CN104528813A - 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法 - Google Patents

一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104528813A
CN104528813A CN201410726678.8A CN201410726678A CN104528813A CN 104528813 A CN104528813 A CN 104528813A CN 201410726678 A CN201410726678 A CN 201410726678A CN 104528813 A CN104528813 A CN 104528813A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blank
pyrrhite
tungsten filament
steel die
cuo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410726678.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104528813B (zh
Inventor
张魁宝
文冠军
李玉香
滕元成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University of Science and Technology
Original Assignee
Southwest University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University of Science and Technology filed Critical Southwest University of Science and Technology
Priority to CN201410726678.8A priority Critical patent/CN104528813B/zh
Publication of CN104528813A publication Critical patent/CN104528813A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104528813B publication Critical patent/CN104528813B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/003—Titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是：采用CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体为原料，按摩尔比配料，经充分研磨并混合均匀，过筛；取混合料装入不锈钢模具中，压制成圆柱形坯料；将坯料置于自蔓延准等静压装置中，通过点火钨丝点燃坯料，燃烧结束后5～30秒内，采用液压机施加50～200MPa压力并保持施压20～100s，即制得Y2Ti2O7烧绿石块体。采用本发明，具有合成速度快、生产周期短、反应温度高、能耗低、合成物相可控、产物纯度高、产品致密度高、工艺简单等优点；制备的Y2Ti2O7烧绿石特别适用于高水平放射性核废料的长期安全固化处理与处置。

Description

一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法
技术领域
本发明属于主要用于放射性废料固化处理的人造岩石的制备，涉及一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，本发明制备的Y2Ti2O7烧绿石特别适用于高水平放射性核废料的长期安全固化处理与处置。
背景技术
高水平放射性废物（简称HLW）是国内外放射性废物处理的重点和难点，烧绿石能够将HLW中的长寿命锕系核素原子固定于其晶格结构中，从而大幅提高固化体的稳定性和长期安全性，是较为理想的HLW固化介质。自蔓延高温合成（简称SHS）是一项重要的材料制备新技术，它利用化学反应自身放热维持反应的持续进行，从而合成具有指定成分与结构的产物。与传统工艺相比，SHS技术具有反应速度快、能耗小、设备简单、操作方便等优点，受到国内外各研究机构的高度重视。
鉴于SHS技术的诸多优点，印度学者Muthuraman在1994年提出将其应用于放射性核废物的固化处理（M. Muthuraman等，燃烧合成制备氧化物材料固化核废料，材料科学快报，1994, 17: 977），1998年俄罗斯学者Borovinskaya等采用Fe2O3作为氧化剂，利用SHS反应制取了钙钛矿（CaTiO3）固化裂变核素Sr（Borovinskaya等, 类矿物材料的SHS制备及其对放射性废料的固化处理，国际自蔓延杂志, 1998, 7:129）。由于烧绿石（A2B2O6X）的包容量明显优于钙钛锆石和钙钛矿，且具有优良的耐辐照和抗浸出性能。另外，烧绿石中的A和B位可以被Gd、Sm、Hf等中子吸收元素占据，使用烧绿石作为锕系核素的固化介质，可以大幅提高固化体的临界安全性。
现有技术中，烧绿石合成方法主要包括：（1）机械球磨反应法，（2）常压下的高温固相反应法，（3）高温高压反应合成法。这些合成工艺相对较为复杂，且合成周期长，不利于烧绿石固化工艺的大规模推广。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法。本发明采用自蔓延高温合成（简称SHS）结合快速加压工艺制备Y2Ti2O7烧绿石块体，其合成速度快、反应温度高、能耗低且工艺简单，同时可对燃烧后样品快速施加压力，能在较短时间能获得高度致密化Y2Ti2O7烧绿石，采用SHS结合快速加压工艺，对于烧绿石固化处理和处置HLW的工程化应用具有较大的推动作用。
本发明的内容是：一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 6：2：3：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10～30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取10～50g混合料装入不锈钢模具（较好的是Φ20～50mm的圆筒形模具）中，采用10～50MPa压力将混合料压制成直径为20～50mm的圆柱形坯料（2）；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝(4)，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具（3），设置于钢模具（3）的环形侧壁内上端的上压头(5)，以及设置于上压头(5)上方的加压用液压机(6)；
用石英砂（1）铺满钢模具（3）内底部，将坯料（2）置于石英砂上，在坯料（2）一侧放置点火钨丝(4)、并使两者（充分）接触，再用石英砂（1）将钢模具（3）内填满，用上压头(5)封闭钢模具（3）；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为5～30V、电流为30～200A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝（4），通过燃烧的钨丝加热点燃坯料（2）；
在（自蔓延）燃烧结束后5～30s（即秒）时间内，采用液压机（6）对模具（3）上压头(5)施加50～200MPa压力并保持施压20～100s，至坯料（2）冷却至常温；将冷却后坯料（2）取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体；该Y2Ti2O7烧绿石块体的物相为Y2Ti2O7烧绿石相和Cu金属相。
本发明的内容中：步骤c中所述石英砂（1）的粒度较好的是不大于40目。
本发明的内容中：步骤a中所述氧化剂CuO可以替换为氧化剂Fe2O3或MoO3。
本发明的另一内容是：一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 2：1：1：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10～30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取10～50g混合料装入不锈钢模具（较好的是Φ20～50mm的圆筒形模具）中，采用10～50MPa压力将混合料压制成直径为20～50mm的圆柱形坯料（2）；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝(4)，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具（3），设置于钢模具（3）的环形侧壁内上端的上压头(5)，以及设置于上压头(5)上方的加压用液压机(6)；
用石英砂（1）铺满钢模具（3）内底部，将坯料（2）置于石英砂上，在坯料（2）一侧放置点火钨丝(4)、并使两者（充分）接触，再用石英砂（1）将钢模具（3）内填满，用上压头(5)封闭钢模具（3）；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为5～30V、电流为30～200A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝（4），通过燃烧的钨丝加热点燃坯料（2）；
在（自蔓延）燃烧结束后5～30s时间内，采用液压机（6）对模具（3）上压头(5)施加50～200MPa压力并保持施压20～100s，至坯料（2）冷却至常温；将冷却后坯料（2）取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体；该Y2Ti2O7烧绿石块体的物相为Y2Ti2O7烧绿石相和Cu金属相。
本发明的另一内容中：步骤c中所述石英砂（1）的粒度较好的是不大于40目。
本发明的另一内容中：步骤a中所述氧化剂CuO可以替换为氧化剂Fe2O3或MoO3。
本发明Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，采用 CuO粉末作为氧化剂、Ti粉作为还原剂，用自蔓延高温合成（简称SHS）结合快速加压技术制取Y2Ti2O7烧绿石型人造岩石块体，其化学反应方程式为：
（1）6CuO+2Y2O3+3Ti+TiO2=2Y2Ti2O7+6Cu
（2）2CuO+Y2O3+Ti+TiO2=Y2Ti2O7+2Cu
反应式（1）中各反应剂的摩尔比为CuO：Y2O3：Ti：TiO2=6:2:3:1，根据各自的分子量和含量，对应的质量百分含量为：CuO：41.2%，Y2O3：39.0%，Ti：12.9%，TiO2：6.9%；
反应式（2）中各反应剂的摩尔比为CuO：Y2O3：Ti：TiO2=2：1：1：1，根据各自的分子量和含量，对应的质量百分含量为：CuO：31.0%，Y2O3：44.0%，Ti：9.4%，TiO2：15.6%。
反应式（1）和（2）中所采用的反应原料均可以购自国药集团化学试剂有限公司和阿拉丁试剂公司。 
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
（1）本发明选用包容量和稳定性较高的Y2Ti2O7烧绿石作为人造岩石的主要矿相，提供一种采用CuO粉末作为氧化剂、Ti粉作为还原剂，自蔓延高温合成（SHS）结合快速加压技术制取高致密度Y2Ti2O7烧绿石固化体的方法，用于高放射性废物的固化处理，从根本上保证了锕系核素固化体的包容量和长期安全性；根据SHS化学反应的特点，体系反应温度可以通过调节反应剂成分来实现，从而合成所需成分和结构的产物；
（2）本发明采用CuO粉末作为氧化剂、Ti粉作为还原剂，在固定CuO与Ti摩尔比为2:1的情况下，设计反应式（1）和反应式（2）中Ti与TiO2的不同比例，从而调节SHS反应温度，以便针对不同成分的高放废物，选取不同反应体系进行固化处理；
（3）本发明所制备的烧绿石型人造岩石，其主要矿相为Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu相，Y2Ti2O7烧绿石的Y位可以接纳三价和四价锕系元素（如U、Th、Np、Am、Cm、Pu等）以及镧系元素，同时Y位还可以容纳+1到+6价、离子半径在0.086-0.155nm之间的阳离子（如Ca、Na、RE、Y、Ba、Sr、Pb等）。Y2Ti2O7烧绿石的Ti位可以容纳+3到+6价、离子半径在0.060-0.083nm之间的阳离子（如Nb、Ta、Ti、Zr、Sn、Hf、Fe、V、Ru、Rh、Sb、Re、Os、W、Ir、Pt等）；另外，产物中的Cu、Fe、Mo等金属相可以与HLW中的金属元素形成合金相，从而进一步提高固化体的包容量；
（4）本发明采用自蔓延高温合成结合快速加压制备Y2Ti2O7烧绿石型人造岩石，具有合成速度快、生产周期短、反应温度高、能耗低、合成物相可控、产物纯度高、产品致密度高、工艺简单等优点，同时由于快速加压工艺的引入，较易获得高度致密化块体，进一步提高Y2Ti2O7烧绿石的核素固化性能，有利于该工艺的工程化应用和推广；本发明所制备的产物--Y2Ti2O7烧绿石型人造岩石块体，对超铀核素包容量高，可包容元素范围较广，固化体稳定性高，且可根据具体情况调整矿相组成，对不同组成的高放废物适应性强；实用性强。
附图说明
图1是本发明自蔓延结合快速加压制备Y2Ti2O7烧绿石工艺装置示意图；
图2是实施例1所得样品的X射线衍射图谱，图中可见采用反应式（1）制得样品仅包含Y2Ti2O7烧绿石和Cu两种物相；
图3是实施例2所得样品的X射线衍射图谱，图中可见采用反应式（2）制得样品仅包含Y2Ti2O7烧绿石和Cu两种物相。
图1中：1—石英砂、2—坯料、3—钢模具、4—点火钨丝、5—上压头、6—（加压用）液压机。
具体实施方式
下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
（1）以CuO粉体为氧化剂、Ti 粉为还原剂，按下反应方程式进行配料：
6CuO+2Y2O3+3Ti+TiO2=2Y2Ti2O7+6Cu
各反应物的摩尔比为CuO：Y2O3：Ti：TiO2=6：2：3：1，根据各自的分子量和含量，对应反应剂的质量百分含量为：CuO：41.2%，Y2O3：39.0%，Ti：12.9%，TiO2：6.9%。
（2）将称取后的原料干法研磨20min以混合均匀，混匀后的物料过100目筛，取20g充分研磨的原料装入Φ25mm钢模中，在20MPa压力下冷压成型，获得直径为25mm、厚度约为19mm的圆柱形坯料。
（3）将所制粗坯放入自蔓延准等静压装置中，以钨丝作为SHS点火材料，保证钨丝连接完好并与反应坯料完全接触，然后以40-70目石英砂作为传压介质将粗坯完全包埋。首先在电压为20V、电流为50A的直流电作用下将钨丝引燃，通过钨丝燃烧产生的高温点燃反应物料，在燃烧反应结束后15s，对样品施加50MPa压力并保压60s，待样品完全冷却后，取出被石英砂包裹的样品，即获得致密的烧绿石型人造岩石块材。
合成样品的相对密度为94.5%，样品物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图2所示。
实施例2：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
（1）以CuO粉体为氧化剂，Ti 粉为还原剂，按下反应方程式进行配料：
2CuO+Y2O3+Ti+TiO2=Y2Ti2O7+2Cu
各反应物的摩尔比为CuO：Y2O3：Ti：TiO2=2：1：1：1，根据各自的分子量和含量，对应的质量百分含量为：CuO：31.0%，Y2O3：44.0%，Ti：9.4%，TiO2：15.6%。
（2）将称取后的原料干法研磨15min以混合均匀，混匀后的物料过100目筛，取25g充分研磨的原料装入Φ30mm钢模中，在40MPa压力下冷压成型，获得直径为40mm、厚度约为15mm的圆柱形坯料。
（3）将所制粗坯放入自蔓延准等静压装置中，以钨丝作为SHS点火材料，保证钨丝连接完好并与反应坯料完全接触，然后以70-100目石英砂作为传压介质将粗坯完全包埋。首先在电压为30V、电流为60A的直流电作用下将钨丝引燃，通过钨丝燃烧产生的高温点燃反应物料，在燃烧反应结束后5s，对样品施加100MPa的压力并保压45s，待样品完全冷却后，取出被石英砂包裹的样品，即获得致密的烧绿石型人造岩石块材。
合成样品的相对密度约为95.2%，样品物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图3所示。
实施例3：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 6：2：3：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取10g混合料装入不锈钢模具（Φ20mm的圆筒形模具）中，采用10MPa压力将混合料压制成直径为20mm的圆柱形坯料2；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝4，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具3，设置于钢模具3的环形侧壁内上端的上压头5，以及设置于上压头5上方的加压用液压机6；
用石英砂1铺满钢模具3内底部，将坯料2置于石英砂上，在坯料2一侧放置点火钨丝4、并使两者（充分）接触，再用石英砂1将钢模具3内填满，用上压头5封闭钢模具3；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为5V、电流为30A，当达到设定电流即引燃钨丝4，通过燃烧的钨丝加热点燃坯料2；
在（自蔓延）燃烧结束后5秒时间内，采用液压机6对模具3上压头5施加50MPa压力并保持施压20s，至坯料2冷却至常温；将冷却后坯料2取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体。
Y2Ti2O7烧绿石块体的相对密度为94.3%、物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图2所示。
实施例4：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 6：2：3：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取50g混合料装入不锈钢模具（Φ50mm的圆筒形模具）中，采用50MPa压力将混合料压制成直径为50mm的圆柱形坯料2；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝4，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具3，设置于钢模具3的环形侧壁内上端的上压头5，以及设置于上压头5上方的加压用液压机6；
用石英砂1铺满钢模具3内底部，将坯料2置于石英砂上，在坯料2一侧放置点火钨丝4、并使两者（充分）接触，再用石英砂1将钢模具3内填满，用上压头5封闭钢模具3；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为30V、电流为200A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝4，通过燃烧的钨丝加热点燃坯料2；
在（自蔓延）燃烧结束后30秒时间内，采用液压机6对模具3上压头5施加200MPa压力并保持施压100s，至坯料2冷却至常温；将冷却后坯料2取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体。
Y2Ti2O7烧绿石块体的相对密度为95.3%、物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图2所示。
实施例5：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 6：2：3：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨20min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取30g混合料装入不锈钢模具（Φ35mm的圆筒形模具）中，采用30MPa压力将混合料压制成直径为35mm的圆柱形坯料2；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝4，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具3，设置于钢模具3的环形侧壁内上端的上压头5，以及设置于上压头5上方的加压用液压机6；
用石英砂1铺满钢模具3内底部，将坯料2置于石英砂上，在坯料2一侧放置点火钨丝4、并使两者（充分）接触，再用石英砂1将钢模具3内填满，用上压头5封闭钢模具3；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为28V、电流为115A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝4，通过燃烧的钨丝加热点燃坯料2；
在（自蔓延）燃烧结束后15秒时间内，采用液压机6对模具3上压头5施加125MPa压力并保持施压60s，至坯料2冷却至常温；将冷却后坯料2取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体。
Y2Ti2O7烧绿石块体的相对密度为94.8%、物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图2所示。
实施例6：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 2：1：1：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10～30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取10g混合料装入不锈钢模具（Φ20mm的圆筒形模具）中，采用10MPa压力将混合料压制成直径为20mm的圆柱形坯料2；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝4，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具3，设置于钢模具3的环形侧壁内上端的上压头5，以及设置于上压头5上方的加压用液压机6；
用石英砂1铺满钢模具3内底部，将坯料2置于石英砂上，在坯料2一侧放置点火钨丝4、并使两者（充分）接触，再用石英砂1将钢模具3内填满，用上压头5封闭钢模具3；
随后对点火钨丝4通直流电，通电电压为5V、电流为30A，当达到设定电流即引燃钨丝4，通过燃烧的钨丝加热点燃坯料2；
在（自蔓延）燃烧结束后5秒时间内，采用液压机6对模具3上压头5施加50MPa压力并保持施压20s，至坯料2冷却至常温；将冷却后坯料2取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体。
Y2Ti2O7烧绿石块体的相对密度约为94.6%、物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图3所示。
实施例7：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 2：1：1：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10～30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取50g混合料装入不锈钢模具（Φ50mm的圆筒形模具）中，采用50MPa压力将混合料压制成直径为50mm的圆柱形坯料2；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝4，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具3，设置于钢模具3的环形侧壁内上端的上压头5，以及设置于上压头5上方的加压用液压机6；
用石英砂1铺满钢模具3内底部，将坯料2置于石英砂上，在坯料2一侧放置点火钨丝4、并使两者（充分）接触，再用石英砂1将钢模具3内填满，用上压头5封闭钢模具3；
随后对点火钨丝4通直流电，通电电压为30V、电流为200A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝4，通过燃烧的钨丝加热点燃坯料2；
在（自蔓延）燃烧结束后30秒时间内，采用液压机6对模具3上压头5施加200MPa压力并保持施压100s，至坯料2冷却至常温；将冷却后坯料2取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体。
Y2Ti2O7烧绿石块体的相对密度约为95.9%、物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图3所示。
实施例8：
一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 2：1：1：1的摩尔比取（较好的是纯度高于99%、粒度小于200目的）CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨20min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取30g混合料装入不锈钢模具（Φ0mm的圆筒形模具）中，采用30MPa压力将混合料压制成直径为30mm的圆柱形坯料2；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝4，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具3，设置于钢模具3的环形侧壁内上端的上压头5，以及设置于上压头5上方的加压用液压机6；
用石英砂1铺满钢模具3内底部，将坯料2置于石英砂上，在坯料2一侧放置点火钨丝4、并使两者（充分）接触，再用石英砂1将钢模具3内填满，用上压头5封闭钢模具3；
随后对点火钨丝4通直流电，通电电压为17V、电流为215A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝4，通过燃烧的钨丝加热点燃坯料2；
在（自蔓延）燃烧结束后18 s（s即秒）时间内，采用液压机6对模具3上压头5施加225MPa压力并保持施压60s，至坯料2冷却至常温；将冷却后坯料2取出，即制得（高致密度）Y2Ti2O7烧绿石块体。
Y2Ti2O7烧绿石块体的相对密度约为96.0%、物相仅包括Y2Ti2O7烧绿石和金属Cu两相，采用X射线衍射仪测定其物相组成结果如附图3所示。
上述实施例中：：步骤c中所述石英砂1的粒度较好的是不大于40目。
上述实施例中：步骤a中所述氧化剂CuO可以替换为氧化剂Fe2O3或MoO3。
上述实施例Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其化学反应方程式为：
（1）6CuO+2Y2O3+3Ti+TiO2=2Y2Ti2O7+6Cu
（2）2CuO+Y2O3+Ti+TiO2=Y2Ti2O7+2Cu
反应式（1）中各反应剂的摩尔比为CuO：Y2O3：Ti：TiO2=6:2:3:1，根据各自的分子量和含量，对应的质量百分含量为：CuO：41.2%，Y2O3：39.0%，Ti：12.9%，TiO2：6.9%；
反应式（2）中各反应剂的摩尔比为CuO：Y2O3：Ti：TiO2=2：1：1：1，根据各自的分子量和含量，对应的质量百分含量为：CuO：31.0%，Y2O3：44.0%，Ti：9.4%，TiO2：15.6%。
反应式（1）和（2）中所采用的反应原料均可以购自国药集团化学试剂有限公司和阿拉丁试剂公司；所采用的各原料均为市售产品。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (6)

1. 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 6：2：3：1的摩尔比取CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10～30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取10～50g混合料装入不锈钢模具中，采用10～50MPa压力将混合料压制成直径为20～50mm的圆柱形坯料（2）；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝(4)，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具（3），设置于钢模具（3）的环形侧壁内上端的上压头(5)，以及设置于上压头(5)上方的加压用液压机(6)；
用石英砂（1）铺满钢模具（3）内底部，将坯料（2）置于石英砂上，在坯料（2）一侧放置点火钨丝(4)、并使两者接触，再用石英砂（1）将钢模具（3）内填满，用上压头(5)封闭钢模具（3）；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为5～30V、电流为30～200A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝（4），通过燃烧的钨丝加热点燃坯料（2）；
在燃烧结束后5～30 s时间内，采用液压机（6）对模具（3）上压头(5)施加50～200MPa压力并保持施压20～100s，至坯料（2）冷却至常温；将冷却后坯料（2）取出，即制得Y2Ti2O7烧绿石块体。
2.按权利要求1所述Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是：步骤c中所述石英砂（1）的粒度不大于40目。
3.按权利要求1或2所述Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是：步骤a中所述氧化剂CuO替换为氧化剂Fe2O3或MoO3。
4.一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是包括下列步骤：
a、配料：按CuO：Y2O3：Ti：TiO2 = 2：1：1：1的摩尔比取CuO、Y2O3、Ti、TiO2粉体作为原料；
b、磨料：将上述组分原料经干法球磨10～30min，混合均匀，过100筛，得混合料；
c、粗坯压制成型：取10～50g混合料装入不锈钢模具中，采用10～50MPa压力将混合料压制成直径为20～50mm的圆柱形坯料（2）；
d、Y2Ti2O7烧绿石块体的自蔓延高温合成与致密化：
采用自蔓延准等静压装置，该装置的组成包括，点火钨丝(4)，由底部、下端与底部连接或连为一体的环形侧壁构成的钢模具（3），设置于钢模具（3）的环形侧壁内上端的上压头(5)，以及设置于上压头(5)上方的加压用液压机(6)；
用石英砂（1）铺满钢模具（3）内底部，将坯料（2）置于石英砂上，在坯料（2）一侧放置点火钨丝(4)、并使两者接触，再用石英砂（1）将钢模具（3）内填满，用上压头(5)封闭钢模具（3）；
随后对点火钨丝(4)通直流电，通电电压为5～30V、电流为30～200A，当达到设定电流50～60A即引燃钨丝（4），通过燃烧的钨丝加热点燃坯料（2）；
在燃烧结束后5～30 s时间内，采用液压机（6）对模具（3）上压头(5)施加50～200MPa压力并保持施压20～100s，至坯料（2）冷却至常温；将冷却后坯料（2）取出，即制得Y2Ti2O7烧绿石块体。
5.按权利要求4所述Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是：步骤c中所述石英砂（1）的粒度不大于40目。
6.按权利要求4或5所述Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是：步骤a中所述氧化剂CuO替换为氧化剂Fe2O3或MoO3。
CN201410726678.8A 2014-12-04 2014-12-04 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法 Expired - Fee Related CN104528813B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410726678.8A CN104528813B (zh) 2014-12-04 2014-12-04 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410726678.8A CN104528813B (zh) 2014-12-04 2014-12-04 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104528813A true CN104528813A (zh) 2015-04-22
CN104528813B CN104528813B (zh) 2016-07-27

Family

ID=52844508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410726678.8A Expired - Fee Related CN104528813B (zh) 2014-12-04 2014-12-04 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104528813B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106448792A (zh) * 2016-10-11 2017-02-22 西南科技大学 一种榍石型人造岩石的制备方法
CN106986377A (zh) * 2017-04-14 2017-07-28 西南科技大学 一种Gd2Ti2‑xZrxO7烧绿石的自蔓延制备方法
CN109678551A (zh) * 2019-01-21 2019-04-26 河北工业大学 一种多孔烧绿石陶瓷复合材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101182199A (zh) * 2007-11-12 2008-05-21 南京工业大学 一种Y2O3－TiO2系微波介质陶瓷及其制备方法
CN102153342A (zh) * 2010-12-27 2011-08-17 南京工业大学 一种复合掺杂改性的Y2Ti2O7微波介质陶瓷材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101182199A (zh) * 2007-11-12 2008-05-21 南京工业大学 一种Y2O3－TiO2系微波介质陶瓷及其制备方法
CN102153342A (zh) * 2010-12-27 2011-08-17 南京工业大学 一种复合掺杂改性的Y2Ti2O7微波介质陶瓷材料

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANTONIO F. FUENTES等: "Synthesis of disordered pyrochlores, A2Ti2O7 (A = Y, Gd and Dy),by mechanical milling of constituent oxides", 《SOLID STATE SCIENCES》 *
SHMUEL HAYUN等: "Energetics of stepwise disordering transformation in pyrochlores, RE2Ti2O7 (RE = Y, Gd and Dy)", 《ACTA MATERIALIA》 *
TANJA BARUDŽIJA: "Structural and magnetic properties of mechanochemically synthesized nanosized yttrium titanate", 《HEM. IND.》 *
YUREN WEN等: "Innovative processing of high-strength and low-cost ferritic steels strengthened by Y–Ti–O nanoclusters", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106448792A (zh) * 2016-10-11 2017-02-22 西南科技大学 一种榍石型人造岩石的制备方法
CN106986377A (zh) * 2017-04-14 2017-07-28 西南科技大学 一种Gd2Ti2‑xZrxO7烧绿石的自蔓延制备方法
CN109678551A (zh) * 2019-01-21 2019-04-26 河北工业大学 一种多孔烧绿石陶瓷复合材料及其制备方法
CN109678551B (zh) * 2019-01-21 2021-04-20 河北工业大学 一种多孔烧绿石陶瓷复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104528813B (zh) 2016-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104496398B (zh) 一种钙钛锆石型人造岩石的制备方法
CN104844190B (zh) 一种氟磷灰石陶瓷固化体的制备方法
CN104528813B (zh) 一种Y2Ti2O7烧绿石的自蔓延高温合成与致密化方法
CN102775130B (zh) 一种用生活垃圾焚烧飞灰与磷矿尾矿制成的烧结砖及其制备方法
CN102643089A (zh) Gd2Zr2O7烧绿石基陶瓷的高温高压快速合成方法
CN105801161B (zh) 一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法
CN104282353A (zh) 放射性蒸残液固化用的地质水泥及其固化方法
CN102502491A (zh) 一种用于制取氢气的高活性水反应金属材料的制备
CN106007423A (zh) 电镀污泥资源化利用的方法
CN102908983A (zh) 一种微波低温造孔活化粒状赤泥制备多孔吸附材料的方法
Yahya et al. Reducing heavy metal element from coal bottom ash by using citric acid leaching treatment
CN104773754B (zh) 一种稀土钛酸盐烧绿石粉体的制备方法
CN102208225B (zh) 一种硅酸盐水泥固化放射性含硼蒸残液的方法
CN106986377A (zh) 一种Gd2Ti2‑xZrxO7烧绿石的自蔓延制备方法
CN103992095B (zh) 富钙钛锆石型人造岩石的自蔓延高温合成与致密化方法
CN106756361B (zh) 一种纳米晶镁铝基贮氢材料及制备方法
CN102208223A (zh) 一种锶铯共固化体的制备方法
CN103408304B (zh) 一种铈独居石陶瓷固化体的制备方法
CN102674356B (zh) 一种纳米富10b碳化硼粉体的制备方法
CN102268536A (zh) 一种赤泥快速还原焙烧炉及其焙烧方法
CN102839250B (zh) 一种在微波加热生产还原铁粉过程中同时收集优质煤气的方法
CN106935301A (zh) 一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法
CN104876534B (zh) 一种利用钨尾矿和钨矿废石制备蒸压砖的方法
CN107557644A (zh) 一种快速制备NbMoTaW难熔高熵合金材料的方法
CN104030288B (zh) 生产碳化钨的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160727

Termination date: 20171204