[发明专利]一种非水解溶胶-凝胶工艺制备硅酸锆晶须的方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种非水解溶胶-凝胶工艺制备硅酸锆晶须的方法。

背景技术

硅酸锆不但具有熔点高(2500℃) 、热导率低(室温下为5.1 W/m·℃，1000℃为3.5W/m℃)和热膨胀小（膨胀系数α在25～1400℃为4.1×10-6/℃）等优点，而且还具有化学及相稳定性好、抗氧化能力强等优异性能。硅酸锆的机械强度在1400℃下也不衰减，具有比莫来石和氧化铝更好的抗热震性，其临界热震温差ΔTc为280℃，远高于莫来石的200℃和氧化铝的150℃，因此特别适合于在高温以及温度急剧变化的恶劣环境下使用。晶须是一种纤维状的单晶体，横断面近乎一致，内外结构高度完整，长径比为5～1000，直径在20 nm～100 μm之间。一般情况下，晶须直径多在1～10 μm的范围之内。由于晶须直径非常小，原子排列高度有序，以至于很难容纳大晶体中常见的缺陷（空位、孪晶或晶界等），晶须的强度接近固态物质的理论内聚强度，因此晶须材料具有很高的机械强度。将硅酸锆制备成晶须，其突出的力学和热学性能就可以充分发挥作用，硅酸锆晶须可望成为一种新型耐高温、抗热震、高温强度高、化学稳定性好的复合材料增强体。然而，迄今为止，国内外仍未见有关制备硅酸锆晶须的任何报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、原料成本较低、合成率高、合成温度低的硅酸锆晶须制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种非水解溶胶-凝胶工艺制备硅酸锆晶须的方法，其特征在于包括如下步骤：

在通风橱中，量取所需的无水硅源放入锥形瓶内，加入适量矿化剂与无水硅源搅拌得到两者的混合液，将无水锆源加入锥形瓶中，110℃搅拌均匀，再加入溶剂继续搅拌获得透明的硅酸锆溶胶；溶胶经110℃油浴加热24h进行非水解缩聚反应，然后置于烘箱中干燥、预烧，形成硅酸锆干凝胶粉；将硅酸锆干凝胶研磨粉碎、过筛，压制成片，通过内置或外置方式引入气相催化剂，最后在保护气氛下密闭热处理得到硅酸锆晶须。

所述的无水硅源为无水四氯化硅、无水硅酸甲酯、无水正硅酸乙酯中的一种；所述无水锆源为无水氯化锆、无水醋酸锆、无水乙醇锆、无水异丙醇锆中的一种；所述溶剂为乙醇、正丁醇、异丙醇、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种；所述矿化剂包括金属氯化物和金属氟化物。

所述金属氯化物为氯化锂、氯化钠、氯化钙中的一种；金属氟化物为氟化钠、氟化钙、氟化镁、氟化锂、氟化钾其中的一种。

所述无水硅源、无水锆源、矿化剂以及溶剂的摩尔比为：30 : (25～30) : (6～12) : (90～1160)。

所述干燥温度为60～120 ℃；所述预烧温度为300℃～600℃，保温20～60min；所述成型压力为1～6 Mpa。

所述气相催化剂包括金属氟化物、氟硅酸盐、氟锆酸盐，其用量为5～15 wt%。

所述金属氟化物为氟化锆；氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸镁、氟硅酸钡中的一种；氟锆酸盐为氟锆酸铵、氟锆酸钠，氟锆酸钾中的一种。

所述气相催化剂的引入方式优选为外置。

所述保护气氛为氩气、氮气、氦气中的一种。

所述热处理制度为在350 ℃之前升温速率为4 ℃/min，然后以5 ℃/min升至750 ℃～1100 ℃，保温1～3 h。

本发明的创新之处在于在国内外首次采用全新的非水解溶胶-凝胶技术在750~1100℃的温度下即可合成出直径为0.2～1μm，长径比达15～30的硅酸锆晶须，并且具有工艺简单、合成温度低，原料廉价易得等突出优点，因此具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明非水解溶胶-凝胶工艺制备硅酸锆晶须的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1