專利名稱：光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體及生產(chǎn)工藝的制作方法
光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體及生產(chǎn)工藝 [技術(shù)領(lǐng)域]
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種水熱法制備光纖插芯、光 纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體及生產(chǎn)工藝。 [背景技術(shù)]
釔鋯復(fù)合陶瓷粉體，添加氧化釔(含量為3mol 5mo1)的氧化鋯具有普通 陶瓷材料所沒有的韌性和抗熱震性能。其廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷，如閥門、活塞、 注塞等。目前為止國內(nèi)的企業(yè)均采用共沉淀法生產(chǎn)，例如廣東東方鋯業(yè)、江西 泛美亞集團(tuán)、河南焦作維納化工。這種方法制備出的產(chǎn)品有結(jié)晶程度不高、粒 徑過大、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等缺點。這些缺點大大制約了制備出的結(jié)構(gòu)件和功能 陶瓷的性能，因此，國內(nèi)生產(chǎn)的粉體只能用在簡單的結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，而象光纖插 芯、光纖套管等高性能陶瓷產(chǎn)品用粉體均需依賴國外進(jìn)口。(多為日本東曹公司 T0S0H)本發(fā)明所采用的水熱法恰恰解決了這些問題。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)
Erika Furlani， Eleonora Aneggi， Stefano Maschio等人在《Journal of the European Ceramic Society》(歐洲陶瓷學(xué)報)JECS-7335; No. of Pages 5 發(fā)表了題為《Effects of milling on co-precipitated 3Y-PSZ powders》(球 磨對共沉淀法制備3mol氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體的影響) 一文，文中提到用共沉 淀法來制備"釔鋯陶瓷粉體"，其粉體粒子大小在10微米左右，并未達(dá)到納米級， 因此其SEM照片中出現(xiàn)了相當(dāng)嚴(yán)重的團(tuán)聚。
單水維、安勝利等在《陶瓷學(xué)報》2008年3月第29巻第1期發(fā)表了《摻雜量 變化對Zr02(Y203)陶瓷導(dǎo)熱性能的影響》，文中提到采用共沉淀法來制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體，其粒徑在2.5-3微米之間，并未達(dá)到納米級，因此其在許多 方面的應(yīng)用是有限的；中國專利CN1389405 (
公開日期2003.01.08)中描述了 用煅燒法制備氧化鋯陶瓷粉體，這種方法容易造成團(tuán)聚，粒徑也偏大，而且有 大量氯化氫氣體排除，對環(huán)境有很大污染。 [發(fā)明內(nèi)容]
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖插芯、光纖套管用 釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體及生產(chǎn)工藝。本發(fā)明生產(chǎn)方法簡單，成本低，易實現(xiàn)產(chǎn) 業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明的釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體具有韌性好，易燒結(jié)的特性；本發(fā) 明的釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體幾乎無晶體缺陷。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體，組分及摩爾百分比含量為氧化 紀(jì)5% 8%，氧化鋯92% 95%。
所述釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的顆粒粒徑為20納米 30納米，呈致密的球形 結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所涉及的釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的制備方法，包括如下步驟
步驟一，在聚丙烯材質(zhì)的計量罐中將氧氯化鋯溶解于水中，然后加熱到60 。C 80'C，隨后加入氧化釔；
步驟二，在另一個聚丙烯材質(zhì)的計量罐的塑料罐中溶解碳酸氫銨，攪拌， 直到碳酸氫銨完全溶解。
步驟三，將步驟一和步驟二中的溶液分別通過2根不同的塑料管道加入到 壓力反應(yīng)釜中，設(shè)計壓力為6.5Mpa，設(shè)計溫度為300'C，再加入丙烯酸酯；
步驟四，反應(yīng)完成后取出粉體，通過高速離心機(jī)，以轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分鐘， 反復(fù)洗滌3-5次，直到用lmol硝酸銀溶液檢測，無氯離子為止。步驟五，將步驟四中的膠體糊狀物通過隔膜泵打入噴霧千燥設(shè)備中，進(jìn)行 干燥，直到將粉體中水分完全烘干。
步驟六，將烘干的粉體，即稱為原粉，在氣流粉碎機(jī)中粉碎一遍。
步驟七，將粉碎后的原粉放入推板式窯爐中進(jìn)行培燒，最高溫度為30ox:，
并停留2-3小時。
步驟八，將培燒后的粉體以l: l的混合比例與純水混合，并加入分散劑聚
乙二醇20000。用高速球磨機(jī)進(jìn)行球磨2-3小時。
步驟九，將球磨后的漿料送入噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，進(jìn)口溫度在200-250 C之間，出料口溫度在100-150'C之間。
步驟一中，所述氧氯化鋯溶液的pH值為0.24 1。
步驟二中，所述碳酸氫銨溶液具體為，溶液中碳酸氫鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 7%，余量為水。
步驟三中，所述丙烯酸酯，其加入量為步驟一中氧氯化鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的 0. 2% 0. 5%。
步驟三中，所述反應(yīng)具體為，溫度20(TC 24(TC，時間8 10小時，壓力 8Mpa 10Mpa。
步驟八中，所述分散劑聚乙二醇20000質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為粉體的0. 5%。 本發(fā)明中，所述的碳酸氫銨在水熱的環(huán)境下會釋放出OH—離子，再加上純水 中釋放出的羥基，與氧氯化鋯中的鋯離子形成Zr(0H)4、與釔離子形成Y(OH)3， 并不可逆；隨后再次自發(fā)的分解為Zr4+和Y3+并與水中濃度很大的02—相結(jié)合，最 后形成離子鍵的納米氧化釔氧化鋯復(fù)合粉體。此過程均為自發(fā)并不可逆，無須 人工監(jiān)控，也無須先制備前驅(qū)體，再進(jìn)行水熱合成。
本發(fā)明具有如下的有益效果其陶瓷粉體顆粒粒徑為20納米 30納米，具有韌性好，幾乎無晶體缺陷，易燒結(jié)的特性；其陶瓷粉體經(jīng)過噴物造粒后可形 成形狀為球形或近球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部各組份之間結(jié)合緊密，流動性好，具有良好 的輸送特性，可直接應(yīng)用于注塑成型光纖插芯和光纖套管，該制備方法簡單， 成本低，易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 [具體實施方式
]
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)對本專業(yè)的人 來說是容易實施的。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了 詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。下列實施 例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議 的條件。
實施例
選用太倉豐億化工防腐設(shè)備有限公司生產(chǎn)的聚丙烯高位計量罐，規(guī)格為 150L。將總重量為10kg的ZrOCl2.8H20和YA按摩爾比為95: 5，溶于100L純水
中；
在另一個太倉豐億化工防腐設(shè)備有限公司生產(chǎn)的規(guī)格為250L的聚丙烯高位 計量罐中，加入200L質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，既10kg的固體碳酸氫銨，攪拌，直到 碳酸氫銨完全溶解。
將上述兩種溶液同時加入到威海自控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的規(guī)格為WHF,容量 為5000L的高壓反應(yīng)釜中(設(shè)計壓力為6.5Mpa，設(shè)計溫度為300°C)，再加入丙 烯酸酯0.02Kg;在23(TC， 4Mpa的條件下反應(yīng)6小時。
反應(yīng)結(jié)束后，將漿料送入上海浦得離心機(jī)有限公司的PY30型離心機(jī)中反復(fù) 洗滌3遍。轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分鐘，時間為30分鐘。
將洗滌后的漿料用美國英格索蘭公司生產(chǎn)的ARO型氣動隔膜泵打入無錫現(xiàn)代干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的XD50型噴霧干燥設(shè)備進(jìn)行烘干。
將烘干后的粉體送入昆山密友集團(tuán)生產(chǎn)的QYF-150型氣流粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎。
將粉碎后的粉體放入宜興市前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KTF140型推板爐 中進(jìn)行培燒，最高溫度為30(TC，保溫2小時。
將培燒后的粉體以1: l的混合比例與純水混合，并加入0.015kg分散劑聚 乙二醇20000 。用無錫市新光粉體設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SX系列高速球磨機(jī)進(jìn)行 球磨2小時。
將球磨后的漿料用美國英格索蘭公司生產(chǎn)的ARO型氣動隔膜泵打入無錫市 東升噴霧干燥造粒機(jī)械設(shè)備廠生產(chǎn)的DS30型噴霧造粒設(shè)備進(jìn)行造粒。進(jìn)料口溫 度為230'C，出料口溫度在15(TC。
本實施例得到的納米陶瓷粉體粒徑在20 30nm之間。
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權(quán)利要求
1、一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體，其特征在于其組分及摩爾百分比含量為氧化釔5％～8％，氧化鋯92％～95％；釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的顆粒粒徑為20納米～30納米，呈致密的球形結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括如下工藝步驟步驟一，在聚丙烯材質(zhì)的計量罐中將氧氯化鋯溶解于水中，然后加熱到60 °C 80°C，隨后加入氧化釔；步驟二，在另一個聚丙烯材質(zhì)的計量罐的塑料罐中溶解碳酸氫銨，攪拌， 直到碳酸氫銨完全溶解；步驟三，將步驟一和步驟二中的溶液分別通過2根不同管道加入到壓力反 應(yīng)釜中，設(shè)計壓力為6.5Mpa，設(shè)計溫度為3(KTC，再加入丙烯酸酯；步驟四，反應(yīng)完成后取出粉體，通過高速離心機(jī)，以轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分鐘， 反復(fù)洗滌3-5次，直到用lmol硝酸銀溶液檢測，無氯離子為止；步驟五，將步驟四中的膠體糊狀物通過隔膜泵打入噴霧干燥設(shè)備中，進(jìn)行 干燥，直到將粉體中水分完全烘干；歩驟六，將烘干的粉體在氣流粉碎機(jī)中粉碎；步驟七，將粉碎后的原粉放入推板式窯爐中進(jìn)行培燒，最高溫度為30(TC， 并停留2-3小時；步驟八，將培燒后的粉體以1: 1的混合比例與純水混合，并加入分散劑聚 乙二醇20000,用高速球磨機(jī)進(jìn)行球磨2-3小時；步驟九，將球磨后的漿料送入噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，進(jìn)口溫度在200-250 。C之間，出料口溫度在100-15(TC之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟一中，所述氧氯化鋯溶液的pH值為0.24 1。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的 生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟二中，所述碳酸氫銨溶液具體為，溶液中碳酸氫鉀 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 7%,余量為水。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的 生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟三中，所述丙烯酸酯，其加入量為步驟一中氧氯化 鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的0. 2% 0. 5%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的 生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟三中，所述反應(yīng)具體為，溫度200°C 240°C,時間 8 10小時，壓力8Mpa 10Mpa。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的 生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟八中，所述分散劑聚乙二醇20000質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為粉 體的0. 5%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體的 生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的碳酸氫銨在水熱的環(huán)境下會釋放出OIT離子，再加 上純水中釋放出的羥基，與氧氯化鋯中的鋯離子形成Zr(0H)4、與釔離子形成 Y(0H)3;隨后再次自發(fā)的分解為Zr"和Y3+并與水中濃度很大的02—相結(jié)合，最后 形成離子鍵的納米氧化釔氧化鋯復(fù)合粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種水熱法制備光纖插芯、光纖套管用釔鋯復(fù)合納米陶瓷粉體及生產(chǎn)工藝，其特征在于碳酸氫銨在水熱的環(huán)境下會釋放出OH^-離子，再加上純水中釋放出的羥基，與氧氯化鋯中的鋯離子形成Zr(OH)₄、與釔離子形成Y(OH)₃，并不可逆；隨后再次自發(fā)的分解為Zr⁴⁺和Y³⁺并與水中濃度很大的O^2-相結(jié)合，最后形成離子鍵的納米氧化釔氧化鋯復(fù)合粉體。此過程均為自發(fā)并不可逆，無須人工監(jiān)控，也無須先制備前驅(qū)體，再進(jìn)行水熱合成。陶瓷粉體經(jīng)過噴物造粒后可形成形狀為球形或近球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部各組份之間結(jié)合緊密，流動性好，具有良好的輸送特性，可直接應(yīng)用于注塑成型光纖插芯和光纖套管。
文檔編號C04B35/622GK101555134SQ20091005159
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者陶景超 申請人:上海景文材料科技發(fā)展有限公司