專利名稱：一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法
技術領域：
本發明屬于以陶瓷為主的復合材料技術領域。尤其涉及一種用于增韌高溫結構陶瓷、金屬和塑料的高純莫來石晶須的制備方法。
背景技術：
莫來石具有良好的高溫穩定性、抗蠕變性、低膨脹系數、抗熱震性及抗腐蝕性。長期以來，莫來石作為高溫耐火材料被廣泛研究和應用。莫來石晶須的用途更加廣泛，不僅可作為金屬、高分子、陶瓷基材料的增強組分，提高其熱穩定性能，而且與非氧化物晶須相比，能夠在更高的溫度和氧化條件下使用。
莫來石晶須的制備方法主要有Okada等將有機硅(正硅酸乙酯)硝酸鋁制備的Al2O3-SiO2干凝膠(Okada K，Otμska N.Synthesis of mμllite whiskers by vapor phase reaction.J Matter SciLett，1989.8(9)1052-1054)，同AlF3在密閉的容器里在1100～1600℃下煅燒，通過氣相反應可以獲得長度在7～10μm，長徑比10～25的莫來石晶須。該方法采用的原料為有機硅(正硅酸乙酯)價格昂貴，制備溶膠凝膠的工序復雜，操作周期長，并且每次的處理量有限，不適于大量生產，而且制備出的晶須長徑比較小。
高純莫來石晶須的制備方法(CN92102982.9)，是將鋁鹽溶解在醇溶液中，按Al2O3∶SiO2＝2∶3的摩爾比緩慢滴加硅的醇鹽，再按莫來石的重量比計算，加入1～40wt％的HF溶液，將得到的凝膠烘干、破碎。將產物在1000℃下脫水，過60～200目篩；將產物密閉于剛玉、莫來石或二氧化鋯坩堝內，在1200～1600℃煅燒1～48小時，最后得到各種長徑比的高純白色莫來石晶須。此種晶須無任何夾雜顆粒，呈均勻棒狀，具有良好的補強陶瓷性能。該專利采用的方法除了需要醇鹽以外，加入了氫氟酸作為凝膠劑。制備工程中采用了兩次煅燒，能源消耗大。在第二次煅燒進行莫來石化時，須將原料密閉于剛玉、莫來石或二氧化鋯坩堝內。該條件在高溫下不易達到，造成產率不高。
熔鹽法合成莫來石晶須(張冰，曹傳寶，許亞杰.熔鹽法合成莫來石晶須.無機化學學報，2005，21(2)277-280)是將分析純的Al2O3和SiO2按莫來石的化學計量比進行配料，再加入硫酸鉀。將原料在行星球磨機中充分混合，以350r/min的轉速粉磨20小時，將原料的粒徑粉磨至200～600nm。將粉體放入剛玉坩堝中，加蓋并用耐火泥密封。在1300℃下燒4小時。冷卻后用水反復沖洗、過濾，可得到直徑為0.5～1μm，長度3～4μm的莫來石晶須。該方法雖然原料便宜，但是須將原料在球磨機中磨至200～600nm，這是普通球磨設備是無法達到的。同樣在1300℃使樣品密封于坩堝中也不易操作，經常會密封失敗。采用該方法制備出的晶須長徑比較小，生產周期長，生產效率極低，不具備大量生產的可行性。
發明內容
本發明的任務是提供一種成本低、操作簡單，生產周期短，能夠大量生產的具有較高長徑比的莫來石晶須及其制備方法。
本發明所采用的技術方案是將干燥過的88～92.5wt％的Al2(SO4)3、7.5～12wt％的氧化硅原料，外加干燥過的相同重量的鹽類原料，經混合后置于剛玉質容器內，在900～1000℃條件下煅燒2～5小時，冷卻后溶解鹽類，然后進行過濾、洗滌、烘干。其中氧化硅原料是氧化硅粉、工業硅微粉、熔融石英、普通玻璃(含廢舊玻璃)中的一種或一種以上的混合物；氧化硅原料的純度是，氧化硅粉為分析純或化學純、工業硅微粉的SiO2含量＞90％、熔融石英的SiO2含量＞90％、玻璃的SiO2含量＞80％；氧化硅原料的粒度均≤200目；Al2(SO4)3為分析純、化學純、工業Al2(SO4)3中的一種；鹽類原料是NaCl、KCl、Na2SO4和K2SO4中的一種或一種以上的混合物。
由于采用上述技術方案，本發明具有成本低、操作簡單、生產周期短、能夠大量生產的特點；用本發明所制備的莫來石晶須具有較高的長徑比，直徑為50～150nm，長度為5～10μm。
圖1是本發明采用氧化硅粉、Al2(SO4)3在Na2SO4中所制備的一種莫來石晶須；圖2是本發明采用熔融石英、Al2(SO4)3在Na2SO4中所制備的一種莫來石晶須；圖3是本發明采用氧化硅粉、Al2(SO4)3在KCl中所制備的一種莫來石晶須；圖4是本發明采用工業硅微粉、Al2(SO4)3在K2SO4中所制備的一種莫來石晶須；圖5是本發明采用玻璃粉、Al2(SO4)3在Na2SO4中所制備的一種莫來石晶須。
具體實施例方式
實施例1 一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法先將Al2(SO4)3、氧化硅粉、Na2SO4分別在烘箱內于100℃條件下干燥，以去除吸附水。再將8.5％～9.5wt％的SiO2、90.5％～91.5wt％的Al2(SO4)3，外加相同重量的Na2SO4，然后將上述原料置于球磨機中進行混勻。在上述原料中氧化硅粉為分析純、粒度為≤200目；Al2(SO4)3、Na2SO4為分析純。
取出該混合物置于剛玉質容器內，在高溫爐中于950～1000℃條件下鍛燒2～3小時，冷卻后取出。用熱水溶解可溶性鹽類，經過濾、熱水洗滌沉淀，最后將沉淀物在烘箱內于100℃烘干，即可得到如圖1所示的一種莫來石晶須。
本實施例1具有成本低、操作簡單、生產周期短、能夠大量生產的特點；所制備的莫來石晶須有較高的長徑比，直徑為50～150nm，長度為5～10μm。
實施例2 一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法先將Al2(SO4)3、熔融石英粉、Na2SO4分別在烘箱內于100℃條件下干燥，以去除吸附水。再將8.5％～9.5wt％的熔融石英、90.5％～91.5wt％的Al2(SO4)3，外加相同重量的Na2SO4，然后將上述原料置于球磨機中進行混勻。在上述原料中，熔融石英的SiO2含量為95％，粒度≤200目；Al2(SO4)3、Na2SO4為化學純。
取出混合物置于剛玉質容器內，在高溫爐中于950～1000℃條件下鍛燒2～3小時。冷卻后取出，用熱水溶解可溶性鹽類。經過濾、熱水洗滌沉淀，最后將沉淀物在烘箱內于100℃烘干，即可得到如圖2所示的一種莫來石晶須。
本實施例2具有成本低、操作簡單、生產周期短、能夠大量生產的特點；所制備的莫來石晶須具有較高的長徑比，其直徑為50～150nm，長度為5～10μm。
實施例3 一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法先將Al2(SO4)3、氧化硅粉、KCl分別在烘箱內于100℃條件下干燥，以去除吸附水。再將8.5％～9.5wt％的SiO2、90.5％～91.5wt％的Al2(SO4)3，外加相同重量的KCl，然后將這些原料置于球磨機中進行混勻。在上述原料中工業硅微粉中SiO2含量為97％，粒度≤200目；Al2(SO4)3、KCl為化學純。
取出混合物置于剛玉質容器內，然后在高溫爐中于950～1000℃條件下鍛燒2～3小時。冷卻后取出，用熱水溶解可溶性鹽類。經過濾、熱水洗滌沉淀。將沉淀物在烘箱內于100℃烘干，即可得到如圖3所示的一種莫來石晶須。
本實施例3具有成本低、操作簡單、生產周期短、能夠大量生產的特點；所制備的莫來石晶須具有較高的長徑比，其直徑在50nm左右，長度約2～5μm。
實施例4 一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法先將Al2(SO4)3、工業硅微粉、K2SO4分別在烘箱內于100℃條件下干燥，以去除吸附水。再將8.5％～9.5wt％的SiO2、90.5％～91.5wt％的Al2(SO4)3，外加相同重量的K2SO4，然后將這些原料置于球磨機中進行混勻。在本實施例中，工業硅微粉中SiO2含量為97％，粒度≤200目；Al2(SO4)3、K2SO4為分析純。
取出混合物置于剛玉質容器內，然后在高溫爐中于950～1000℃條件下鍛燒2～3小時。冷卻后取出，用熱水溶解可溶性鹽類。經過濾、熱水洗滌沉淀。最后將沉淀物在烘箱內于100℃烘干，即可得到如圖4所示的一種莫來石晶須。
本實施例4具有成本低、操作簡單、生產周期短、能夠大量生產的特點；所制備的莫來石晶須呈集束狀、其中心直徑在2μm，長度為10μm。
實施例5 一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法先將Al2(SO4)3、Na2SO4分別在烘箱內于100℃條件下干燥，以去除吸附水。再將10％～12wt％的普通玻璃或廢舊玻璃、88％～90wt％的Al2(SO4)3，外加相同重量的Na2SO4，然后將這些原料置于球磨機中進行混勻。在本實施例中，普通玻璃或廢舊玻璃中的SiO2含量為80％，粒度為≤200目；Al2(SO4)3、Na2SO4為分析純。
取出混合物置于剛玉質容器內，然后在高溫爐中于950～1000℃條件下鍛燒2～3小時。冷卻后取出，用熱水溶解可溶性鹽類。經過濾、熱水洗滌沉淀。將沉淀在烘箱內于100℃烘干，即可得到如圖5所示的一種莫來石晶須。
本實施例5具有成本低、操作簡單、生產周期短、能夠大量生產的特點，尤其是可以利用廢舊玻璃，減少環境污染；所制備的莫來石晶須直徑在50-150nm，長度為5～10μm。
權利要求
1.一種用熔鹽法制備莫來石晶須的方法其特征在于將干燥過的88～92.5wt％的Al2(SO4)3、7.5～12wt％的氧化硅原料，外加干燥過的相同重量的鹽類原料，經混合后置于剛玉質容器內，在900～1000℃條件下煅燒2～5小時，冷卻后溶解鹽類，然后進行過濾、洗滌、烘干。
2.根據權利要求1所述的用熔鹽法制備莫來石晶須的方法其特征在所述的氧化硅原料是氧化硅粉、工業硅微粉、熔融石英、普通玻璃中的一種或一種以上的混合物。
3.根據權利要求1或2所述的用熔鹽法制備莫來石晶須的方法其特征在所述的氧化硅原料的純度是，氧化硅粉為分析純或化學純、工業硅微粉的SiO2含量＞90％、熔融石英的SiO2含量＞90％、玻璃的SiO2含量＞80％；氧化硅原料的粒度均≤200目。
4.根據權利要求1所述的用熔鹽法制備莫來石晶須的方法其特征在所述的Al2(SO4)3是分析純、化學純、工業Al2(SO4)3中的一種。
5.根據權利要求1所述的用熔鹽法制備莫來石晶須的方法其特征在所述的鹽類原料是NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4中的一種或一種以上的混合物。
全文摘要
本發明屬于以陶瓷為主的復合材料技術領域。尤其涉及一種用于增韌高溫結構陶瓷、金屬和塑料的高純莫來石晶須的制備方法。本發明所采用的技術方案是將干燥過的88～92.5wt％的Al
文檔編號C30B9/00GK1884192SQ20061001913
公開日2006年12月27日 申請日期2006年5月25日 優先權日2006年5月25日
發明者朱伯銓, 李雪冬, 郝瑞 申請人:武漢科技大學