[发明专利]一种低密度、高强度陶瓷球及其制备方法

说明书

本发明公开一种低密度、高强度陶瓷球及其制备方法。制备方法包括用流化床方法在球形模板表面包覆棒状晶体的前驱体，加热分解前驱体，形成由内表面致密玻璃体层和棒状晶体疏松层而构成的空心陶瓷球，用流化床方法在空心陶瓷球表面包覆一薄层玻璃体前驱体，加热分解玻璃体前驱体，使玻璃体前驱体与空心陶瓷球表面的棒状晶体熔合，在外表面形成一层致密玻璃体层封闭表面空隙，形成由内表面致密玻璃体层、棒状晶体疏松层和外表面致密玻璃体层而构成的低密度、高强度陶瓷球。本发明方法制备的低密度、高强度陶瓷球具有高强度、低视觉密度的特点，使用价格便宜的商业化材料作为原料，制备方法容易工业化生产，产品结构特殊，性能优异。

技术领域

本发明属于新陶瓷材料及其制备技术领域，具体涉及一种低密度、高强度空心陶瓷球及其制备方法。

发明背景

低密度、高强度陶瓷球作为填料用来制备低密度、高强度、耐冲击复合物，作为支撑剂广泛应用于石油和页岩气开采。这些领域的不断发展需要进一步降低陶瓷球的密度，同时保持其强度或进一步提高其强度。常用的降低密度的方法包括将陶瓷球制备成空心球或通过起泡剂在球中引入空穴。这些方法虽然降低了密度，但所得的陶瓷球强度较低，或者表面致密性差，使得陶瓷球在作为填料使用时存在诸多缺陷。

本发明公开一种新的降低陶瓷球密度、同时提高强度的方法。这种方法通过空心和三维棒状晶体网络间的空隙结合降低密度，通过由三维连接的高强度棒状单晶支撑的内致密层和外致密层球壁提高强度。内外致密层由玻璃体同棒状晶体复合而形成。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种低密度、高强度陶瓷球及其制备方法。

所述低密度、高强度陶瓷球为空心球状结构，球壳由两个致密玻璃体层和夹在两个致密玻璃体层之间的棒状晶体疏松层组成。

所述低密度、高强度陶瓷球的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一种空心球模板；

2)用流化床方法在球形模板表面包覆棒状晶体的前驱体：具体步骤包括：a)在流化床反应器中添加一定量的空心球模板，b)加热、通氮气使空心球模板在反应器中流化，c)在恒温条件下，按一定流速注入前驱体悬浮液，将前驱体均匀包覆在空心球模板的表面直到达到预定的厚度；

3)加热分解前驱体，形成由内表面致密玻璃体层和棒状晶体疏松层而构成的空心陶瓷球；

4)用流化床方法在空心陶瓷球表面包覆一薄层玻璃体前驱体，除用空心陶瓷球代替空心球模板外，包覆步骤同步骤2)完全一致；

5)加热分解玻璃体前驱体，使玻璃体前驱体与空心陶瓷球表面的棒状晶体熔合，在外表面形成一层致密玻璃体层封闭表面空隙，形成由内表面致密玻璃体层、棒状晶体疏松层和外表面致密玻璃体层而构成的低密度、高强度陶瓷球。

本发明方法与现有技术相比，具有的优势在于：

(1)本发明方法制备的低密度、高强度陶瓷球是利用棒状晶体支撑的两个致密层球壳的独特结构提高陶瓷球的强度。

(2)本发明的方法利用空心和棒状晶体间的空隙降低陶瓷球的视觉密度。

(3)本发明方法制备的低密度、高强度陶瓷球表面包含一层致密玻璃体层将表面孔隙完全封闭，防止液体进入球体，从而提高球的视密度。

(4)本发明的方法使用价格便宜的商业化材料作为原料，制备方法容易工业化生产，产品结构特殊，性能优异。

附图说明

图1为本发明制备的低密度、高强度陶瓷球的光学显微镜图；

图2为本发明制备的低密度、高强度陶瓷球SEM电镜图；

图3为本发明制备的低密度、高强度陶瓷球的结构示意图，中空结构可以有效降低陶瓷球的视密度；