一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法的製作方法

2023-09-19 13:37:30 1

專利名稱：一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微晶玻璃粉末的合成方法，具體涉及一種鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的合成方法。
背景技術：
鋰鋁矽系微晶玻璃具有極低的熱膨脹係數、優異的抗熱震性能和較高的機械性能，它在烹調灶面板、大型天文望遠鏡鏡坯、雷射管的腔體等方面具有廣泛的應用價值。傳統的固相反應法製備的鋰鋁矽粉體粒度較大、粒徑分布較寬、煅燒溫度高，而且原料以自然堆積方式進行反應，效率較低而且易使揮發組分散失。多組分體系材料的製備方法中最常用的是醇鹽溶膠-凝膠法和硝酸鹽溶膠-凝膠法，這兩種方法對原料的選擇都有一定的要求。劉智恩等人以無機鹽代替醇鹽採用硝酸鹽溶膠-凝膠法製備鋰鋁矽微粉，該方法製得的微粉的粒徑較大，反應時間較長，而且溶液產生沉澱，導致相分離，致使產物組分不均勻。上世紀九十年代中後期，N.NGhosh等人採用單元羧酸作為絡合劑將金屬離子螯合成絡合物，使之成為可溶性產物，然後經過絡合物型溶膠過程形成凝膠，此法雖然解決了無機聚合物型溶膠-凝膠法的不足，但是製備時間太長。

發明內容
本發明為了解決現有技術存在的粒徑較大、反應時間長的缺點，研製了一種鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉體的高分子網絡凝膠法。本發明按如下步驟進行製備a、將TEOS溶於水中，用硝酸調節pH＝2～3，攪拌30～60分鐘，使TEOS預水解；b、分別將含鋰化合物和含鋁化合物溶解於稀硝酸中；c、待TEOS溶液透明後，將上述a步驟和b步驟得到的溶液以化學計量比為Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶(1～4)的比例混合均勻；d、向混合液中加入有機單體和交聯劑；e、升溫至70～100℃，然後加入引發劑，攪拌均勻，5～30分鐘後溶液開始凝膠，得到溼凝膠塊；f、將溼凝膠塊在120℃下乾燥12小時或在微波爐中用高火加熱15～30分鐘除去水分，得到幹凝膠塊；g、將幹凝膠塊在研缽中研磨後，置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫1～2小時，得到晶粒大小為30～50nm的鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。本發明對原料的要求簡單，可以避免使用昂貴的醇鹽，降低了成本；此法合成速度快，克服了傳統溶膠-凝膠法反應時間長的缺點；在高分子網絡凝膠法中，有機單體聚合形成的高分子膠束具有三維網絡結構，能夠把原料粒子緊緊包裹在其中，使其位置保持相對固定，提高了原料的反應效率，降低了揮發組分的散失，減小了團聚的產生，可製得高純的粉體，有利於排除雜相的幹擾，它具有成本低、合成速度快、純度高和粒徑小的優點。
具體實施例方式
一本實施方式按如下步驟進行製備a、將TEOS溶於水中，用硝酸調節pH＝2～3，攪拌30～60分鐘，使TEOS預水解；b、分別將含鋰化合物和含鋁化合物溶解於稀硝酸中；c、待TEOS溶液透明後，將上述a步驟和b步驟得到的溶液以化學計量比為Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶(1～4)的比例混合均勻；d、向混合液中加入有機單體和交聯劑；e、升溫至70～100℃，然後加入引發劑，攪拌均勻，5～30分鐘後溶液開始凝膠，得到溼凝膠塊；f、將溼凝膠塊在120℃下乾燥12小時或在微波爐中用高火加熱15～30分鐘除去水分，得到幹凝膠塊；g、將幹凝膠塊在研缽中研磨後，置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫1～2小時，得到晶粒大小為30～50nm的鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。所述的含鋰化合物為氧化鋰或含鋰的無機鹽；含鋁化合物為氧化鋁或含鋁的無機鹽；有機單體為丙烯醯胺或者甲基丙烯醯胺；交聯劑為N，N′-亞甲基雙丙烯醯胺或乙二醇二甲基丙烯酸；有機單體的加入量為原料總重量的5～10％；有機單體與交聯劑的重量比為(3～30)∶1；引發劑為過硫酸胺、偶氮二異丁腈或四甲基乙二胺；引發劑的加入量為有機單體重量的0.1～0.5％；引發劑的重量濃度為5～20％。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是f和g兩步驟，即直接將溼凝膠塊置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫1～2小時，得到幹凝膠塊，將幹凝膠塊在研缽中研磨後，得到晶粒大小為30～50nm的鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。其他製備步驟和工藝參數同具體實施方式
一。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一、二不同的是，在c步驟中的混合溶液中還增加了硝酸鋯溶液，硝酸鋯溶液的加入量為反應物總重量的0.1～4％。其他製備步驟和工藝參數同具體實施方式
一、二。硝酸鋯溶液的加入可以降低鋰鋁矽系微晶玻璃的析晶溫度，並且可以延緩β-石英固溶體向β-鋰輝石固溶體的轉變。
具體實施例方式
四本實施方式按如下步驟進行製備a、將TEOS溶解於蒸餾水中，用硝酸調節pH＝2～3，攪拌30～60分鐘，使TEOS預水解；b、將碳酸鋰溶解在硝酸中，製成硝酸鋰溶液；c、待TEOS溶液透明後，將其與Al(NO3)3·9H2O和硝酸鋰溶液以化學計量比為Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶2的配比混合，在電磁攪拌下使溶液混合均勻；d、向混合液中加入重量為原料總重量8％的丙烯醯胺和重量為原料總重量3％的N，N′-亞甲基雙丙烯醯胺，用硝酸調節pH＝1～2，均勻攪拌；e、升溫至70℃，然後加入重量為丙烯醯胺重量的0.1～0.5％、重量濃度為5～20％的過硫酸胺水溶液，5分鐘後溶液凝膠，得到溼凝膠塊；f、將得到的溼凝膠塊迅速放入聚四氟乙烯塑料杯中，置於微波爐中用高火加熱15分鐘，得到幹凝膠；g、將幹凝膠塊放入研缽中研磨，製得幹凝膠粉，將製得的幹凝膠粉置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫2小時，得到晶粒大小為30～50nm的鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。
權利要求
1.一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於本發明按如下步驟進行製備a、將TEOS溶於水中，用硝酸調節pH＝2～3，攪拌30～60分鐘，使TEOS預水解；b、分別將含鋰化合物和含鋁化合物溶解於稀硝酸中；c、待TEOS溶液透明後，將上述a步驟和b步驟得到的溶液以化學計量比為Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶(1～4)的比例混合均勻；d、向混合液中加入有機單體和交聯劑；e、升溫至70～100℃，然後加入引發劑，攪拌均勻，5～30分鐘後溶液開始凝膠，得到溼凝膠塊；f、將溼凝膠塊在120℃下乾燥12小時或在微波爐中用高火加熱15～30分鐘除去水分，得到幹凝膠塊；g、將幹凝膠塊在研缽中研磨後，置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫1～2小時，得到晶粒大小為30～50nm的鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。
2.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於a步驟和b步驟得到的溶液優選以化學計量比為Li+∶Al3+∶Si4+＝1∶1∶2的比例混合。
3.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於含鋰化合物為氧化鋰或含鋰的無機鹽；含鋁化合物為氧化鋁或含鋁的無機鹽。
4.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於有機單體為丙烯醯胺或者甲基丙烯醯胺；交聯劑為N，N′-亞甲基雙丙烯醯胺或乙二醇二甲基丙烯酸。
5.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於有機單體的加入量為原料總重量的5～10％；有機單體與交聯劑的重量比為(3～30)∶1。
6.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於引發劑為過硫酸胺、偶氮二異丁腈或四甲基乙二胺。
7.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於引發劑的加入量為有機單體重量的0.1～0.5％。
8.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於引發劑的重量濃度為5～20％。
9.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於f和g兩步驟為直接將溼凝膠塊置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫1～2小時，得到幹凝膠塊，將幹凝膠塊在研缽中研磨後，得到晶粒大小為30～50nm的鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。
10.根據權利要求1所述的一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，其特徵在於在c步驟中的混合溶液中還增加了硝酸鋯溶液，硝酸鋯溶液的加入量為反應物總重量的0.1～4％。
全文摘要
一種製備鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末的高分子網絡凝膠法，涉及一種微晶玻璃粉末的合成方法。本發明按如下步驟進行製備a.將TEOS溶於水中，用硝酸調節pH＝2～3；b.分別將含鋰化合物和含鋁化合物溶解於稀硝酸中；c.待TEOS溶液透明後，將上述a步驟和b步驟得到的溶液混合均勻；d.向混合液中加入有機單體和交聯劑；e.升溫至70～100℃，然後加入引發劑，攪拌均勻，5～30分鐘後得到溼凝膠塊；f.將溼凝膠塊在120℃下乾燥12小時或在微波爐中用高火加熱15～30分鐘，得到幹凝膠塊；g.將幹凝膠塊在研缽中研磨後，置於煅燒爐中加熱到600～1200℃，保溫1～2小時，得到鋰鋁矽系微晶玻璃超細粉末。它具有成本低、合成速度快、純度高和粒徑小的優點。
文檔編號C03C3/062GK1559943SQ20041001356
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月18日 優先權日2004年2月18日
發明者吳松全, 王福平, 何利娜 申請人:哈爾濱工業大學