[发明专利]一种碳化锆陶瓷空心微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化锆陶瓷空心微球及其制备方法。一种碳化锆陶瓷空心微球的制备方法，包括下列步骤：将含有聚锆氧烷、酚醛树脂和溶剂的前驱体溶液喷雾干燥，得到前驱体空心微球；将所述空心微球依次排胶碳化、烧结，得到碳化锆陶瓷空心微球。本发明以聚锆氧烷、酚醛树脂为原料，采用喷雾干燥法，不涉及高压条件，且工艺简单，既解决了现有技术不容易工业化大规模生产的问题，也解决了现有陶瓷空心微球耐温性低的问题。

技术领域

本发明涉及空心微球领域，特别涉及一种碳化锆陶瓷空心微球及其制备方法。

背景技术

空心微球是一种具有球形中空结构的轻质颗粒粉体材料，具有绝热、隔音、高强度、耐腐蚀、化学稳定、分散性优良等特点。近年来它广泛应用于填充材料领域，例如：涂层材料中的填充物；海洋开发研究的深水技术浮力材料；航天航空和船舶技术设计中的轻质化结构材料填充剂等。

目前空心玻璃微球在这些领域中得到了广泛的应用，它在化学成分上主要由硅酸盐玻璃体系组成，通常优先采用的是含若干氧化物添加物的碱金属或碱土金属硼硅酸盐组成体系。在众多的空心玻璃微球制造专利技术中，已应用于工业化生产空心玻璃微球的制造技术目前主要是美国3M公司采用的固相玻璃粉末法和美国PQ公司采用的液相雾化法以及中科院理化所采用的软化学法。

3M公司固相玻璃粉末法的主要路线是：先将硅源、硼源及碱金属盐加发泡剂高温熔融，然后水淬，研磨粉碎，过筛分级得粗产品，再经高温发泡形成空心玻璃微球，所需高温为1200-1600℃。3M公司在美国申请了很多专利(如US3129086、US3230064、US 3365315、US4391646)，这些专利文件对其进行了详细描述，同时在中国申请了发明专利CN101068753A，此工艺的缺陷是工序复杂，能源消耗高。PQ公司液相雾化法的主要路线是：先将硅源和硼源混合形成均匀水溶液，然后喷雾干燥形成前驱体空心微球，最后将此微球在较低温度下烧结形成硼硅酸钠空心玻璃微球。美国专利US 5534348对此工艺进行了详细描述，此工艺的缺陷是：制备的空心微球碱性大，强度低，易吸水，团聚。中科院理化所软化学法的主要路线是：先将硅源、硼源、稳定剂、发泡剂、溶剂等混合研磨制备得到稳定浆料，再将此浆料进行喷雾干燥，筛分得到多孔的类球形前驱体微球，最后将此微球在600～1100℃烧结得到空心玻璃微球。中国专利CN105271784A对此工艺进行了详细描述，此工艺的缺陷同样是工艺复杂，且很难保证原料在浆料中的均匀分布。

以上广泛应用的空心玻璃微球耐温等级较低，软化点较低，应用范围有限。

为解决以上问题，研究人员将目光转向了陶瓷，将陶瓷做成空心结构得到的微球具有更高的耐温等级。中国专利申请CN102923771A利用锆酸正丁酯作为锆源，冰醋酸做络合剂，乙醇为溶剂，采用溶剂热法制备了粒径在4～6μm的氧化锆空心微球，但此方法需要高温高压的反应条件；反应过程复杂，微球形貌难以调控。专利申请CN101585708A以硝酸铝为铝源，葡萄糖炭化后微球作为模板，水热法制备得到氧化铝溶胶包裹碳模板的复合微球，将微球高温烧结后得到刚玉空心微球，其缺点在于工艺比较复杂，无法大规模制备。

可见，目前陶瓷空心微球的制备工艺存在因工艺条件苛刻或工艺过于复杂导致不容易工业化大规模生产的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化锆陶瓷空心微球的制备方法，该方法以聚锆氧烷、酚醛树脂为原料，采用喷雾干燥法，不涉及高压条件，且工艺简单，既解决了现有技术不容易工业化大规模生产的问题，也解决了现有陶瓷空心微球耐温性低的问题。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种碳化锆陶瓷空心微球的制备方法，包括下列步骤：

将含有聚锆氧烷、酚醛树脂和溶剂的前驱体溶液喷雾干燥，得到前驱体空心微球；

将所述空心微球依次排胶碳化、烧结，得到碳化锆陶瓷空心微球；