专利名称：单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，属于荧光材料及制备领域。
背景技术：
现代信息社会，高温精细陶瓷的用途相当广泛，开发、制备，工业化生产 高温精细陶瓷材料一直是国际和国内政府、企业与学术团体关注的热点。单斜 相的钡长石具有热膨胀系数小，熔点高，化学稳定性好，容易进行纤维增轫强 化等优点，目前已作为优良的高温结构和功能材料基质进入实用推广，用于高 温多层陶瓷基质、压电材料，陶瓷纤维增韧强化、高温催化剂载体等电工、电
子和化工领域。2006年韩国学者研究成果进一步证明单斜相钡长石为基体的稀 土离子或过渡金属离子掺杂荧光粉具有潜在的照明、显示方面的应用价值。
同一化学组成式的钡长石(BaAl2Si208)存在六方、单斜、四方等不同相 态，到目前，传统合成单斜相钡长石方法仍存在不足。传统工业生产方法利用 碳酸盐、氧化物等作为原料，直接固相合成得到的是六方相或带少量单斜相的 六方相，必须将这些六方相前驱体在140(TC或更高的温度上进行长时间煅烧才 能获得纯的单斜材料。这种两步固相合成技术需要较长的加热时间，需要能耐 1500度以上高温的生产设备，此外维持长时间高温需要输入大量的热量，而温 度越高，通过热辐射浪费的能源越多，这种巨大的能源消耗和浪费明显不符合 目前广泛提倡的节能经济的要求。
美国在1991年和2000年对利用三氟化铝作为铝源的固相法及溶胶凝胶法 进行专利保护，这两个专利也分别申请了欧洲等国的专利保护，但是，禾U用三 氟化铝作为铝源，尽管把煅烧温度降到90(TC，却引入了强腐蚀性，强毒性的 氟离子，违背了精细陶瓷安全生产的基本要求。而溶胶凝胶法合成过程成本高， 而且它的煅烧温度也只是降低到1200°C,工业化应用仍有待改进。
2005年欧美国家又开发出离子交换一固相煅烧两步法，其步骤是利用钠基 分子筛与水溶液中的钡离子进行离子交换，然后再高温煅烧获得产物。该方法 煅烧温度也能降到120(TC，但钠基分子筛和水溶液中的离子交换周期长，和工业化讲究效率的观点不适应，此外产物中包含离子交换不彻底而残余的钠、锂 等杂质，难以获得高纯钡长石产品。
超细粉体的发展使人们认识到材料晶粒尺寸降低后，烧结的陶瓷机械强度 等性能将飞跃式增进，小粒径粉体(直径在微米、纳米尺度)是增进陶瓷材料 性能的有效手段之一，因此开发能直接获得超细粉粒产品的新型陶瓷制备方法， 可以进一步降低产品二次加工的成本，提供合成产品的性能。
尽管欧美日等国家己经就单斜相钡长石的制备进行了专利保护，但我国到 目前为止这方面的自主知识产权仍是空白。
发明内容
本发明提供一种单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，所涉及的钡长石化学
式为BaAl2Si208，物相为单斜相。相比于已知的制备方法，本发明具有如下 优越性，本发明涉及的制备方法所用原料廉价易得；生产工序基于现有工业生 产中非常成熟的水热合成和固相煅烧过程；固相煅烧温度和传统合成的140CTC 以上相比，合适煅烧温度为120(TC，与目前国际先进水平相同；产品为超细粉 粒；物相纯度高，容易烧结作为高温陶瓷材料用于热冲击、酸碱腐蚀等苛刻的 外界环境，满足宇航、化工、能源等行业的需要，也可作为优良发光材料基质 进行发光离子(比如稀土、过渡金属离子等)掺杂，获得高光效荧光粉，用于 照明光源、光存储、x—射线医学成像、显示仪器设备的显示屏等领域。本发明 提出的制备路线便于工业化生产，而且符合节能、经济、环保及产物后续使用 前零处理的要求，具有潜在的经济价值。
本发明采用的化工原料包括碳酸钡、氢氧化钡或氧化钡，氢氧化铝和二氧 化硅。化工原料的纯度可根据产品纯度要求进行选择，工业纯级别或以上均可。
本发明涉及的水热一固相两步法具体合成步骤如下
一、 水热反应获取水热前驱体
(1) 将碳酸钡、氢氧化钡或氧化钡，氢氧化铝和二氧化硅为原料按化学式
BaAl2Si20s称取，加水混合均匀；
(2) 将上述混合液转移入高压反应釜中；
(3) 反应釜密封在150 30(TC下反应完全，干燥产物。 上述反应时间根据原料数量控制，以保证达到充分反应即可。
二、 固相煅烧获取单斜钡长石成品
(1)上述步骤(3)产物放入坩埚在850 130(TC反应完全，冷却。上述反应时间根据原料数量控制，以保证达到充分反应即可。 本发明涉及的水热一固相两步法的要点说明如下
(1) 水热合成温度范围是200-30CTC，水热反应条件温和，对生产设备耐
压、耐腐蚀要求低，水热恒温时间可以根据需要，从几小时到几天，不会改变 最终煅烧产物的化学组成和相态，但可以影响产物的分散性和颗粒大小，其影 响规律是随着水热恒温时间的延长，分散性越好，颗粒度越小。
(2) 煅烧温度范围是850-1300°C，与传统固相合成在120(TC仍为六方或 者才出现少量单斜物相相比，利用本发明技术获得的水热前驱体，在90(TC下 煅烧就可以获得单斜物相，由于工业固相煅烧的共性，当温度比较低的时候， 内外温差小，传热速度慢，固相反应进行缓慢，合成需要时间长，原料比较多 的时候费时就较多；另外，温度过高，可以加快固相反应速度，煅烧时间可以 縮短，但是却提高了生产成本，造成能源浪费，过高的煅烧温度是没有必要的。 因此，实际生产中可根据原料数量和生产时间要求进行恒温温度的选择和恒温 时间的调整。
(3) 在原料用量过多可能引起混合不均匀或者生产设备需要在比较低的温 度下生产时，采取多次煅烧的方法可提高生产效率，多次煅烧方法如下将前 一次煅烧的产品搅拌混匀，再进行煅烧。由于产物粉末细腻不结块，因此容易 混匀， 一般2 — 3次煅烧即可。
图1:水热前驱体90(TC煅烧反应不完全的产物粉末衍射谱图，显示产物主 要是六方相的钡长石，但是己经出现可观的单斜相(用方框圈出的部分为单斜 相的谱图)。
图2:水热前驱体120(TC煅烧反应完全的产物粉末衍射谱图，显示产物为 纯的单斜钡长石。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不仅限于下述实施例。 实施例1
按产物化学组成式分别称取分析纯的碳酸钡(BaC03)、氢氧化铝 (A1(0H)3)、 二氧化硅(Si02) 0.987、 0.780、 0.601克，在去离子水中磁搅拌20分钟左右，所得浑浊液直接转移入不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内套 中，加水到总体积为内套体积的3/4;随后将反应釜密封放于烘箱，由室温升到
260°C，恒温8小时进行水热反应，然后关掉烘箱电源，自动冷却到室温。将反 应釜开盖倒出产物，放置澄清后，倒掉上层清液以縮短干燥时间，然后在干燥 箱中控温7CTC干燥后即得水热前驱体产物。
所得水热前驱体放入30x30规格的氧化铝坩埚中，接着放入马弗炉内，从 室温升到1200'C，恒温8个小时，随后自然冷却到室温，即得最终产物单斜相 钡长石。
实施例2
按产物化学组成式分别称取分析纯的氢氧化钡(Ba (OH) 2)、氢氧化铝 (A1(0H)3)、 二氧化硅(Si02) 0.857、 0.780、 0.601克，在去离子水中磁搅 拌20分钟左右，所得浑浊液直接转移入不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内套 中，加水到总体积为内套体积的3/4;随后将反应釜密封放于烘箱，由室温升到 260°C，恒温8小时，然后关掉烘箱电源，自动冷却到室温。将反应釜开盖倒出 产物，放置澄清后，倒掉上层清液以縮短干燥时间，然后在干燥箱中控温70'C 干燥后即得水热前驱体产物。
所得水热前驱体放入30x30规格的氧化铝坩埚中，接着放入马弗炉内，从 室温升到90(TC，恒温6个小时，随后自然冷却到室温，再重新搅拌粉料，二 次煅烧，90(TC恒温6个小时即得最终产物单斜相钡长石。
实施例3
按产物化学组成式分别称取分析纯的氧化钡(BaO)、氢氧化铝(A1(0H)3)、 二氧化硅(Si02) 0.767、 0.780、 0.601克，在去离子水中磁搅拌20分钟左右，
所得浑浊液直接转移入不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内套中，加水到总体积 为内套体积的3/4;随后将反应釜密封放于烘箱，由室温升到230°C，恒温8 小时，然后关掉烘箱电源，自动冷却到室温。将反应釜开盖倒出产物，放置澄 清后，倒掉上层清液以縮短干燥时间，然后在干燥箱中控温7(TC干燥后即得水 热前驱体产物。
所得水热前驱体放入30x30规格的氧化铝坩埚中，接着放入马弗炉内，从 室温升到120(TC，恒温8个小时，随后自然冷却到室温，即得最终产物单斜相 钡长石。
权利要求
1、单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于以碳酸钡、氢氧化钡或氧化钡，氢氧化铝和二氧化硅为原料按化学式BaAl2Si2O8配比，先用水热反应获取水热前驱体再进行固相煅烧。
2、 按权利要求1所述的单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所 述的水热反应包括下述步骤(1) 原料加水混合均匀转移入反应釜中；(2) 反应釜密封在150 30(TC下反应完全，干燥产物。
3、 按权利要求1所述的单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所 述的固相煅烧条件为锻烧温度为850 1300°C。
4、 按权利要求2所述的单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所 述的反应时间根据原料数量控制，以保证达到充分反应。
5、 按权利要求3所述的单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所 述的反应时间根据原料数量控制，以保证达到充分反应。
全文摘要
本发明涉及单斜相钡长石陶瓷材料的制备方法，属于荧光材料及制备领域。本发明是以碳酸钡、氢氧化钡或氧化钡，氢氧化铝和二氧化硅为原料按化学式BaAl<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>配比，先用水热反应获取水热前驱体再进行固相煅烧。本发明具有节能，经济，简便，产物单一，粉末为超细粉粒等优点，可作为高温结构陶瓷和电子陶瓷以满足宇航、化工、能源等行业的需要，本发明制备的材料也可作为优良发光材料基质用于照明、显示等领域。
文档编号C04B35/195GK101318813SQ20081003979
公开日2008年12月10日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者赵景泰, 陈昊鸿 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所