CN110154201B - 陶瓷微球、悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷微球、悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法及装置，所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法包括：将含有光固化剂的陶瓷浆液非连续性滴入到悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴；再采用紫外线照射所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，形成陶瓷微球坯体；再将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体；再将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球。本发明的技术方案使得制备的陶瓷微球形貌、尺寸以及内部结构更加可控，且使得陶瓷微球的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化以及能够制备出具有微米级以下粒径的陶瓷微球。

Description

陶瓷微球、悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法及装置

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种陶瓷微球、悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法及装置。

背景技术

陶瓷微球是指粒径为微米至毫米级别的无机非金属烧结体，呈球体或近似球体，有致密和多孔微球等多种形式。单分散性毫米级的陶瓷微球在核反应堆、复合材料、催化、分离提纯、医药等方面有着广泛的应用。含锂的陶瓷微球可以作为一种固体氚增值剂，具有使用方便，热性能和机械性能良好的优点。陶瓷微球还可作为塑料、橡胶、尼龙制品的增强填充料，可使填充均匀。陶瓷微球还可作为一种压力支撑剂加压于地下油田层，可明显提高石油开采效率。具有一定空隙的陶瓷微球还可以作为催化剂载体用于化工生产。不同的用途对陶瓷微球的材质、密度、球径和球形度等也有不同要求。

陶瓷微球的常用制备方法主要有乳化-化学交联法、乳化-溶剂蒸发法、溶胶-凝胶法及喷雾干燥法。前两种方法适合于有机物占主要成分的小粒径复合微球制备，溶胶-凝胶法制备的微球强度较差。现阶段生物陶瓷微球常用喷雾干燥方法制备，它是将原料配制成一定性能的浆料，用雾化器分散成雾滴，并通过热空气(或其它气体)与雾滴直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种工艺过程，但此工艺需要专用设备，球粒直径分布范围较大，并且易得到蘑菇状或畸形微球颗粒。因此，以上各种方法在制备陶瓷微球时都存在一定的缺点。

因此，如何对现有陶瓷微球的制备工艺进行改进，以使得制备的陶瓷微球的结构更加可控成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷微球、悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法及装置，使得制备的陶瓷微球形貌、尺寸以及内部结构更加可控，且使得陶瓷微球的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化以及能够制备出具有微米级以下粒径的陶瓷微球。

为实现上述目的，本发明提供了一种悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，包括：

步骤S1，制备含有光固化剂的陶瓷浆液；

步骤S2，将所述陶瓷浆液非连续性滴入到粘稠度高于所述陶瓷浆液的悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴；

步骤S3，紫外线照射所述悬浮剂中的所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，进而保存所述球形液滴的球形状态，形成陶瓷微球坯体；

步骤S4，将所述陶瓷微球坯体和所述悬浮剂分离开，将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体；

步骤S5，将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球。

可选的，在所述步骤S1中，将陶瓷原料粉体、溶剂、分散剂和所述光固化剂放入研磨罐内，经搅拌和/或研磨混合，形成所述陶瓷浆液。

可选的，在所述步骤S1中，将所述陶瓷原料粉体、溶剂、分散剂和光固化剂放入研磨罐内，经卧式旋转研磨混合1h～10h，形成所述陶瓷浆液；所述陶瓷原料粉体的浓度为10wt％～90wt％；所述溶剂的浓度为10wt％～90wt％；所述光固化剂的浓度为0.1wt％～30wt％。

可选的，所述陶瓷原料粉体包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、氧化镁、氧化锆、氧化铝、氧化硅和氮化硅中的一种或至少两种的组合；所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、异丙醇和乙酸乙酯中的一种或至少两种的组合；所述分散剂包括聚乙二醇、硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸铵中的一种或至少两种的组合；所述光固化剂包括光敏树脂和光引发剂；所述悬浮剂包括二甲基硅油、石蜡油、聚硅氧烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种的组合。

可选的，在所述步骤S1中，所述陶瓷浆液中混有造孔剂，以使得所述步骤S5中的所述陶瓷微球具有多孔结构；所述陶瓷微球中的微孔直径小于10μm以及宏孔直径大于100μm。

可选的，在所述步骤S2中，采用选择性液体滴注装置或者选择性液体喷雾装置将所述陶瓷浆液非连续性滴入所述悬浮剂中，且在所述非连续性滴入的过程中保持盛放所述悬浮剂的透明器皿以能够避免滴入的所述陶瓷浆液的液滴之间重叠的速度平移旋转。

可选的，在所述步骤S2中，在将所述陶瓷浆液非连续性滴入所述悬浮剂中之前，首先，根据所述步骤S5中所述陶瓷微球的直径大小的要求，计算出所述选择性液体滴注装置或所述选择性液体喷雾装置的排出所述陶瓷浆液的出口大小；然后，根据所述计算的结果调整所述选择性液体滴注装置或所述选择性液体喷雾装置的所述出口的大小。

可选的，在所述步骤S4中，采用过筛的方式将所述陶瓷微球坯体与所述悬浮剂分离开，并将所述陶瓷微球坯体在60℃～80℃的温度下烘干20h～28h；排胶温度为200℃～600℃，持续时间为24h～72h，以去除85％～95％的有机成分，得到所述陶瓷微球前驱体。

可选的，在所述步骤S5中，烧结温度为900℃～1500℃，持续时间为2h～6h，使得所述陶瓷微球前驱体中的陶瓷晶体熔融粘结形成所述陶瓷微球。

本发明还提供了一种悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，包括：

浆液储存舱，具有第一舱体、第一舱盖以及浆液成滴板，所述第一舱体用于存储陶瓷浆液，所述第一舱盖设置于所述第一舱体顶端并与所述第一舱体构成空腔，所述第一舱盖上设置有浆液入口，所述浆液入口与所述空腔连通以向所述第一舱体中引入所述陶瓷浆液，所述浆液成滴板设置于所述空腔内并设置有用于使所述陶瓷浆液非连续性滴落的浆液穿出孔；

悬浮成球舱，具有第二舱体、紫外光发射器以及微球运输机构，所述第二舱体用于存储悬浮剂，且所述第二舱体的顶端与所述浆液成滴板连接以接收所述浆液成滴板滴落的陶瓷浆液液滴，所述紫外光发射器设置于所述第二舱体底端，所述微球运输机构设置于所述第二舱体底部并用于收集和运输所述第二舱体中形成的陶瓷微球坯体；

球液分离舱，设置于所述悬浮成球舱的侧壁外且通过舱间通道与所述悬浮成球舱连通，所述球液分离舱内设置有微球滤板，所述微球滤板与所述微球运输机构连接并用于将所述微球运输机构运输的所述陶瓷微球坯体与所述悬浮剂分离，所述球液分离舱上还设置有微球出口，所述微球出口用于将所述微球滤板分离出来的所述陶瓷微球坯体排出收集。

可选的，所述第一舱盖上还设置有气压入口，所述气压入口与所述空腔连通以向所述第一舱体中引入气体，所述第一舱体的内侧壁上设置有浆面传感器和压力传感器，所述第二舱体的内侧壁上设置有液面传感器，所述浆面传感器用于监测所述第一舱体中存储的所述陶瓷浆液的液面高度，所述压力传感器用于监测所述空腔中的气压大小，所述液面传感器用于监测所述第二舱体中的悬浮剂的液面高度。

可选的，还包括液循环装置，所述液循环装置具有浮液回收管和浮液回收泵，所述浮液回收管分别与所述球液分离舱和所述第二舱体连通，所述浮液回收泵与所述浮液回收管连接并用于驱动所述球液分离舱中分离出来的所述悬浮剂通过所述浮液回收管回收到所述第二舱体中。

可选的，所述球液分离舱具有第三舱体和第二舱盖，所述第二舱盖设置于所述第三舱体顶端并与所述第三舱体构成另一空腔，所述第三舱体和所述第二舱体之间建立有所述舱间通道，所述微球出口设置在所述第三舱体的侧壁上；所述第三舱体的位于所述微球出口下方的侧壁或者所述第三舱体的底壁上设有悬浮剂出口，所述第二舱体的侧壁上设有悬浮剂入口，所述浮液回收管通过所述悬浮剂出口与所述第三舱体连通；所述浮液回收管通过所述悬浮剂入口与所述第二舱体连通。

可选的，还包括中央控制器，所述中央控制器与所述浆面传感器信号连接，以通过所述浆面传感器输出的信息调节所述第一舱体内的所述陶瓷浆液的液面高度；所述中央控制器与所述压力传感器信号连接，以通过所述压力传感器输出的信息调节所述第一舱体内的气压大小；所述中央控制器与所述液面传感器和所述浮液回收泵信号连接，以通过所述液面传感器输出的信息调节所述浮液回收泵驱动所述悬浮剂的回收量；所述中央控制器与所述浆液成滴板信号连接，以调节所述浆液穿出孔的大小。

可选的，还包括微球收集机构，所述微球收集机构通过所述微球出口与所述球液分离舱连通并用于收集从所述微球出口排出的所述陶瓷微球坯体。

本发明还提供了一种陶瓷微球，采用本发明提供的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法制备得到，或者，采用本发明提供的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置制备得到。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，通过将含有光固化剂的陶瓷浆液非连续性滴入到粘稠度高于所述陶瓷浆液的悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴；再采用紫外线照射所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，进而保存所述球形液滴的球形状态，形成陶瓷微球坯体；再将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体；再将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球，使得制备的所述陶瓷微球化学成分稳定，污染几率少；也使得制备的陶瓷微球粒度均一、形貌一致以及结构可控；也使得制备的陶瓷微球具有高孔隙率和高连通性。

2、本发明的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，通过将浆液储存舱的第一舱体中的陶瓷浆液从浆液成滴板上的浆液穿出孔非连续性滴落到悬浮成球舱的第二舱体中，并将滴落的陶瓷浆液液滴在紫外光发射器的作用下形成为陶瓷微球坯体，陶瓷微球坯体通过微球运输机构收集和运输到球液分离舱内的微球滤板上，再将从微球滤板分离出来的陶瓷微球坯体排出收集，使得陶瓷微球的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化，且能够制备出具有微米级以下粒径的陶瓷微球。

3、本发明的陶瓷微球，由于采用本发明提供的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法制备得到，使得制备的所述陶瓷微球化学成分稳定，污染几率少；也使得制备的陶瓷微球粒度均一、形貌一致以及结构可控；也使得制备的陶瓷微球具有高孔隙率和高连通性；或者，由于采用本发明提供的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置制备得到，使得所述陶瓷微球的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化，且能够制备出具有微米级以下粒径的所述陶瓷微球。

附图说明

图1是本发明一实施例的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法的流程图；

图2是本发明一实施例的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置示意图。

其中，附图1～2的附图标记说明如下：

10-浆液储存舱；11-第一舱体；12-第一舱盖；13-浆液入口；14-气压入口；15-浆液成滴板；151-浆液穿出孔；16-浆面传感器；17-压力传感器；20-悬浮成球舱；21-第二舱体；22-紫外光发射器；23-微球运输机构；24-液面传感器；30-球液分离舱；31-第三舱体；32-第二舱盖；33-舱间通道；34-微球滤板；35-微球出口；40-液循环装置；41-悬浮剂出口；42-浮液回收泵；43-浮液回收管；44-悬浮剂入口；45-盖子；50-中央控制器；60-陶瓷浆液液滴；70-球形液滴；80-陶瓷微球坯体。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1和图2对本发明提出的陶瓷微球、悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法及装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，参阅图1，图1是本发明一实施例的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法的流程图，所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法包括以下步骤：

步骤S1，制备含有光固化剂的陶瓷浆液；

步骤S2，将所述陶瓷浆液非连续性滴入到粘稠度高于所述陶瓷浆液的悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴；

步骤S3，紫外线照射所述悬浮剂中的所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，进而保存所述球形液滴的球形状态，形成陶瓷微球坯体；

步骤S4，将所述陶瓷微球坯体和所述悬浮剂分离开，将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体；

步骤S5，将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球。

下面更为详细的介绍本实施例提供的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法：

首先，按照步骤S1，制备含有光固化剂的陶瓷浆液。具体地，将陶瓷原料粉体、溶剂、分散剂和所述光固化剂放入研磨罐内，经搅拌或研磨混合，或者依次经过搅拌和研磨，形成所述陶瓷浆液。当采用研磨的方法时，可以将所述陶瓷原料粉体、溶剂、分散剂和光固化剂放入研磨罐内，经卧式旋转研磨混合1h～10h(例如为2h、5h、9h等)，形成所述陶瓷浆液，所述陶瓷浆液的流动性很好。其中，所述陶瓷原料粉体的浓度为10wt％～90wt％(例如为20wt％、50wt％、80wt％等)；所述溶剂的浓度为10wt％～90wt％(例如为20wt％、50wt％、80wt％等)；所述光固化剂的浓度为0.1wt％～30wt％(例如为1wt％、5wt％、20wt％等)，此处的陶瓷原料粉体的浓度指陶瓷原料粉体作为溶质时，溶质重量占溶液总重量的百分比。

所述陶瓷原料粉体包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、氧化镁、氧化锆、氧化铝、氧化硅和氮化硅中的一种或至少两种的组合；所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、异丙醇和乙酸乙酯中的一种或至少两种的组合；所述分散剂包括聚乙二醇、硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸铵中的一种或至少两种的组合；所述光固化剂包括光敏树脂和光引发剂；所述悬浮剂包括二甲基硅油、石蜡油、聚硅氧烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种的组合。其中，所述光敏树脂可以包括环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和丙烯酸树脂中的一种或至少两种的组合，所述光引发剂可以包括苯偶姻、苯偶姻醚、苯偶酰缩酮、1-羟基环己基苯乙酮和4-苯基二苯丙酮中的一种或至少两种的组合。可以通过调节所述陶瓷浆液中采用的原料成分控制步骤S5中的所述陶瓷微球的化学组成及性能。

另外，所述陶瓷浆液中可以混有造孔剂，以使得所述步骤S5中的所述陶瓷微球具有多孔结构；所述陶瓷微球包含微孔和宏孔，微孔直径小于10μm，宏孔直径大于100μm。配制混有所述造孔剂的所述陶瓷浆液的步骤包括：将造孔剂颗粒加入到所述陶瓷浆液中进行充分搅拌或研磨，以使得所述造孔剂颗粒均匀分散在所述陶瓷浆液中。

可以通过调节所述陶瓷浆液中含有的所述光固化剂和所述造孔剂的剂量及形态控制步骤S5中的所述陶瓷微球的内部结构(即微孔和宏孔的数量和形态)以及力学性能。

然后，按照步骤S2，将所述陶瓷浆液非连续性滴入到粘稠度高于所述陶瓷浆液的悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴。可以采用选择性液体滴注装置或者选择性液体喷雾装置将所述陶瓷浆液非连续性滴入所述悬浮剂中，且在所述非连续性滴入的过程中保持盛放所述悬浮剂的透明器皿以能够避免滴入的所述陶瓷浆液的液滴之间重叠的速度平移旋转。其中，所述选择性液体喷雾装置也可以将所述陶瓷浆液非连续性喷洒到所述悬浮剂中，盛放所述悬浮剂的透明器皿可以是长圆柱状的玻璃器皿。所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中下沉速度缓慢，以使得所述陶瓷浆液的液滴能够逐步转变为球形液滴。可以通过调节所述悬浮剂的粘度以及所述陶瓷浆液的液滴滴入位置与步骤S3中的紫外线发出位置之间的距离控制步骤S5中的所述陶瓷微球的形貌。

另外，在将所述陶瓷浆液非连续性滴入所述悬浮剂中之前，首先，根据所述步骤S5中所述陶瓷微球的直径大小的要求，计算出所述选择性液体滴注装置或所述选择性液体喷雾装置的排出所述陶瓷浆液的出口大小；然后，根据所述计算的结果调整所述选择性液体滴注装置或所述选择性液体喷雾装置的所述出口的大小。排出所述陶瓷浆液的出口可以是圆形或多边形等，当排出所述陶瓷浆液的出口为圆形时，出口直径大小可以为1μm～10mm(例如10μm、100μm、1mm、9mm等)。通过调节排出所述陶瓷浆液的出口的大小，可以调节所述陶瓷浆液的液滴的大小，进而控制所述步骤S5中所述陶瓷微球的尺寸大小。

然后，按照步骤S3，紫外线照射所述悬浮剂中的所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，进而保存所述球形液滴的球形状态，形成陶瓷微球坯体。采用的紫外线光源的波长为200nm～320nm(例如为220nm、254nm、300nm等)，紫外线照射时间为1h～5h(例如为2h、4h等)。

然后，按照步骤S4，将所述陶瓷微球坯体和所述悬浮剂分离开，将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体。具体地，采用过筛的方式将所述陶瓷微球坯体与所述悬浮剂分离开，并将所述陶瓷微球坯体在60℃～80℃(例如为65℃、70℃、75℃等)的温度下烘干20h～28h(例如为21h、25h、27h等)；排胶温度为200℃～600℃(例如为300℃、400℃、500℃等)，持续时间为24h～72h(例如为30h、50h、70h等)，以去除85％～95％(例如为87％、90％、93％等)的有机成分，得到所述陶瓷微球前驱体。

最后，按照步骤S5，将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球。烧结温度为900℃～1500℃(例如为1000℃、1200℃、1400℃等)，持续时间为2h～6h(例如为3h、4h、5h等)，使得所述陶瓷微球前驱体中的陶瓷晶体熔融粘结形成所述陶瓷微球。

采用上述步骤S1至步骤S5的方法可以制备毫米、微米或者亚微米级的所述陶瓷微球，也可以制备具有密质结构或多孔结构或混合型结构(即同时包含密质和多孔结构)的所述陶瓷微球。而且，采用上述步骤S1至步骤S5的方法使得制备的所述陶瓷微球化学成分稳定，污染几率少；也使得制备的陶瓷微球粒度均一、形貌一致以及结构可控；也使得制备的陶瓷微球具有高孔隙率和高连通性。

综上所述，本发明的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，包括：步骤S1，制备含有光固化剂的陶瓷浆液；步骤S2，将所述陶瓷浆液非连续性滴入到粘稠度高于所述陶瓷浆液的悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴；步骤S3，紫外线照射所述悬浮剂中的所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，进而保存所述球形液滴的球形状态，形成陶瓷微球坯体；步骤S4，将所述陶瓷微球坯体和所述悬浮剂分离开，将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体；步骤S5，将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球。本发明的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法使得制备的所述陶瓷微球化学成分稳定，污染几率少；也使得制备的陶瓷微球粒度均一、形貌一致以及结构可控；也使得制备的陶瓷微球具有高孔隙率和高连通性。

本发明一实施例提供一种悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，参阅图2，图2是本发明一实施例的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置示意图，从图2中可看出，所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置包括浆液储存舱10、悬浮成球舱20和球液分离舱30，所述浆液储存舱10具有第一舱体11、第一舱盖12以及浆液成滴板15，所述第一舱体11用于存储陶瓷浆液，所述第一舱盖12设置于所述第一舱体11顶端并与所述第一舱体11构成空腔，所述第一舱盖12上设置有浆液入口13，所述浆液入口13与所述空腔连通以向所述第一舱体11中引入所述陶瓷浆液，所述浆液成滴板15设置于所述空腔内并设置有用于使所述陶瓷浆液非连续性滴落的浆液穿出孔151；所述悬浮成球舱20具有第二舱体21、紫外光发射器22以及微球运输机构23，所述第二舱体21用于存储悬浮剂，且所述第二舱体21的顶端与所述浆液成滴板15连接以接收所述浆液成滴板15滴落的陶瓷浆液液滴60，所述紫外光发射器22设置于所述第二舱体21底端，所述微球运输机构23设置于所述第二舱体21底部并用于收集和运输所述第二舱体21中形成的陶瓷微球坯体80；所述球液分离舱30设置于所述悬浮成球舱20的侧壁外且通过舱间通道33与所述悬浮成球舱20连通，所述球液分离舱30内设置有微球滤板34，所述微球滤板34与所述微球运输机构23连接并用于将所述微球运输机构23运输的所述陶瓷微球坯体80与所述悬浮剂分离，所述球液分离舱30上还设置有微球出口35，所述微球出口35用于将所述微球滤板34分离出来的所述陶瓷微球坯体80排出收集。

下面参阅图2对所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置进行详细说明：

所述浆液储存舱10具有第一舱体11、第一舱盖12以及浆液成滴板15，所述第一舱体11用于存储陶瓷浆液，所述第一舱盖12设置于所述第一舱体11顶端并与所述第一舱体11构成空腔，所述第一舱盖12上设置有浆液入口13，所述浆液入口13与所述空腔连通以向所述第一舱体11中引入所述陶瓷浆液，所述浆液成滴板15设置于所述空腔内并设置有用于使所述陶瓷浆液非连续性滴落的浆液穿出孔151。所述浆液成滴板15可以设置在所述空腔的底端或者靠近所述空腔的底端处，取决于所述空腔的高度。

所述第一舱盖12上还设置有气压入口14，所述气压入口14与所述空腔连通以向所述第一舱体11中引入气体，进而调节所述第一舱体11内的气压大小。通过调节所述第一舱体11内的气压大小，能够控制从所述浆液穿出孔151滴落的陶瓷浆液液滴60的量和大小以及滴落速度。

所述第一舱体11的内侧壁上还设置有浆面传感器16和压力传感器17，所述浆面传感器16用于监测所述第一舱体11中存储的所述陶瓷浆液的液面高度，并将监测到的所述陶瓷浆液的液面高度信息传输给中央控制器50；所述压力传感器17用于监测所述空腔中的气压大小(即所述第一舱体内11的气压值)，并将监测到的气压值信息传输给中央控制器50。

所述悬浮成球舱20具有第二舱体21、紫外光发射器22以及微球运输机构23，所述第二舱体21用于存储悬浮剂，且所述第二舱体21的顶端与所述浆液成滴板15连接以接收所述浆液成滴板15滴落的陶瓷浆液液滴60，所述紫外光发射器22设置于所述第二舱体21底端，所述微球运输机构23设置于所述第二舱体21底部并用于收集和运输所述第二舱体21中形成的陶瓷微球坯体80。

在所述第二舱体21中形成所述陶瓷微球坯体80的过程为：所述陶瓷浆液液滴60进入到所述第二舱体21内的所述悬浮剂中，逐步下沉而转变为球形液滴70；在所述紫外光发射器22发射的紫外线的照射下，激发了所述球形液滴70中的光固化剂固化，保存了所述球形液滴70的球形状态，进而形成陶瓷微球坯体80；所述陶瓷微球坯体80再通过所述微球运输机构23收集并运输到下一环节。可以通过调节所述悬浮剂的液面高度以及所述悬浮剂的液面与所述紫外光发射器22之间的距离控制所述陶瓷微球坯体80的形貌。

所述微球运输机构23可以是具有一定倾斜角度的微球滑板。所述第二舱体21可以是具有透明舱壁的圆柱形腔体，所述紫外光发射器22可以设置于所述第二舱体21的底端外部，所述紫外光发射器22透过透明的所述第二舱体21的底壁向所述第二舱体21中发射紫外光；或者，所述紫外光发射器22设置于所述第二舱体21的底端内部。

所述第二舱体21的内侧壁上设置有液面传感器24，所述液面传感器24用于监测所述第二舱体21内的所述悬浮剂的液面高度，并将监测到的所述悬浮剂的液面高度信息传输给中央控制器50。

所述球液分离舱30设置于所述悬浮成球舱20的侧壁外且通过舱间通道33与所述悬浮成球舱20连通，所述球液分离舱30内设置有微球滤板34，所述微球滤板34与所述微球运输机构23连接并用于将所述微球运输机构23运输的所述陶瓷微球坯体80与所述悬浮剂分离，所述球液分离舱30上还设置有微球出口35，所述微球出口35用于将所述微球滤板34分离出来的所述陶瓷微球坯体80排出，以将分离出来的所述陶瓷微球坯体80收集起来。所述微球滤板34分离出来的所述悬浮剂的量比较少，可以通过人工的方式从所述球液分离舱30中取出并回填到所述悬浮成球舱20的第二舱体21中重复使用。其中，所述球液分离舱30具有第三舱体31和第二舱盖32，所述第二舱盖32设置于所述第三舱体31顶端并与所述第三舱体31构成另一空腔，所述第三舱体31和所述第二舱体21之间建立有所述舱间通道33，所述微球出口35设置在所述第三舱体31的侧壁上。

所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置还包括液循环装置40，所述液循环装置40具有浮液回收管43和浮液回收泵42，所述浮液回收管43分别与所述球液分离舱30和所述第二舱体21连通，所述浮液回收泵42与所述浮液回收管43连接并用于驱动所述球液分离舱30中分离出来的所述悬浮剂通过所述浮液回收管43回收到所述第二舱体21中。

另外，所述第三舱体31的位于所述微球出口35下方的侧壁或者所述第三舱体31的底壁上设有悬浮剂出口41，所述第二舱体21的侧壁上设有悬浮剂入口44，所述浮液回收管43通过所述悬浮剂出口41与所述第三舱体31连通，以将回收的所述悬浮剂从所述第三舱体31中运输出来；所述浮液回收管43通过所述悬浮剂入口44与所述第二舱体21连通，以将回收的所述悬浮剂运输到所述第二舱体21中。或者，所述浮液回收管43的一端进入所述第三舱体31中，所述浮液回收管43的另一端进入所述第二舱体21中。

当所述浮液回收管43上还设置有除了与所述第三舱体31以及与所述第二舱体21连通的端口以外的其它端口时，所述浮液回收管43上还可设置有盖子45，以将所述浮液回收管43上的所述其它端口封上，或者通过所述其它端口向所述浮液回收管43中加入所述悬浮剂，进而将所述悬浮剂通过与所述第二舱体21连通的端口运输到所述第二舱体21中。

所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置还包括中央控制器50，所述中央控制器50与所述浆面传感器16信号连接，以通过所述浆面传感器16输出的信息调节所述第一舱体11内的所述陶瓷浆液的液面高度，即通过所述浆面传感器16输出的信息自动调节从所述浆液入口13向所述第一舱体11内引入的所述陶瓷浆液的量；所述中央控制器50与所述压力传感器17信号连接，以通过所述压力传感器17输出的信息调节所述第一舱体11内的气压大小，即通过所述压力传感器17输出的信息自动调节从所述气压入口14向所述第一舱体11中引入或排出的气体的量，进而控制从所述浆液成滴板15上的浆液穿出孔151滴落的陶瓷浆液液滴60的量和大小以及滴落速度；所述中央控制器50与所述液面传感器24和浮液回收泵42信号连接，以通过所述液面传感器24输出的信息调节所述浮液回收泵42驱动所述悬浮剂的回收量，进而使得所述第二舱体21内的所述悬浮剂的液面达到所需位置；所述中央控制器50与所述浆液成滴板15信号连接，以调节所述浆液穿出孔151的大小，进而调节从所述浆液穿出孔151滴落的陶瓷浆液液滴60的量和大小。所述中央控制器50还可控制所述浆液入口13和所述微球出口35的大小，以分别控制所述陶瓷浆液从所述浆液入口13流入所述第一舱体11中的速度以及控制所述陶瓷微球坯体80从所述微球出口35排出时的速度。

所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置还包括微球收集机构(未图示)，所述微球收集机构通过所述微球出口35与所述球液分离舱30连通并用于收集从所述微球出口35排出的所述陶瓷微球坯体80。

从上述说明可知，所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置使得制备所述陶瓷微球的过程中最关键的所述陶瓷微球坯体的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化，进而使得所述陶瓷微球的制备也能够标准化、系统化、自动化和规模化，且能够制备出具有微米级以下粒径的所述陶瓷微球。

综上所述，本发明的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，包括：浆液储存舱，具有第一舱体、第一舱盖以及浆液成滴板，所述第一舱体用于存储陶瓷浆液，所述第一舱盖设置于所述第一舱体顶端并与所述第一舱体构成空腔，所述第一舱盖上设置有浆液入口，所述浆液入口与所述空腔连通以向所述第一舱体中引入所述陶瓷浆液，所述浆液成滴板设置于所述空腔内并设置有用于使所述陶瓷浆液非连续性滴落的浆液穿出孔；悬浮成球舱，具有第二舱体、紫外光发射器以及微球运输机构，所述第二舱体用于存储悬浮剂，且所述第二舱体的顶端与所述浆液成滴板连接以接收所述浆液成滴板滴落的陶瓷浆液液滴，所述紫外光发射器设置于所述第二舱体底端，所述微球运输机构设置于所述第二舱体底部并用于收集和运输所述第二舱体中形成的陶瓷微球坯体；球液分离舱，设置于所述悬浮成球舱的侧壁外且通过舱间通道与所述悬浮成球舱连通，所述球液分离舱内设置有微球滤板，所述微球滤板与所述微球运输机构连接并用于将所述微球运输机构运输的所述陶瓷微球坯体与所述悬浮剂分离，所述球液分离舱上还设置有微球出口，所述微球出口用于将所述微球滤板分离出来的所述陶瓷微球坯体排出收集。本发明的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置使得陶瓷微球的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化，且能够制备出具有微米级以下粒径的陶瓷微球。

本发明一实施例提供一种陶瓷微球，采用本发明提供的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法制备得到，使得制备的所述陶瓷微球化学成分稳定，污染几率少；也使得制备的陶瓷微球粒度均一、形貌一致以及结构可控；也使得制备的陶瓷微球具有高孔隙率和高连通性。或者，采用本发明提供的所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置制备得到，使得所述陶瓷微球的制备能够标准化、系统化、自动化和规模化，且能够制备出具有微米级以下粒径的所述陶瓷微球。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，其特征在于，包括：

浆液储存舱，具有第一舱体、第一舱盖以及浆液成滴板，所述第一舱体用于存储陶瓷浆液，所述第一舱盖设置于所述第一舱体顶端并与所述第一舱体构成空腔，所述第一舱盖上设置有浆液入口，所述浆液入口与所述空腔连通以向所述第一舱体中引入所述陶瓷浆液，所述浆液成滴板设置于所述空腔内并设置有用于使所述陶瓷浆液非连续性滴落的浆液穿出孔；

悬浮成球舱，具有第二舱体、紫外光发射器以及微球运输机构，所述第二舱体用于存储悬浮剂，且所述第二舱体的顶端与所述浆液成滴板连接以接收所述浆液成滴板滴落的陶瓷浆液液滴，所述紫外光发射器设置于所述第二舱体底端，所述微球运输机构设置于所述第二舱体底部并用于收集和运输所述第二舱体中形成的陶瓷微球坯体；

球液分离舱，设置于所述悬浮成球舱的侧壁外且通过舱间通道与所述悬浮成球舱连通，所述球液分离舱内设置有微球滤板，所述微球滤板与所述微球运输机构连接并用于将所述微球运输机构运输的所述陶瓷微球坯体与所述悬浮剂分离，所述球液分离舱上还设置有微球出口，所述微球出口用于将所述微球滤板分离出来的所述陶瓷微球坯体排出收集。

2.如权利要求1所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，其特征在于，所述第一舱盖上还设置有气压入口，所述气压入口与所述空腔连通以向所述第一舱体中引入气体，所述第一舱体的内侧壁上设置有浆面传感器和压力传感器，所述第二舱体的内侧壁上设置有液面传感器，所述浆面传感器用于监测所述第一舱体中存储的所述陶瓷浆液的液面高度，所述压力传感器用于监测所述空腔中的气压大小，所述液面传感器用于监测所述第二舱体中的悬浮剂的液面高度。

3.如权利要求2所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，其特征在于，还包括液循环装置，所述液循环装置具有浮液回收管和浮液回收泵，所述浮液回收管分别与所述球液分离舱和所述第二舱体连通，所述浮液回收泵与所述浮液回收管连接并用于驱动所述球液分离舱中分离出来的所述悬浮剂通过所述浮液回收管回收到所述第二舱体中。

4.如权利要求3所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，其特征在于，所述球液分离舱具有第三舱体和第二舱盖，所述第二舱盖设置于所述第三舱体顶端并与所述第三舱体构成另一空腔，所述第三舱体和所述第二舱体之间建立有所述舱间通道，所述微球出口设置在所述第三舱体的侧壁上；所述第三舱体的位于所述微球出口下方的侧壁或者所述第三舱体的底壁上设有悬浮剂出口，所述第二舱体的侧壁上设有悬浮剂入口，所述浮液回收管通过所述悬浮剂出口与所述第三舱体连通；所述浮液回收管通过所述悬浮剂入口与所述第二舱体连通。

5.如权利要求3所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，其特征在于，还包括中央控制器，所述中央控制器与所述浆面传感器信号连接，以通过所述浆面传感器输出的信息调节所述第一舱体内的所述陶瓷浆液的液面高度；所述中央控制器与所述压力传感器信号连接，以通过所述压力传感器输出的信息调节所述第一舱体内的气压大小；所述中央控制器与所述液面传感器和所述浮液回收泵信号连接，以通过所述液面传感器输出的信息调节所述浮液回收泵驱动所述悬浮剂的回收量；所述中央控制器与所述浆液成滴板信号连接，以调节所述浆液穿出孔的大小。

6.如权利要求1至5中任一项所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置，其特征在于，还包括微球收集机构，所述微球收集机构通过所述微球出口与所述球液分离舱连通并用于收集从所述微球出口排出的所述陶瓷微球坯体。

7.一种悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，采用如权利要求1至6中任一项所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置执行，所述悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法包括：

步骤S1，制备含有光固化剂的陶瓷浆液；

步骤S2，将所述陶瓷浆液非连续性滴入到粘稠度高于所述陶瓷浆液的悬浮剂中，且所述陶瓷浆液的液滴在所述悬浮剂中逐步下沉而转变为球形液滴；

步骤S3，紫外线照射所述悬浮剂中的所述球形液滴，以激发所述球形液滴中的所述光固化剂固化，进而保存所述球形液滴的球形状态，形成陶瓷微球坯体；

步骤S4，将所述陶瓷微球坯体和所述悬浮剂分离开，将分离出来的所述陶瓷微球坯体烘干并排胶去除有机成分，得到陶瓷微球前驱体；

步骤S5，将所述陶瓷微球前驱体高温烧结，得到陶瓷微球。

8.如权利要求7所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将陶瓷原料粉体、溶剂、分散剂和所述光固化剂放入研磨罐内，经搅拌和/或研磨混合，形成所述陶瓷浆液。

9.如权利要求8所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将所述陶瓷原料粉体、溶剂、分散剂和光固化剂放入研磨罐内，经卧式旋转研磨混合1h~10h，形成所述陶瓷浆液；所述陶瓷原料粉体的浓度为10wt%~90wt%；所述溶剂的浓度为10wt%~90wt%；所述光固化剂的浓度为0.1wt%~30wt%。

10.如权利要求8或9所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，所述陶瓷原料粉体包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、氧化镁、氧化锆、氧化铝、氧化硅和氮化硅中的一种或至少两种的组合；所述溶剂包括水、乙醇、乙二醇、异丙醇和乙酸乙酯中的一种或至少两种的组合；所述分散剂包括聚乙二醇、硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸铵中的一种或至少两种的组合；所述光固化剂包括光敏树脂和光引发剂；所述悬浮剂包括二甲基硅油、石蜡油、聚硅氧烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种的组合。

11.如权利要求7所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述陶瓷浆液中混有造孔剂，以使得所述步骤S5中的所述陶瓷微球具有多孔结构；所述陶瓷微球中的微孔直径小于10µm以及宏孔直径大于100µm。

12.如权利要求7所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用选择性液体滴注装置或者选择性液体喷雾装置将所述陶瓷浆液非连续性滴入所述悬浮剂中，且在所述非连续性滴入的过程中保持盛放所述悬浮剂的透明器皿以能够避免滴入的所述陶瓷浆液的液滴之间重叠的速度平移旋转。

13.如权利要求12所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在将所述陶瓷浆液非连续性滴入所述悬浮剂中之前，首先，根据所述步骤S5中所述陶瓷微球的直径大小的要求，计算出所述选择性液体滴注装置或所述选择性液体喷雾装置的排出所述陶瓷浆液的出口大小；然后，根据所述计算的结果调整所述选择性液体滴注装置或所述选择性液体喷雾装置的所述出口的大小。

14.如权利要求7所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，采用过筛的方式将所述陶瓷微球坯体与所述悬浮剂分离开，并将所述陶瓷微球坯体在60℃~80℃的温度下烘干20h~28h；排胶温度为200℃~600℃，持续时间为24h~72h，以去除85%~95%的有机成分，得到所述陶瓷微球前驱体。

15.如权利要求7所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，烧结温度为900℃~1500℃，持续时间为2h~6h，使得所述陶瓷微球前驱体中的陶瓷晶体熔融粘结形成所述陶瓷微球。

16.一种陶瓷微球，其特征在于，采用权利要求7所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的方法制备得到，或者，采用权利要求1至6中任一项所述的悬浮光固化法制备陶瓷微球的装置制备得到。

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