[发明专利]一种三元锂陶瓷微球的聚合成型制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种三元锂陶瓷微球的聚合成型制备方法。

背景技术

氚增殖剂利用堆芯D-T反应产生的中子(1)和增殖包层内的含锂材料反应产生氚而实现氚增殖。一般说来，天然的锂陶瓷中含有两种锂的同位素⁶Li和⁷Li，混合堆中需要的燃料氚增殖一般是通过(2)中⁶Li(n，α)T反应来实现。

D+T→n+⁴He+17.6MeV          (1)

n+⁶Li→T+⁴He+4.78MeV        (2)

n+⁷Li→T+⁴He+n′-2.82MeV    (3)

为了实现燃料循环，聚变堆或混合堆中必须做到氚的“自持”，为此，需要在混合堆包层中加入含锂的氚增殖剂。固体产氚陶瓷微球材料具有使用方便，热性能和机械性能良好，和结构材料、中子倍增剂相容性好，抗辐照能力强等特点。且锂陶瓷微球具有装卸方便，剩余锂容易回收等，国际热核聚变反应堆(ITER)的产氚实验包层设计中，如中国、日本和欧洲等基本都选用锂陶瓷微球作为其增殖剂，在中国的TBM产氚包层中首选Li₄SiO₄作为其氚增殖剂，而Li₂TiO₃作为其另外的一种候选材料。关于锂陶瓷微球的制备，已有各种不同的制备方法。如中物院核物理与化学研究所曾开发了“行星式滚动法”制备1-5mm的γ-LiAlO₂和Li₂ZrO₃陶瓷小球，德国FZK公司开发的熔融喷雾法方法制备直径为1mm左右的Li₄SiO₄陶瓷微球，日本原子力研究所的K.Tsuchuiya等人开发了溶胶-凝胶直接湿法制备直径1mm～2mm、密度85％左右Li₂TiO₃陶瓷微球的制备方法。由于不同制备方法生产的陶瓷微球的内部结构及晶粒结构不相同，微球产氚性能也不相同。

现有的陶瓷微球制备方法大多需要预先制备三元锂化合物的陶瓷粉体，然后再生成陶瓷微球，陶瓷微球的球形度不好，内部孔道结构不够丰富，微球粒径不易控制，粒径分散性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三元锂陶瓷微球的聚合成型制备方法。

一种三元锂陶瓷微球的聚合成型制备方法，包括以下步骤：

①.将所需的亲水性高分子单体、交联剂及高分子稳定剂溶解于溶剂中，配制成溶液，其中亲水性高分子单体为溶液总量的5％～20％，交联剂用量为高分子单体总量的十分之一，高分子稳定剂占溶液总量的2％～10％，溶剂占溶液总量的68％～92.5％；

②.将制备三元锂陶瓷微球的固体原料加入到上述步骤①的溶液中，为避免混合物在研磨过程中产生大量气泡，加入消泡剂，在行星式研磨机上研磨2小时～6小时，得到稳定、混合均匀的悬浊液浆料；

③.向上述步骤②得到的悬浊液浆料中加入引发剂和催化剂，充分搅拌，然后转至喷嘴和压力大小可调节的容器中；

④.打开容器喷嘴，使悬浊液浆料滴入细长管道中，经过细长管道再进入收集器中，细长管道和收集器固定连接，细长管道和收集器中装有热的疏水性介质，收集器置于加热器上；悬浊液浆料在热的疏水性介质中先形成微球液滴，液滴内部再发生聚合反应，发生聚合反应后的液滴最后下落至收集器中，形成具有一定强度的微球前驱体；

⑤.用有机溶剂清洗微球前驱体并烘干，然后转移至高温烧结炉中，采用程序升温将微球前驱体焙烧成微球坯体，再进行煅烧和烧结，在一定温度梯度下冷却至室温，制得三元锂陶瓷微球。

所述的三元锂陶瓷微球的主要成分为正硅酸锂、硅酸锂、钛酸锂、锆酸锂、偏铝酸锂、钽酸锂中的一种，其通式为Li_XM_YO_Z。x、y、z分别为1-4的正整数，M为Ti、Si、Zr、Ta、Al中的一种。

所述步骤①中的亲水性高分子单体为丙烯酰胺，交联剂为亚甲基双丙烯酰胺，高分子稳定剂为聚丙烯酰胺，溶剂为水。

所述步骤②中的固体原料为制备三元锂化合物的反应原料混合物，消泡剂为异辛醇或脂肪酸。