胶液常温稳定的制备陶瓷微球的内胶凝方法_2

文档序号:8353816阅读:来源:国知局
表面的扫描电子显微镜照片,其中,
[0028]图2A为21*02陶瓷微球的光学显微镜照片,
[0029]图2B为21*02陶瓷微球表面的扫描电子显微镜照片;
[0030]图3显示了根据本发明的一个实施例,ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的光学显微镜照片;以及
[0031]图4显示了根据本发明的一个实施例,Al2O3陶瓷微球的光学显微镜照片。
【具体实施方式】
[0032]下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
[0033]在本发明的一个方面,本发明提供了一种制备陶瓷微球的方法。根据本发明的实施例,参照图1,该方法包括以下步骤:
[0034]SlOO:于室温条件下,将金属盐、六次甲基四胺(HMTA)和尿素(Urea)混合,以便获得胶液。由此,能够快速有效的制备获得胶液。
[0035]根据本发明的实施例,在所述胶液中,所述金属盐的浓度为0.8?1.4摩尔/升,且所述金属盐、所述六次甲基四胺及所述尿素的摩尔比为1: (1.1?1.3): (0.3?0.7)。由此,利用本发明的该胶液组分配比,能够使得内胶凝工艺的胶液能常温下制备和储存。胶液稳定性的改进,不仅使得内胶凝工艺的装置设备得以简化、胶液无需冷却,而且极大的降低了生产成本,有利于内胶凝工艺的大规模应用。如果比例过高或过低,胶液的室温稳定性均不理想。
[0036]需要说明的是,本发明中所使用的术语“室温”是指20?25摄氏度。
[0037]根据本发明的实施例,步骤SlOO可以进一步包括以下步骤:
[0038]SllO:于室温条件下,将所述六次甲基四胺和所述尿素混合,以便获得第一混合溶液。
[0039]根据本发明的实施例,在所述第一混合溶液中,所述六次甲基四胺和所述尿素的浓度不受特别限制,本领域技术人员可以根据最终胶液的要求灵活选择。根据本发明的具体示例,HMTA的摩尔浓度可以为3?3.2mol/L,尿素可以为0.6?1.6mol/L。由此,获得的胶液能够在室温条件下长时间保存,不会发生胶凝固化,稳定性良好,如果浓度过高或过低,效果均不理想。
[0040]S120:于室温条件下,将所述金属盐与浓酸或氨水混合,以便获得第二混合溶液。
[0041]根据本发明的实施例,在步骤S120中,可以预先将金属盐配置成金属盐溶液,然后向金属盐溶液中加入浓酸或氨水调节金属盐溶液的pH。根据本发明的实施例,金属盐溶液的PH不受特别限制,本领域技术人员可以根据胶液需要进行选择。
[0042]根据本发明的实施例,所述浓酸为金属盐阴离子对应的酸,即硝酸盐对应浓硝酸、氯化物对应盐酸。由此,有利于提高胶液的室温稳定性。
[0043]根据本发明的实施例,金属盐溶液的浓度不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些实施例,金属盐溶液中金属离子浓度为1.6?3mol/Lo由此,能够由于其他比例发挥提高胶液在常温下稳定性的功效。
[0044]根据本发明的实施例,所述金属盐为选自锆、铀、钛、铝中的至少一种的金属盐。根据本发明的一些具体示例,所述金属盐可以为硝酸氧锆、氧氯化锆、硝酸铝、四氯化钛以及经硝酸溶解处理得到的硝酸铀酰等。由此,利用本发明的方法适于制备U、Al、T1、Zr等金属的氧化物、碳化物和氮化物陶瓷微球。
[0045]S130:于室温条件下,将所述第一混合溶液和所述第二混合溶液混合,以便获得所述胶液。由此,能够快速有效地制备获得胶液,且操作简单,方便快捷,另外,胶液的配置和储存均可在室温条件下进行,成本大大降低,更易于实现大规模生产。该步骤中获得胶液适于制备金属氧化物类陶瓷微球。
[0046]根据本发明的实施例,步骤⑴还可以进一步包括:
[0047]S140:将选自碳粉和表面活性剂的至少一种加入所述胶液中。由此,可以用于制备金属碳化物、氮化物类陶瓷微球。
[0048]根据本发明的实施例,可以选用的表面活性剂的种类不受特别限制,本领域技术人员可以根据需要获得的陶瓷微球的类型选择相应的表明活性剂。根据本发明的一些实施例,表面活性剂可以为Triton X-100、Tergitol XD等中的至少一种
[0049]根据本发明的实施例,所述碳的加入量可根据金属的碳热还原反应的化学计量比确定,碳粉加入量小于金属碳热还原所需的碳粉量即可。由此,能够有效制备获得金属碳化物陶瓷微球。
[0050]根据本发明的实施例,在所述胶液中,所述金属盐的浓度为0.8?1.4摩尔/升,且所述金属盐、所述六次甲基四胺及所述尿素的摩尔比为1: (1.1?1.3): (0.3?0.7)。由此,胶液的稳定性较好,能够实现在室温下制备和保存,从而,有益于降低生产成本,有利于实现内胶凝工艺制备陶瓷微球的大规模生产,拓展内胶凝工艺的应用领域。
[0051]根据本发明的实施例,所述胶液的pH值为1.3?4.5。由此,胶液室温下的稳定性良好,能够实现内凝胶工艺过程中胶液在室温下配制和储存,从而能够简化内凝胶工艺的设备,降低成本,利于实现内凝胶工艺的大规模生产和拓展内凝胶工艺的应用范围。胶液的pH值过高或过低,胶液的室温稳定性均不理想。
[0052]另外,发明人经过反复试验发现,针对不同的金属离子,使胶液室温稳定性最佳的胶液初始PH值并不相同,根据本发明的一些具体示例,锆离子室温稳定性最佳的胶液初始pH为1.35,而铝离子室温稳定性最佳的胶液初始pH为4.65。
[0053]发明人发现,胶液各组分在胶液制备过程中扮演着重要的角色,各组分的摩尔比对于胶液在室温下的稳定性有很大影响。尿素与六次甲基四胺分解产生的甲醛反应形成尿醛树脂能够为凝胶球提供强度,但是尿素对于六次甲基四胺分解的加速作用也是造成胶液不稳定的一个重要因素,在保证凝胶球强度的前提下适当降低尿素在胶液中的浓度,能够使制备得到的胶液在室温下的稳定时间更长。胶液的初始PH对于最终胶液在常温下的稳定性也具有重要的影响,胶液的初始PH越低,制备得到的胶液在常温下稳定的时间越长,然而初始PH过低,会使胶液分散过程中得到的凝胶球中产生大量的畸形球甚至使胶液不能形成球形。
[0054]根据本发明的实施例,通过本发明对胶液配方进行优化后,获得的胶液在室温条件下能够稳定放置14小时左右,完全能满足大规模生产的需要。
[0055]S200:将所述胶液分散到热硅油中,以便获得凝胶球。
[0056]根据本发明的实施例,所述热娃油的温度为85?90摄氏度。由此,能够在最适合的条件下使得胶液分散形成球形液滴,并迅速胶凝固化成凝胶球,有利于提高制备陶瓷微球的效率。温度过高或过低,效果均不理想。
[0057]根据本发明的实施例,可以将制备好的胶液通过内胶凝工艺的台架被分散到85?90°C的硅油中,在热的硅油中,六次甲基四胺受热分解产生NH4OH使分散得到的球形液滴的PH在短时间内急剧增加,从而使得球形液滴胶凝固化,得到凝胶球。
[0058]S300:将所述凝胶球在硅油中进行陈化处理,以便获得经过陈化的凝胶球。
[0059]根据本发明的实施例,在步骤S300中,将所述凝胶球在所述硅油中进行陈化处理
0.5?I小时。由此,陈化效果较理想,获得的陶瓷微球尺寸均一
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