的满足是需要解决的主要问题。采用传统的玻璃析晶或粉末压坯烧结控制基体析晶是无法满足强度和韧性匹配这一要求的，而在不影响其光学性能的基础上，添加强韧相就受到了限制，颜色的选择使得能够添加的增强、增韧相几乎没有，诸如ZrO2颗粒、Si 3N4棒状晶体、纤维等等，都会影响牙科用二硅酸锂材料的透光性能。因此，二硅酸锂棒状晶体自增韧玻璃陶瓷得以发展，该相的添加不仅不会影响光学性能，而且还会提高材料的力学性能。二硅酸锂棒状晶体的应用也不仅限于牙科材料，其他需要强韧化的陶瓷或者复合材料都可以添加，目前，不仅关于二硅酸锂棒状晶体作为增强、增韧相的应用方面鲜有报道，而且二硅酸锂棒状晶体的制备也很少发现或者报道，这也就为二硅酸锂棒状晶体的制备、市场应用化提供一定的参考价值，具有可观的应用前景和经济价值。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法，得到的棒状二硅酸锂晶体长径比可控、纯度高，可作为增强相和增韧相加入复合材料基体中，具有改善复合材料的力学性能的特点。
[0005]为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0006]一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法，其特征在于，包含下列步骤:
[0007](I)原料混合粉的获得:根据摩尔比Si02/Li2C03= (1.5-2.5):1，进行质量换算，称取碳酸锂和二氧化硅粉体，加入无水乙醇，加入质量与原料混合粉的质量比为4:1，采用氧化锆球湿法球磨混料至少8h，然后烘干、过筛；
[0008](2)晶种生粉的获得:将干燥过筛后的原料混合粉与添加熔剂Na2SO4粉体按质量比为1:(1-4)进行称料混合，加入无水乙醇，加入量与混合料的总质量比为1.5:1，采用氧化锆球湿法球磨混料至少5h，然后干燥过筛；
[0009](3)烧结:将晶种生粉松装入氧化铝坩祸中，加盖密封，置于空气炉中，在900 °C -950 °C下进行烧结，保温至少Ih ；
[0010](4)将步骤(3)冷却至室温得到的晶种取出，在60°C的去离子水中搅拌，使其充分溶解，经过过滤、5vol.% HF腐蚀l_3h，去离子水清洗干净，烘干得到Li2Si2O5晶体。
[0011]步骤(I)所述原料Li2C03、Si02的尺寸为纳米一微米级，微米级尺寸不超过10 μ m。
[0012]步骤(2)所述选用的熔剂为分析纯无水Na2SO4粉体，纯度彡99%，熔点为884°C，接近二硅酸锂晶体的形成温度。
[0013]步骤(3)中从置于空气炉中到900°C _950°C下进行烧结，其过程中的升温速率为3-10K/min。
[0014]本发明的优点在于:
[0015]1、采用添加熔剂粉体的方法可以使原料粉更好地分散，能够制备高纯度、长径比可控、无团聚的棒状二硅酸锂晶体，工艺简单、成本低。
[0016]2、熔剂粉体Na2SOJ^熔点为884°C，低于但接近二硅酸锂晶体的合成温度，在900°C?950°C烧结时，熔融的Na2SO4能够明显地降低二硅酸锂的合成温度和缩短二硅酸锂形成的反应时间。
[0017]3、在烧结过程中，原料混合粉体为固相，熔剂Na2SO4熔融为液相，即固、液两相共存，混合粉体中碳酸锂在618°C左右发生分解形成L12, Si02和L12在熔融液中具有一定的溶解度，Li+、02_在液相中的流动性和离子扩散速率提高，与溶解的S1 2充分且快速反应；再者，Na2SO4熔体将混合粉体包裹并均匀地填充在粉体之间，加速了离子的扩散和反应的进行，使混合粉体反应更加充分和完全。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施案例5所得Li2Si2O5晶体显微结构SEM照片。
[0019]图2为本发明实施案例5所得Li2Si2O5晶体的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0020]以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0021]实施例1
[0022]一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法，包含下列步骤:
[0023](I)原料混合粉的获得:根据摩尔比Si02/Li2C03= 1.5，进行质量换算:质量比S12Zli2CO3= 1.216，称取平均粒径为5 μπι高纯碳酸锂粉体(纯度为99.99%)4.52g、纳米高纯二氧化娃粉体(纯度为99.99% ) 5.48g，加入无水乙醇40g，采用氧化错球湿法球磨混料10h，混合均匀，然后在旋转蒸发仪上旋蒸将酒精烘干、取出放入干燥箱中80°C干燥过筛；
[0024](2)晶种生粉的获得:将干燥过筛后的原料混合粉与添加熔剂分析纯Na2S04粉体(纯度多99% )，按质量比为482504粉体/原料混合粉=4进行称料混合，加入无水乙醇75g，采用氧化锆球湿法球磨混料8h，然后在旋转蒸发仪上旋蒸将酒精烘干、取出放入干燥箱中80 °C干燥过筛；
[0025](3)烧结:将干燥过筛后的晶种生粉松装入氧化铝坩祸中，加盖密封，置于空气炉中，在900°C下进行烧结，保温lh，升温速率为5K/min，随炉冷却至室温；
[0026](4)将步骤(3)得到的晶种取出，在60°C的去离子水中搅拌，使其充分溶解，经过过滤、5vol.% HF腐蚀3h，去离子水清洗干净，烘干得到Li2Si2O5晶体。
[0027]将所得到的Li2Si2O5晶体进行SEM观察和XRD物相分析，测得Li 2Si205晶体样品中的晶体相只有Li2Si2O5,因而纯度非常高；平均长径比为3，晶体长度为2?4 μπι，宽为
0.5 ?1.2 μ m0
[0028]实施例2
[0029]一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法，包含下列步骤:
[0030](I)原料混合粉的获得:根据摩尔比Si02/Li2C03= 1.5，进行质量换算:质量比S12Zli2CO3= 1.216，称取平均粒径为5 μπι高纯碳酸锂粉体(纯度为99.99%)9.04g、纳米高纯二氧化硅粉体(纯度为99.99% ) 10.96g，加入无水乙醇80g，采用氧化锆球湿法球磨混料10h，混合均匀，然后在旋转蒸发仪上旋蒸将酒精烘干、取出放入干燥箱中80°C干燥过筛；
[0031](2)晶种生粉的获得:将干燥过筛后的原料混合粉与添加熔剂分析纯Na2S04粉体(纯度多99% )，按质量比为482504粉体/原料混合粉=2进行称料混合，加入无水乙醇90g，采用氧化锆球湿法球磨混料8h，然后在旋转蒸发仪上旋蒸将酒精烘干、取出放入干燥箱中80 °C干燥过筛；
[0032](3)烧结:将干燥过筛后的晶种生粉松装入氧化铝坩祸中，加盖密封，置于空气炉中，在900°C下进行烧结，保温12h，升温速率为5K/min，随炉冷却至室温；
[0033](4)将步骤(3)得到的晶种块体取出，在60°C的去离子水中搅拌，使其充分溶解，经过过滤、5vol.% HF腐蚀3h，去离子水清洗干净，烘干得到Li2Si2O5晶体。
[0034]将所得到的Li2Si2O5晶体进行SEM观察和XRD物相分析，测得Li 2Si205晶体样品中的晶体相只有Li2Si2O5;长径比达到10以上，最大能够达到20，晶体长度为10?20 μ m，宽为 0.47 ?2.48 μπι。
[0035]实施例3
[0036]一种棒状二硅酸锂晶体的制备方法，包含下列步骤:
[0037](I)原料混合粉的获得:根据摩尔比Si02/Li2C03= 2，进行质量换算:质量比S12/Li2CO3= 1.62，称取平均粒径为5 μπι高纯