一種用于莫來石陶瓷晶須制備的氧化物催化劑的制作方法

本發明屬于催化劑領域，公開了一種用于莫來石晶須制備的氧化物催化劑。

背景技術：

陶瓷晶須是一種重要的結構材料。晶須增強的復合材料在力學性能(如：斷裂韌性、抗彎強度、抗熱震性等)上會得到極大的改善。碳化硅、氮化硅和鈦酸鉀等晶須材料已經廣泛應用于性能優異復合材料的制備。然而，在高溫下這些晶須材料容易氧化分解，導致機械性質衰退。莫來石材料是Al₂O₃-SiO₂系中唯一穩定的晶體材料，由于具有高的機械強度、好的抗蠕變性能、低的熱膨脹系數、好的化學和高溫穩定性，已經成為先進結構材料的候選。莫來石晶體在晶體學c軸方向生長速度大于其它方向，易合成一維晶須材料。莫來石陶瓷晶須增強的復合材料已經開始受到重視。

許多方法用于合成莫來石晶須，如固相反應法、溶膠凝膠法、共沉淀法等。然而，利用這些方法在較低的合成溫度，制備出形貌良好、長徑比大的莫來石晶須需要加入適量的催化劑。通常AlF₃是大家普遍使用的莫來石晶須生長催化劑。此外，還有一些氧化物催化劑如La₂O₃,Co₂O₃等，但效果不及AlF₃。在這里，我們發現了一種新的氧化物催化劑，氧化鉬(或鉬酸銨)，表現出良好的莫來石晶須生長催化作用。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用于莫來石陶瓷晶須制備的氧化物催化劑——氧化鉬(或鉬酸銨)，利用此催化劑可有效降低莫來石化溫度，提高莫來石化反應程度，制備出形貌均一、長徑比大的莫來石陶瓷晶須。

利用氧化鉬通過固相反應法合成莫來石陶瓷晶須，包括以下步驟：

(1)按化學式(3Al₂O₃·2SiO₂)_1-x(MoO₃)_x(x＝0-0.5)進行鋁源、硅源和氧化鉬催化劑等合成原料的稱取；

(2)在稱好的合成原料中加入無水乙醇溶劑和氧化鋯球磨子，置于球磨機充分研磨混合；

(3)將研磨后均勻混合的粉體原料置于烘箱中100℃干燥，然后在馬弗爐中1200-1500℃高溫煅燒2小時，得到莫來石陶瓷晶須。

利用鉬酸銨通過液相反應法合成莫來石陶瓷晶須，包括以下步驟：

(1)按照化學式(3Al₂O₃·2SiO₂)_1-x(MoO₃)_x(x＝0-0.5)量取正硅酸乙酯(TEOS)，稱取氯化鋁和鉬酸銨催化劑；

(2)將TEOS溶于乙醇配制成濃度為1mol/L的溶液，并用鹽酸調pH值至2；將氯化鋁和鉬酸銨溶于水，配制成氯化鋁濃度為0.5mol/L的溶液；

(3)將上述兩種溶液混合并于60℃加熱攪拌，膠凝后轉移至烘箱中200℃焙燒；將焙燒后的粉體置于馬弗爐中1200-1500℃高溫煅燒2小時，得到莫來石陶瓷晶須。

針對兩種莫來石陶瓷晶須合成方法，可分別調節催化劑含量和煅燒溫度優化莫來石陶瓷晶須的合成條件，實現莫來石陶瓷晶須的調控制備，獲得最優的莫來石晶須材料。

本發明對莫來石合成的有益效果如下：

(1)利用本催化劑可使得莫來石化溫度有效降低，反應過程簡化。例如，高嶺土/氫氧化鋁體系，使用氧化鉬催化劑固相反應制備莫來石晶須，莫來石化溫度降低200℃，反應過程明顯簡化。(見附圖1)

(2)利用本催化劑可以增加體系莫來石化反應程度，所制備的莫來石不含氧化鋁和石英相。(見附圖1)

(3)利用此催化劑可制備形貌均一、長徑比大的莫來石陶瓷晶須。(見附圖2)

(4)通過改變催化劑和煅燒溫度可實現莫來石陶瓷晶須的調控制備。

附圖說明

圖1氧化鉬對高嶺土/氫氧化鋁體系莫來石合成過程的影響。(a)含有氧化鉬的XRD圖；(b)不含氧化鉬的XRD圖。莫來石與催化劑的摩爾比為4:1

圖2利用高嶺土、氫氧化鋁和氧化鉬催化劑合成的莫來石陶瓷晶須微觀結構。莫來石與催化劑的摩爾比為4:1

圖3利用高嶺土、氫氧化鋁和氧化鉬催化劑在不同煅燒溫度下合成的莫來石晶須尺寸。莫來石與催化劑的摩爾比為4:1

具體實施方式

實施案例1：高嶺土/氫氧化鋁體系加入氧化鉬固相反應制備莫來石晶須

按化學式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2，定量稱取高嶺土、氫氧化鋁和氧化鉬；將稱量好的粉體置入球磨瓶，加入無水乙醇和氧化鋯球磨子在球磨機上充分研磨混合；將研磨后均勻混合粉體置于烘箱100℃干燥，然后在馬弗爐中1200-1500℃高溫煅燒2小時，得到莫來石陶瓷晶須。

圖1是本實施例中不同溫度煅燒樣品的X射線衍射圖譜，比較圖譜可見添加氧化鉬后，莫來石化溫度降低，反應過程明顯簡化。

圖2是本實施例中在不同煅燒溫度下制備的莫來石晶須的SEM形貌。由圖知，所制備的晶須形貌均一，寬度在500nm左右，長度在1-10微米范圍。煅燒溫度在1300℃以上可以得到形貌良好且均一、長徑比大的莫來石陶瓷晶須。

圖3是本實施例中不同煅燒溫度下制備的莫來石晶須尺寸。由圖知，隨溫度升高，寬度幾乎不變，長度不斷增大，長徑比由5增大到20。

實施案例2：石英/氫氧化鋁體系加入氧化鉬固相反應制備莫來石晶須

按化學式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2，定量稱取石英粉、氫氧化鋁和氧化鉬；將稱量好的粉體置入球磨瓶，加入無水乙醇和氧化鋯球磨子在球磨機上充分研磨混合；將研磨后均勻混合粉體置于烘箱100℃干燥，然后在馬弗爐中1300-1500℃高溫煅燒2小時，獲得莫來石陶瓷晶須。

實施案例3：硅微粉/氫氧化鋁體系加入氧化鉬固相反應制備莫來石晶須

按化學式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2，定量稱取硅微粉、氫氧化鋁和氧化鉬；將稱量好的粉體置入球磨瓶，加入無水乙醇和氧化鋯球磨子在球磨機上充分研磨混合；將研磨后均勻混合粉體置于烘箱100℃干燥，然后在馬弗爐中1300-1500℃高溫煅燒2小時，獲得莫來石陶瓷晶須。

實施案例4：氯化鋁/TEOS體系加入鉬酸銨制備莫來石晶須

按照化學式(3Al₂O₃·2SiO₂)_0.8(MoO₃)_0.2量取正硅酸乙酯(TEOS)，稱取氯化鋁和鉬酸銨催化劑；將TEOS溶于乙醇配制成濃度為1mol/L的溶液，并用鹽酸調pH值至2；將氯化鋁和鉬酸銨溶于水，配制成氯化鋁濃度為0.5mol/L的溶液；將上述兩種溶液混合并于60℃加熱攪拌，膠凝后轉移至烘箱中200℃焙燒；將焙燒后的粉體置于馬弗爐中1300-1500℃高溫煅燒2小時，得到莫來石陶瓷晶須。

以上所記載，僅為利用本創作技術內容的實施例，任何熟悉本項技藝者運用本創作所做的修飾、變化，皆屬本創作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。