專利名稱:一種Y<sub>4</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub> 晶須的制備方法
技術領域:
本發明涉及一種形貌可控的Y4Si3O12的制備方法,具體涉及一種Y4Si3O12晶須的制備方法。
背景技術:
硅酸釔材料自身具備的結構特點及一系列優異的物理化學性能,如低彈性模量、低高溫氧氣滲透率、低線膨脹系數、低高溫揮發率、耐化學腐蝕等特性,使其成為一種高性能結構材料,被廣泛應用于航空航天領域。硅酸釔存在三種晶相結構,分別是13105、¥231207及 Y4Si3O1215目前,雖然關于Y4Si3O12的文獻報道非常少,其晶格常數也還尚未見報道,但由于其熔點高達1950°C,具有極低的高溫氧氣滲透率,同時Y4Si3O12的熱膨脹系數 (4. 31 X Kreir1^SiC 內涂層的熱膨脹系數(4. 5 X lOl—1)非常接近[Sun ZQ, Zhou YC, WangJY, et al. y -Y2Si2O7,amachinable silicate ceramic:mechanical properties andmachinability. TheAmerican Ceramic Society, 2007, 90 (8) : 2535-2541.],并且Y4Si3O12 與SiC 之間有很好的物理化學相容性[Ogura Y, Kondo M, Morimoto T. Oxygenpermeabilityof Y2SiO5. Materials Transactions [J], 2001, 42(6) : 1124-1130.],因而被認為是以 SiC為內涂層的復合涂層結構中最理想的外涂層材料之一,在高溫防氧化材料方面有著廣泛的應用前景。黃劍鋒等已在C/C-SiC表面成功制備出梯度Y2SiO5A2Si2O7A4Si3O12高溫抗氧化涂層[Huang JF, Zeng XR, Li HJ, et al. SiC/yttrium silicate/glassmulti-layer oxidation protective coating for carbon/carbon composites[J].Carbon, 2004,42(11) :2356-2359.]以及梯度 Y2SiO5A2Si2O7A4Si3O12/ 玻璃層高溫抗氧化涂層[Huang JF, Li HJ, Zeng XR. Yttrium silicate oxidation protection coatingfor SiC coated carbon/carbon composites[J]. Ceramics International, 2006, 32(4):417-421.],其中梯度¥講05八講207/%513012/玻璃涂層可以在1600°C的靜態空氣中有效保護C/C復合材料200h,涂層C/C氧化失重小于0. 65%。且有文獻[Wang Ya-qin, HuangJian-feng, Cao Li-Yun et al “Preparation and phase composition optimization ofyttrium silicates multi-composition coating for SiC pre-coated carbon/carboncomposites” J. Compos. Mater. 2011, 46(4) :409-415.]報道可利用復相娃酸乾涂層的綜合優勢解決內外涂層間熱膨脹系數失配而導致的涂層抗氧化失效問題。又依據晶須增韌陶瓷的思想,及Y4Si3O12與SiC內涂層非常良好的物理化學相容性,Y4Si3O12晶須在用于增韌SiC內涂層的高溫防氧化涂層制備領域具有很大前景。
發明內容
本發明的目的是采用溶劑熱法實現對形貌可控、高純且粒度較為均一的Y4Si3O12晶須的制備方法。
為達到上述目的,本發明采用的技術方案是I)取分析純的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20,按照 Y Si=I: (I. 2 I. 8)的摩爾比溶于無水乙醇中,配制成Y3+濃度為0. 36、. 86mol/L的溶液,用NaOH溶液調節其pH=7 9,得到溶液A ;2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I: (0. 4 I. 5) : (0. 05 0. 09)的摩爾比加入分析純的EDTA和HDPE作為模板劑,在室溫下磁力攪拌0. 5^2h,混合均勻,然后超聲反應f 3h,超聲功率為30(T500W,得到溶液B ;3)將溶液B置于聚四氟乙烯內襯的水熱釜中,控制填充比為40飛0%,然后將反應釜放入恒溫反應器中,在14(T210°C反應48 72h ;4)待反應體系自然冷卻至室溫,離心分離,先后用蒸餾水及無水乙醇各自洗滌:T5次,最后在5(T80°C的電熱鼓風干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶須。所述步驟I) NaOH溶液的濃度為3mol/L。本發明Y4Si3O12晶須的制備方法工藝控制簡單,成本較低,制備溫度低且不需要后期晶化處理,一定程度上避免了后期熱處理過程中可能導致的晶粒長大、粗化或卷曲等缺陷。可以實現形貌控制,能制備出高純且粒度較為均一的Y4Si3O12晶須。由于Y4Si3O12的熔點高達1950°C,Y4Si3O12的熱膨脹系數(4. 31 X KT6IT1)與SiC的熱膨脹系數(4. SXlO-6K-1)極為接近,且與SiC之間有很好的物理化學相容性,本發明制備出的Y4Si3O1^e0須是以SiC為內涂層的復合涂層結構中最理想的外涂層晶須增韌材料之一,可有效提高涂層的抗氧化性能。此外,Y4Si3O12晶須在電子工業、信息技術領域具有廣闊的應用前景。
圖I為本發明在水熱溫度140°C下所制備正硅酸釔(Y2SiO5)晶須的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例I :I)取分析純的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20,按照 Y Si=I :1. 2 的摩爾比溶于無水乙醇中,配制成Y3+濃度為0. 36mol/L的溶液,用濃度為3mol/L的NaOH溶液調節其pH=7,得到溶液A ;2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I :0. 4 :0. 05的摩爾比加入分析純的EDTA和HDPE作為模板劑,在室溫下磁力攪拌0. 5h,混合均勻,然后超聲反應lh,超聲功率為500W,得到溶液B ;3)將溶液B置于聚四氟乙烯內襯的水熱釜中,控制填充比為40%,然后將反應釜放入恒溫反應器中,在210°C反應48h ;
4)待反應體系自然冷卻至室溫,離心分離,先后用蒸餾水及無水乙醇各自洗滌3次,最后在50°C的電熱鼓風干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶須。
實施例2 I)取分析純的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20,按照 Y Si=I :1. 8 的摩爾比溶于無水乙醇中,配制成Y3+濃度為0. 86mol/L的溶液,用濃度為3mol/L的NaOH溶液調節其pH=9,得到溶液A ;2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I :1. 5 :0. 09的摩爾比加入分析純的EDTA和HDPE作為模板劑,在室溫下磁力攪拌2h,混合均勻,然后超聲反應3h,超聲功率為300W,得到溶液B ;3)將溶液B置于聚四氟乙烯內襯的水熱釜中,控制填充比為60%,然后將反應釜放入恒溫反應器中,在140°C反應72h ;4)待反應體系自然冷卻至室溫,離心分離,先后用蒸餾水及無水乙醇各自洗滌5次,最后在80°C的電熱鼓風干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶須。由圖I可以看出通過實施例2中描述的方法,可以得到的Y4Si3O12晶須,其特征為晶須直徑約為l(T200nm,晶須長度約為3飛u m。實施例3 I)取分析純的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20,按照 Y Si=I :1. 5 的摩爾比溶于無水乙醇中,配制成Y3+濃度為0. 61mol/L的溶液,用濃度為3mol/L的NaOH溶液調節其pH=8,得到溶液A ;2)向溶液A中按Y3+:EDTA :HEPE=1 :0. 95 :0. 07的摩爾比加入分析純的EDTA和HDPE作為模板劑,在室溫下磁力攪拌lh,混合均勻,然后超聲反應2h,超聲功率為400W,得至IJ溶液B ;3)將溶液B置于聚四氟乙烯內襯的水熱釜中,控制填充比為50%,然后將反應釜放入恒溫反應器中,在175°C反應60h ;
4)待反應體系自然冷卻至室溫,離心分離,先后用蒸餾水及無水乙醇各自洗滌4次,最后在65°C的電熱鼓風干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶須。
權利要求
1.一種Y4Si3O12晶須的制備方法,其特征在于 1)取分析純的Y(NO)3· 6H20、Na2SiO3 · 9H20,按照Y Si=I: (I. 2 I. 8)的摩爾比溶于無水乙醇中,配制成Y3+濃度為O. 36、. 86mol/L的溶液,用NaOH溶液調節其pH=7 9,得到溶液A ; 2)向溶液A中按Y3+EDTA =HEPE=I: (O. 4 I. 5) : (O. 05 O. 09)的摩爾比加入分析純的EDTA和HDPE作為模板劑,在室溫下磁力攪拌O. 5 2h,混合均勻,然后超聲反應l 3h,超聲功率為30(T500W,得到溶液B ; 3)將溶液B置于聚四氟乙烯內襯的水熱釜中,控制填充比為40飛0%,然后將反應釜放入恒溫反應器中,在14(T210°C反應48 72h ; 4)待反應體系自然冷卻至室溫,離心分離,先后用蒸餾水及無水乙醇各自洗滌3飛次,最后在5(T80°C的電熱鼓風干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶須。
2.根據權利要求I所述的Y4Si3O12晶須的制備方法,其特征在于所述步驟DNaOH溶液的濃度為3mol/L。
全文摘要
一種Y4Si3O12晶須的制備方法,將Y(NO)3·6H2O和Na2SiO3·9H2O溶于無水乙醇中得到溶液A;向溶液A中加入EDTA和HDPE磁力攪拌、超聲反應得到溶液B;將溶液B置于聚四氟乙烯內襯的水熱釜中,恒溫反應后離心分離,先后用蒸餾水及無水乙醇清洗,最后干燥得到Y4Si3O12晶須。本發明Y4Si3O12晶須的制備方法工藝控制簡單,成本較低,制備溫度低且不需要后期晶化處理,一定程度上避免了后期熱處理過程中可能導致的晶粒長大、粗化或卷曲等缺陷。可以實現形貌控制,能制備出高純且粒度較為均一的Y4Si3O12晶須。
文檔編號C30B29/34GK102677174SQ20121014007
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者曹麗云, 楊柳青, 王雅琴, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學