CN102863254B - 微纳米球材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微纳米球材料的制备方法，包括以下步骤：将沙子进行除杂、粉碎，使其内的组分含量为二氧化硅：75%—85%、二氧化钛：2%—3%、三氧化二铝：2%—10%；将上述沙粉和竹纤维粉的混合粉体通过喷枪形成的气流喷入高温烧结炉中，形成中空球体，同时使竹纤维粉在烧结炉中瞬间燃烬，形成微纳米球。本发明将沙子作为产品的主要原料，降低了制作成本，变废为宝，且本发明微纳米球材料通过加入植物纤维的方式，使其表面形成镂空网状中空球状，增大了比表面积，加大了其抗压能力，使其不易破碎。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，特别是涉及一种微纳米球材料的制备方法。
背景技术
现今，陶瓷材料的运用越来越广，人们普遍将陶瓷以球型中空陶粒的形式作为原料进行使用，例如申请号00110161.7的专利公开了一种“轻质粉煤灰陶粒及其制造工艺”，类似的专利甚多，人们了解到中空的陶瓷材料作为原料，其使用效果最理想，但由于人们普遍用粉煤灰为原料来制成陶瓷材料，粉煤灰由于含碳含铁量都较高，要生产微纳米级中空陶粒难度大，又由于生产出的微纳米陶粒内的中空过大，使陶粒极易破碎，严重影响陶粒的质量，又由于其颗粒体积过大，难以达到理想的效果。
发明内容
本发明微纳米球材料解决了上述技术的不足，其为微纳米网状中空结构，在使用时，可达到纳米效应，且不易破碎。
为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案是： 一种微纳米球材料的制备方法，它包括如下步骤：
1）将沙子进行除杂，使其内的组分含量为二氧化硅：75%—85%、二氧化钛：2%—3%、三氧化二铝：2%—10%；
2）将所述沙子在对碰式气流粉碎机中进行干法粉碎后，形成325目筛-1250目筛的沙粉，备用；
3）将竹叶和竹秸杆在气流粉碎机中进行湿法粉碎，制得竹纤维粉，备用；
4）将所述沙粉和所述竹纤维粉混合均匀，形成含80%沙粉和20%竹纤维粉的混合粉体；
5）将所述混合粉体通过喷枪形成的气流进入高温烧结炉中，使其在旋转的气流作用下做离心运动，形成中空球体，并同时在高温烧结炉中烧结，使所述中空球体中的竹纤维粉在烧结炉的微波高温下瞬间燃烬，从中空球体中脱离，使其形成网状中空微球，即微纳米球材料；
6）将所述微纳米球材料放入收集器中冷却后，经多级分级装置分选出不同级数的纳米级和微米级的微纳米球材料。
进一步的，所述烧结炉的微波高温为1800℃-2100℃。
进一步的，所述混合粉体烧结的时间为8秒—10秒钟。
进一步的，所述喷枪为四面送风，用于在烧结炉中形成旋转的气体。
进一步的，将所述微米级的微纳米球材料的表面通过天然纳米材料凹凸棒土进行活化处理，使其具有纳米效应。
进一步的，所述喷枪的送风口设置在烧结炉1/3的高度处。
采用上述技术方案，本发明的技术效果有：
1、本发明将沙子作为产品的主要原料，降低了制作成本，变废为宝。
2、本发明微纳米球材料表面呈网状镂空，增大了比表面积，加大了其抗压能力，使其不易破碎。
3、本发明通过加入植物纤维的方式，使其表面形成镂空网状中空球状。
4、本发明微纳米球材料为纳米级，使其在作为材料使用时，能达到纳米效应。
5、本发明微纳米球新材料表面经过天然纳米材料活化处理后，在使用时，使其表面达到纳米效应。
具体实施方式
本发明中的微纳米球材料，以重量百分比计，其包含以下组分：：植物纤维：10%—20%、二氧化硅：75%—85%、二氧化钛：2%—3%、三氧化二铝：2%—10%，各组分总和为100重量%；其中，植物纤维可为竹纤维，竹纤维可以从竹叶和竹秸秆中制得，二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝可以从沙子和粉煤灰中制得，其中，沙子的二氧化硅的含量需为80%-85%，粉煤灰的二氧化硅的含量需高于60%才能作为本发明的原料使用，本发明将沙子作为产品的主要原料，不仅降低了成本，还变废为宝，本发明的微纳米球材料为网状中空球体，增大了比表面积，使其加大了抗压能力，不易破碎，球形的直径为5um-100nm，使其在作为材料使用时，能达到纳米效应；还可在微纳米球材料的表面通过天然纳米材料进行活化处理，天然纳米材料可选凹凸棒土，凹凸棒土为晶体形状为棒状、纤维状、针状，长0.5-5微米，宽0.05-0.15微米,为2:1型粘土矿物,即两层硅氧四面体,一层铝氧八面体，是具有纳米通道结构的天然纳米结构矿物材料。
实施例一：
取沙漠中的沙子100kg，通过除铁装置和除碳装置进行除杂，制得二氧化硅75Kg、二氧化钛3Kg、三氧化二铝5Kg，氧化钙3Kg，将除杂后的沙子在对碰式气流粉碎机中进行干法粉碎，形成325目筛-1250目筛的沙粉，备用；取50Kg竹叶，将其投入气流粉碎机中进行湿法粉碎，制得20kg竹纤维粉，备用；将沙粉和竹纤维粉按重量比为4∶1的比例进行混合后，使混合粉体随着喷枪形成的气流进入高温烧结炉中烧结，高温烧结炉的高度为20m，喷枪的进风口设置在高温烧结炉7m处，进风口为4个，可在高温烧结炉中形成旋转的气体，使混合粉体在高温烧结炉中做离心运动，使其形成中空球体，混合粉体在形成中空球体的同时，也在高温烧结炉的微波高温下进行烧结，微波高温控制为1800℃-2100℃，而中空球体中的竹纤维粉在高温下会瞬间燃尽，从中空球体中脱离，使其形成表面呈网状镂空的中空微球，即微纳米球材料，整个烧结过程控制在8秒-10秒，从烧结炉中出来的微纳米球材料，其组分为二氧化硅占70%—80%，三氧化二铝占25%—15%，二氧化钛占2%—5%，再将微纳米球材料放入收集器中冷却，分选出不同级数的纳米级和微米级的微纳米球材料，微米级的微纳米球材料的表面可选用天然纳米材料凹凸棒土进行活化处理，使其具有纳米级的微纳米球材料所具有的纳米效应。
实施例二：
取沙漠中的沙子100kg，通过除铁装置和除碳装置进行除杂，制得二氧化硅80Kg、二氧化钛3Kg、三氧化二铝10Kg、氧化镁0.5Kg，将除杂后的沙子在对碰式气流粉碎机中进行干法粉碎，形成325目筛-1250目筛的沙粉，备用；取50Kg竹秸秆，将其投入气流粉碎机中进行湿法粉碎，制得20kg竹纤维粉，备用；将沙粉和竹纤维粉按重量比为4∶1的比例进行混合后，使混合粉体随着喷枪形成的气流进入高温烧结炉中烧结，高温烧结炉的高度为25m，喷枪的进风口设置在高温烧结炉8m处，进风口为4个，可在高温烧结炉中形成旋转的气体，使混合粉体在高温烧结炉中做离心运动，使其形成中空球体，混合粉体在形成中空球体的同时，也在高温烧结炉的微波高温下进行烧结，微波高温控制为1800℃-2100℃，而中空球体中的竹纤维粉在高温下会瞬间燃尽，从中空球体中脱离，使其形成表面呈网状镂空的中空微球，即微纳米球材料，整个烧结过程控制在8秒-10秒，从烧结炉中出来的微纳米球材料，其组分为二氧化硅占70%—80%，三氧化二铝占25%—15%，二氧化钛占2%—5%，再将微纳米球材料放入收集器中冷却，分选出不同级数的纳米级和微米级的微纳米球材料，微米级的微纳米球材料的表面可选用天然纳米材料凹凸棒土进行活化处理，使其具有纳米级的微纳米球材料所具有的纳米效应。
实施例三：
取粉煤灰20kg和沙漠中的沙子80kg，通过除铁装置和除碳装置进行除杂，制得二氧化硅60Kg、二氧化钛5Kg、三氧化二铝15Kg，将除杂后的沙子与粉煤灰混合后，在对碰式气流粉碎机中进行干法粉碎，形成325目筛-1250目筛的粉体，备用；取40Kg竹叶，将其投入气流粉碎机中进行湿法粉碎，制得15kg竹纤维粉，备用；将沙粉和竹纤维粉按重量比为4∶1的比例进行混合后，使混合粉体随着喷枪形成的气流进入高温烧结炉中烧结，高温烧结炉的高度为20m，喷枪的进风口设置在高温烧结炉7m处，进风口为4个，可在高温烧结炉中形成旋转的气体，使混合粉体在高温烧结炉中做离心运动，使其形成中空球体，混合粉体在形成中空球体的同时，也在高温烧结炉的微波高温下进行烧结，微波高温控制为1800℃-2100℃，而中空球体中的竹纤维粉在高温下会瞬间燃尽，从中空球体中脱离，使其形成表面呈网状镂空的中空微球，即微纳米球材料，整个烧结过程控制在8秒-10秒，从烧结炉中出来的微纳米球材料，其组分为二氧化硅占70%—80%，三氧化二铝占25%—15%，二氧化钛占2%—5%，再将微纳米球材料放入收集器中冷却，分选出不同级数的纳米级和微米级的微纳米球材料，微米级的微纳米球材料的表面可选用天然纳米材料凹凸棒土进行活化处理，使其具有纳米级的微纳米球材料所具有的纳米效应。
实施例四：
取80Kg粉煤灰，将其在对碰式气流粉碎机中进行干法粉碎，形成325目筛-1250目筛的粉体，备用；取50Kg竹秸秆，将其投入气流粉碎机中进行湿法粉碎，制得20kg竹纤维粉，备用；将沙粉和竹纤维粉按重量比为4∶1的比例进行混合后，使混合粉体随着喷枪形成的气流进入高温烧结炉中烧结，高温烧结炉的高度为20m，喷枪的进风口设置在高温烧结炉3m处，进风口为4个，可在高温烧结炉中形成旋转的气体，使混合粉体在高温烧结炉中做离心运动，使其形成中空球体，混合粉体在形成中空球体的同时，也在高温烧结炉的微波高温下进行烧结，微波高温控制为1800℃-2100℃，而中空球体中的竹纤维粉在高温下会瞬间燃尽，从中空球体中脱离，使其形成表面呈网状镂空的中空微球，即微纳米球材料，整个烧结过程控制在8秒-10秒，从烧结炉中出来的微纳米球材料，其组分为二氧化硅占70%—80%，三氧化二铝占25%—15%，二氧化钛占2%—5%，再将微纳米球材料放入收集器中冷却，分选出不同级数的纳米级和微米级的微纳米球材料，微米级的微纳米球材料的表面可选用天然纳米材料凹凸棒土进行活化处理，使其具有纳米级的微纳米球材料所具有的纳米效应。
本发明中沙漠中的沙子为具有高含硅量、低含铁、低含碳量的陶瓷原料，包括下列组分（重量百分比）
沙坡头沙子的组分（化验分析数据）（%）
粉煤灰的组分：
微纳米球材料性能：
本发明的微纳米球新材料表面为网状镂空的空心球体，其作为轻质高强防火A级材料，用于新型墙体材料中是建筑业追求的重要特级防火、轻体高强的无毒防火阻燃材料。其各种物理性能化学指标十分优异，符合公安部和国家墙体材料规划中要求的A级标准；因其防火性能好、强度高，体质轻适宜生产建筑外墙、防火涂层两大类制品，同时具有保温隔音作用和比重轻、高强、耐磨、防火、防腐功能。
本发明的微纳米球新材料表面被天然纳米材料凹凸棒土活化处理改性后，可作为航空复合材料使用；在工程塑料制品汽车零配件中使用量较大；以塑代钢管道型材制品及以塑代木建材领域应用广泛；本发明还可作石油减轻剂和固井压力支撑剂使用。同时还可以制成保温隔热涂料用于化工管道领域。利用微纳米球防腐功能特性，可将该材料应用在海军舰船及海上石油装置上；在以上设备上的金属部件涂装这种涂料后，耐磨及耐蚀性可以成倍的增加，将极大地提高这些需长期经受磨损和腐蚀考验的金属部件的寿命。使用微纳米球制得的涂料能大大提高涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性和抗冲击性；比传统涂料的耐磨性提高2～4倍；本发明可作为轻质高强功能性材料，可替代铜粉用于大型齿轮、各无油自润滑转动备件中；达到节约铜材（7.5万元吨）微纳米球（1.2万元吨）降低铜齿轮成本非常明显。同时可实现取替钢质高速公路护栏，改用具有韧性的刚性塑料护栏成为可能；本发明还可作为轻质高强功能性材料，可代替进口材料用于风能的风电叶片复合材料上，达到改变目前风电叶片加工工艺，可将二片叶片合二为一同时加工，改变加工条件、缩短加工时间、节约加工成本及材料成本50%以上。
球状纳米粒子的外壳与核心实质上是相同的，在没有外磁场作用时，外壳和核心没有差异，然而在研究中我们发现纳米球粒子在磁场中出现核心和外壳磁力矩不同的这种现象十分奇特，具有潜在的用途，同时微纳米球比市面纳米粒子材料要廉价许多，所以在电子设备和太阳能电池等批量应用领域将大有可为，发展趋势是取代传统材料，成为环保设备核心配件的新兴材料。
总之，本发明的微纳米球材料，除了广泛用于石油钻井工程中的防沉剂，支撑剂外，还可用于隔热保温涂料、橡胶、塑料的功能性填料。同时对人类生态环境的改善和综合开发治理沙漠起到积极作用。它是利国、利民、利社会的好技术项目；是造福国家、造福人类环保型的工程技术，而且经济效益和社会效益十分明显。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种微纳米球材料制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将沙子进行除杂，使其内的组分含量为二氧化硅：75%—85%、二氧化钛：2%—3%、三氧化二铝：2%—10%；
2）将所述沙子在对碰式气流粉碎机中进行干法粉碎后，形成325目筛-1250目筛的沙粉，备用；
3）将竹叶和竹秸杆在气流粉碎机中进行湿法粉碎，制得竹纤维粉，备用；
4）将所述沙粉和所述竹纤维粉按重量比4:1进行混合，形成含80%沙粉和20%竹纤维粉的混合粉体；
5）将所述混合粉体通过喷枪形成的气流进入高温烧结炉中，使其在旋转的气流作用下做离心运动，形成中空球体，并同时在高温烧结炉中烧结，使所述中空球体中的竹纤维粉在烧结炉的1800℃-2100℃微波高温下烧结8秒—10秒钟，以瞬间燃烬，从中空球体中脱离，使其形成网状中空微球，即微纳米球材料；
6）将所述微纳米球材料放入收集器中冷却后，经多级分级装置分选出不同级数的纳米级和微米级的微纳米球材料。
2. 根据权利要求1所述的微纳米球材料的制备方法，其特征在于：所述喷枪为四面送风，用于在烧结炉中形成旋转的气体。
3.根据权利要求1所述的微纳米球材料的制备方法，其特征在于：将所述微米级的微纳米球材料的表面通过天然纳米材料凹凸棒土进行活化处理，使其具有纳米效应。
4.根据权利要求1所述的微纳米球型材料的制备方法，其特征在于：所述喷枪的送风口设置在烧结炉1/3的高度处。
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