胶液常温稳定的制备陶瓷微球的内胶凝方法_3

文档序号:8353816阅读:来源:国知局
,球形度好。
[0060]S400:将经过陈化的凝胶球进行洗涤处理,以便获得经过洗涤的凝胶球。由此,能够有效去除凝胶球表面的硅油。
[0061]根据本发明的实施例,步骤S400进一步包括:S410:用三氯乙烯连续洗涤所述经过陈化的凝胶球四次,每次洗涤持续至少20分钟;S420:用0.5mol/L的氨水洗涤步骤S410中得到的凝胶球,至洗涤废液的电导率小于800 μ S/cm ;S430:用去离子水洗涤步骤S420中得到的凝胶球,至洗涤废液的电导率小于20 μ S/cm ;S440:将步骤S430中得到的凝胶球置于含有去离子水的反应釜中,于200°C保温3h,然后冷却;S450:用去离子水洗涤步骤S440中得到的凝胶球,至洗涤废液电导率小于10 μ S/cm ;以及S460:用丙二醇甲醚洗涤步骤S450中得到的凝胶球四次,每次持续至少20分钟。发明人发现,通过上述步骤,能够快速高效地清楚凝胶球表面的硅油和其他杂质,且在洗涤过程中使用反应釜高温高压对凝胶球进行洗涤,并采用丙二醇甲醚快速除去凝胶球中的水分,可以加快后续的干燥过程,并减少凝胶球的开裂现象。
[0062]S500:将所述经过洗涤的凝胶球进行干燥处理,以便获得干燥的凝胶球。
[0063]根据本发明的实施例,在步骤S500中,于60?80摄氏度下进行所述干燥处理至少12小时。由此,干燥效果较好,干燥效率较高,且获得的陶瓷微球不易开裂。
[0064]S600:将所述干燥的凝胶球进行烧结处理,以便获得陶瓷微球。
[0065]根据本发明的实施例,在步骤S600中,于所述干燥的凝胶球的成相温度下进行所述烧结处理,并且在升温过程中分别于所述干燥的凝胶球的吸热峰和放热峰对应的温度保温I?2小时。由此,能够有效获得需要的陶瓷微球,在吸热峰和放热峰对应的温度进行保温,可以避免放热或吸热速度过快,导致陶瓷微球开裂。
[0066]还需要特别说明的是,在烧结过程中,为了避免凝胶球吸热或放热速度过快,升温速率尽可能缓慢,由此,可以避免陶瓷微球开裂。根据本发明的实施例,600°C之前升温速率保持0.50C /min,600°C以后升温速率可以为1°C /min。
[0067]根据本发明的一个具体示例,制备氧化锆陶瓷微球,则烧结温度为氧化锆的成相温度1350摄氏度,并分别在干燥的氧化锆凝胶球TG-DSC曲线对应的吸热/放热峰对应的温度470摄氏度、600摄氏度、800摄氏度和1000摄氏度保温I?2小时。
[0068]发明人发现,利用本发明的该方法,能够实现内胶凝过程胶液在常温下的制备和储存,简化内胶凝过程制备陶瓷微球的装置需求,而且常温下的操作温度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,拓展内胶凝过程的应用领域。而且本发明中涉及到的改进的内胶凝工艺过程可以制备得到如U、Al、T1、Zr等金属的氧化物、碳化物和氮化物陶瓷微球,且得到的陶瓷微球球形度好、尺寸均一。
[0069]实施例1
[0070]2102陶瓷微球的制备:
[0071](I)在室温下配制含有3mol/L的六次甲基四胺(HMTA)和0.7mol/L的尿素(Urea)的混合液;
[0072](2)配置含有1.6mol/L的ZrO (NO3) 2和0.14mol/L的Y (NO 3) 3的混合液,并向混合液中加入浓硝酸使最终氢离子浓度为1.35mol/L ;
[0073](3)将以上两种溶液在室温下静置lh,然后将含HMTA、Urea的溶液加入到含Zr和Y的溶液中,并且充分混合均匀;配制好的胶液在室温下保存Ih后用于胶凝分散。最终获得的胶液中金属离子的浓度约为0.8?1.lmol/L,HMTA与金属离子的摩尔比为1.1?1.3,尿素与金属离子的摩尔比为0.3?0.65,pH值为I?2之间;
[0074](4)使用内胶凝工艺的台架将胶液分散到85?90°C的硅油中,胶液液滴会在表面张力的作用下保持球形;
[0075](5)然后将得到的凝胶球继续在90 °C的硅油中陈化0.5?I小时;
[0076](6)将得到的陈化过的微球分别使用三氯乙烯(TCE)连续洗涤四次,每次洗涤持续至少20分钟,接着小球经0.5mol/L的氨水洗涤直至洗涤产生的废液的电导率小于600 μ S/cm,小球再经去离子水洗涤,直至洗涤得到的废液电导率小于10 μ S/cm,然后将小球置于反应釜中,加入一定量去离子水,在200°C保温3h,冷却后将小球再用去离子水洗涤至废液电导率小于?ο μ S/cm,最后小球经丙二醇甲醚洗涤四次,每次持续至少20分钟;
[0077](7)将洗涤得到的小球在室温下放置lh,然后置于60?80°C的干燥箱中干燥至少12h ;
[0078](8)最后将得到的干球在1350°C烧结2h得到ZrO2的陶瓷微球。烧结过程中升温尽可能的缓慢,并且分别在470°C、600°C、800°C和1000°C处保温I?2小时。
[0079]制备获得的ZrO2陶瓷微球的光学显微镜照片和表面的扫描电子显微镜照片见图2ο由图2的结果可以看出,制备获得的ZrO2陶瓷微球的尺寸均一,球形度好,表面没有开
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[0080]实施例2
[0081]ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的制备
[0082](I)在室温下配制含有3mol/L的六次甲基四胺(HMTA)和0.7mol/L的尿素(Urea)的混合液,
[0083](2)配置含有1.6mol/L的ZrO (NO3) 2和0.14mol/L的Y (NO 3) 3的混合液,并向混合液中加入浓硝酸使最终氢离子浓度为1.35mol/L ;
[0084](3)将以上两种溶液在室温下静置0.5?lh,然后将含HMTA、Urea的溶液加入到含Zr和Y的溶液中,并且充分混合均匀。将碳粉加入到上述混合液中并加入Triton X-100使碳粉在混合液中的分散均匀、稳定。配制好的胶液在室温下保存0.5?Ih后超声分散5min用于胶凝分散。最终获得的胶液中金属离子的浓度约为0.8?1.lmol/L, HMTA与金属离子的摩尔比为1.1?1.3,尿素与金属离子的摩尔比为0.3?0.65,碳粉与锆离子的摩尔比为0.3?3,pH值为I?2之间;
[0085](4)使用内胶凝工艺的台架将胶液分散到85?90°C的硅油中,胶液液滴会在表面张力的作用下保持球形并在热的硅油中形成凝胶球;
[0086](5)然后将得到的凝胶球继续在90 °C的硅油中陈化0.5?I小时;
[0087](6)将得到的陈化过的微球分别使用三氯乙烯(TCE)连续洗涤四次,每次洗涤持续至少20分钟,接着小球经0.5mol/L的氨水洗涤直至洗涤产生的废液的电导率小于800 μ S/cm,小球再经去离子水洗涤,直至洗涤得到的废液电导率小于20 μ S/cm,然后将小球置于反应釜中,加入一定量去离子水,在200°C保温3h,冷却后将小球再用去离子水洗涤至废液电导率小于20 μ S/cm,最后小球经丙二醇甲醚洗涤四次,每次持续至少20分钟;
[0088](7)将洗涤得到的小球在室温下放置lh,然后置于60?80°C的干燥箱中干燥至少12h ;
[0089](8)最后将得到的干球在氩气气氛下于1550°C烧结4h得到ZrC-ZrOj^复合陶瓷微球。烧结过程中升温尽可能的缓慢,并且分别在190°C、320°C、470°C、600°C、800°C和1000°C处
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