[发明专利]一种空心陶瓷微球的制备方法

说明书

本发明涉及一种空心陶瓷微球的制备方法，包括提供金属球或金属氧化物球作为核芯；在高温流化床化学气相沉积装置中，在核芯上沉积形成热解碳层；在热解碳层上沉积形成碳化硅层和/或碳化硼层和/或碳化锆层，形成实心陶瓷颗粒；通过激光打孔设备，在实心陶瓷颗粒上开孔得到开孔微球，孔至少贯穿碳化硅层和/或碳化硼层和/或碳化锆层；高温氧化热处理开孔微球，除去其中的热解碳层形成无热解碳层微球；真空浸渍无热解碳层微球，除去其中的核芯形成空心陶瓷微球。根据本发明的空心陶瓷微球的制备方法，工艺简单，所得的空心陶瓷微球的粒径分布均匀、成品率高，适合大规模连续化工业生产。

技术领域

本发明涉及结构材料制备领域，更具体地涉及一种空心陶瓷微球的制备方法。

背景技术

空心结构微球是一种新型无机非金属球形材料，具有轻质、隔热、耐高温等优异特性，可以作为特殊的结构和功能材料，在航天航空、深海探测、激光骤变、储氢、药物诊断等领域具有非常广泛的应用。

然而陶瓷材料易碎，熔点高、极难加工等问题的存在，导致空心陶瓷微球的获取一直没有成熟的工艺方法出现。

虽然目前也发展出了一些空心陶瓷微球的制备方法，但是这些方法工艺繁琐，可重复性差，获得的空心陶瓷微球不致密，且结晶质量差。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的工艺繁琐和可重复性差等问题，本发明旨在提供一种空心陶瓷微球的制备方法。

本发明所述的空心陶瓷微球的制备方法，包括如下步骤：S1，提供金属球或金属氧化物球作为核芯；S2，在高温流化床化学气相沉积装置中，在所述核芯上沉积形成热解碳层；S3，在所述热解碳层上沉积形成碳化硅层和/或碳化硼层和/或碳化锆层，形成实心陶瓷颗粒；S4，通过激光打孔设备，在所述实心陶瓷颗粒上开孔得到开孔微球，该孔至少贯穿碳化硅层和/或碳化硼层和/或碳化锆层；S5，在高温炉内，高温氧化热处理该开孔微球，除去其中的热解碳层形成无热解碳层微球；S6，真空浸渍该无热解碳层微球，除去其中的核芯形成空心陶瓷微球。

所述步骤S1包括利用丙酮、去离子水和乙醇对该金属球或金属氧化物球进行超声波清洗。从而去除表面的油脂等杂质，以防止对高温流化床床体的污染，也可以避免形成球形度差的畸形颗粒。其中，金属球或金属氧化物球为铁球、铜球、锡球、锌球、氧化铁球、氧化铜球等。实际上，只要其在包覆碳化硅层和/或碳化硼层和/或碳化锆层时不熔化变形或可用疏松热解碳层约束其在高温时熔化变形，并在后期酸洗工艺中能去除掉即可。优选地，金属球或金属氧化物球的直径为500μm-2000μm，以便于该直径范围内的颗粒在高温流化床内形成稳定的喷动流型，从而获得厚度、球粒度和粒径等更为均匀的陶瓷包覆层。

所述步骤S2具体为：在氮气气氛下将金属球或金属氧化物球装入高温流化床化学气相沉积装置中，升温，通入乙炔和氩气的混合气，在所述核芯上沉积形成热解碳层疏松热解碳层，继续升温，通入丙烯和氩气的混合气，在疏松热解碳层上沉积形成致密热解碳层。乙炔和氩气的体积比为优选为1:5-1:14，特别优选为1:9。丙烯和氩气的体积比优选为2:3-3:2，特别优选为5:5。在该步骤S2中，高温流化床化学气相沉积装置中的温度需要小于金属核芯的熔点。如若采用铁核芯，沉积温度大约在800-1000℃，此步骤的目的是在高温包覆陶瓷包壳时约束金属球或金属氧化物球核芯熔化变形。

所述步骤S3具体为：向高温流化床化学气相沉积装置通入氢气和三氯甲基硅烷的混合气，得到碳化硅层。沉积温度为1200-1600℃。

所述步骤S3具体为：向高温流化床化学气相沉积装置通入甲烷、氯化硼和氢气的混合气，得到碳化硼层。沉积温度为900-1200℃。

所述步骤S3具体为：向高温流化床化学气相沉积装置通入甲烷、氯化锆和氢气的混合气，得到碳化锆层。沉积温度为900-1400℃。