CN112142463B - 热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用 - Google Patents

热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112142463B
CN112142463B CN202011054288.2A CN202011054288A CN112142463B CN 112142463 B CN112142463 B CN 112142463B CN 202011054288 A CN202011054288 A CN 202011054288A CN 112142463 B CN112142463 B CN 112142463B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zro
raw materials
ball milling
temperature
grinding
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202011054288.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112142463A (zh
Inventor
丁艺
段涛
旦辉
江正迪
鲜强
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 CN202011054288.2A priority Critical patent/CN112142463B/zh
Publication of CN112142463A publication Critical patent/CN112142463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112142463B publication Critical patent/CN112142463B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：步骤一、将两种原料ZrO2和SiO2混合后进行研磨；步骤二、将研磨后的原料烘干；步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28～35MPa，温度为1400～1600℃条件下煅烧1～6h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。本发明在较低温度及较短时间下，可制得高合成率、高致密性及高强度的陶瓷固化基材，该方法大大提高陶瓷合成率、致密性及强度，同时大大降低合成温度及缩短合成时间，节能高效，并且采用该方法对放射性核素进行固化，其放射性核素浸出率低，固化体具有较好的化学稳定性。

Description

热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固 化的应用
技术领域
本发明属于放射性核素固化技术领域，具体为一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用。
背景技术
高放废物（HLW）因存在放射性水平高、半衰期长、生物毒性大、释热量高、产生高能粒子及成份复杂等特点，其处理处置尤为棘手。固化-深地质处置是当前国际普遍认同的高放废物处理处置策略，是一项复杂的系统工程，尚有大量科学及技术问题亟待研究。高放废物具有核素种类多、组分复杂（常含有大量裂变产物、后处理过程添加的化学成分等）及波动性大等特点。这就对高放废物固化基材提出了苛刻的要求，尤其是要求对核素种类、价态等具有良好的适应性。
锆石（ZrSiO4）被认为是人造岩石（陶瓷）固化锕系核素的候选基材。综合国内外学者和项目组前期研究发现，ZrSiO4对特定核素（U、Pu 等）和模拟核素（Nd、La、Ce 及 Eu 等）具有一定的固化能力。然而，单相ZrSiO4陶瓷对固化处理核素具有较高的针对性，很难实现复杂组分放射性废物的同时固化处理，不具备良好的适应性，且核素固溶量也偏低。同时，ZrSiO4陶瓷固化体的合成相当困难，目前，主要采用传统高温固相法合成，存在烧结温度高（1550-1700 ℃）、耗时（>48 h）以及致密性差等问题。在实际高放废物固化处理过程中，固化体合成温度过高存在诸多不利。一方面，固化处理温度太高会造成低熔点放射性核素挥发，产生气溶胶，导致二次污染，不利于高放废物的有效固化处理；另一方面，高的固化处理温度对设备要求高，工艺苛刻。这些均严重制约高放废物陶瓷固化的工程化应用。
开发适合同时固化复杂组分废物兼具良好固化能力及综合稳定性的固化基材，以及快速、高效且具有工程化应用前景的陶瓷固化体合成新方法，是当前高放废物处理处置研究领域的难点和瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用。本发明针对单相ZrSiO4陶瓷核素适应性差、固溶量低，以及传统制备方法存在高温、耗时等问题，采用热压烧结方法制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷固化基材，具有低温、快速及高效等优点。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
步骤一、将两种原料ZrO2和SiO2混合后进行研磨；
步骤二、将研磨后的原料烘干；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28~35MPa，温度为1400~1600℃条件下煅烧1~6h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
优选的是，所述步骤一中ZrO2与SiO2的摩尔比为1~1.4:1。
优选的是，所述步骤一中的研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇中的任意一种；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2~2.5:0.8~1.5:1~1.2；研磨的时间为5~8小时；球磨采用的转速为200~500r/min。
优选的是，所述分散介质为醚与水的配制的混合液；所述醚为乙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丁二醇单甲醚中的任意一种；所述醚与水的质量比为1~4:1。
优选的是，所述步骤二中，烘干的温度为85~100℃，烘干时间为5~8小时。
优选的是，所述步骤一中的研磨为低温球磨，其方法为：将两种原料ZrO2和SiO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨5~8小时；将球磨后的粉体置于120~160℃的环境中进行氮脱附处理1~2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与两种原料的质量比为5~8:1；所述氧化锆磨球的直径为2~7mm；球磨采用的转速为200~500r/min。
本发明还提供一种采用如上述的方法对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、将原料ZrO2、SiO2和CeO2混合后进行研磨；
步骤Ⅱ、将研磨后的原料烘干；
步骤Ⅲ、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28~35MPa，温度为1400~1600℃条件下煅烧1~6h，得到0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体，其中，0≤x+y≤1。
优选的是，所述步骤Ⅰ中，CeO2、ZrO2和SiO2的摩尔比为0.01~1:0.1~1:1。
优选的是，所述步骤Ⅰ中的研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为醚与水的配制的混合液；所述醚为乙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丁二醇单甲醚中的任意一种；所述醚与水的质量比为1~4:1；所述研磨介质、三种原料、分散介质的质量比为2~2.5:0.8~1.5:1~1.2；研磨的时间为5~8小时；球磨采用的转速为200~500r/min；所述步骤Ⅱ中，烘干的温度为85~100℃，烘干时间为5~8小时。
优选的是，所述步骤Ⅰ中的研磨为低温球磨，其方法为：将原料ZrO2、SiO2和CeO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨5~8小时；将球磨后的粉体置于120~160℃的环境中进行氮脱附处理1~2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与三种原料的质量比为5~8:1；所述氧化锆磨球的直径为2~7mm；球磨采用的转速为200~500r/min。
本发明至少包括以下有益效果：本发明在较低温度及较短时间下，可制得高合成率、高致密性及高强度的陶瓷固化基材，该方法大大提高陶瓷合成率、致密性及强度，同时大大降低合成温度及缩短合成时间，节能高效，并且采用该方法对放射性核素进行固化，其放射性核素浸出率低，固化体具有较好的化学稳定性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明不同温度下（实施例1~3）热压烧结ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的XRD图谱；
图2为为不同烧结方法（实施例3和对比例3）制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的XRD图谱；
图3本发明热压烧结法（实施例3）制备样品的SEM照片；
图4为传统高温固相法（对比例3）制备样品的SEM照片；
图5为本发明热压烧结方法（实施例10）与传统高温固相法（对比例4）所制备的固化体中Ce的浸出率比较图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为乙醇；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1400℃条件下煅烧1h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
实施例2：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为乙醇；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1500℃条件下煅烧1h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
实施例3：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为乙醇；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1600℃条件下煅烧1h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
图1为不同温度下（实施例1~3）热压烧结ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的XRD图谱，从图中可以看出，随烧结温度的升高，ZrSiO4相的特征峰增强，烧结条件为1600℃，1h时，ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的形成率最高（约96%）。
实施例4：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；所述分散介质为醚与水的配制的混合液；所述醚为乙二醇单甲醚；所述醚与水的质量比为2:1；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1500℃条件下煅烧1h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
实施例5：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨为低温球磨，其方法为：将两种原料ZrO2和SiO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨6小时；将球磨后的粉体置于120℃的环境中进行氮脱附处理2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与两种原料的质量比为6:1；所述氧化锆磨球的直径为4mm；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1400℃条件下煅烧1h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
实施例6：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨为低温球磨，其方法为：将两种原料ZrO2和SiO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨6小时；将球磨后的粉体置于120℃的环境中进行氮脱附处理2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与两种原料的质量比为6:1；所述氧化锆磨球的直径为4mm；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1500℃条件下煅烧1h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
对比例1：
一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为乙醇；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h后压制成圆片，将其放入高温马弗炉中1400℃进行高温烧结，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
对比例2：
一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为乙醇；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h后压制成圆片，将其放入高温马弗炉中1500℃进行高温烧结，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
对比例3：
一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
步骤一、将两种原料14.786g ZrO2和6.008g SiO2混合后进行研磨；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为乙醇；所述研磨介质、两种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h后压制成圆片，将其放入高温马弗炉中1600℃进行高温烧结，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷。
图2示出了不同烧结方法（实施例3和对比例3）制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的XRD图谱，烧结条件为1600℃，1h时，本发明的热压烧结方法所制备的ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷较传统高温固相法具有更高的合成率（约96%）。
图3本发明热压烧结法（实施例3）制备样品的SEM照片；图4为传统高温固相法（对比例3）制备样品的SEM照片；从图3和图4中可看出，烧结条件为1600℃，1h时，本发明的热压烧结方法所制备的ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷较传统高温固相法具有更好的致密性。
表1为实施例1~6和对比例1~3制备的ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的强度的测试结果，从表1中可以看出。烧结条件为1600℃，1h时，本发明的热压烧结方法（实施例1~3）所制备的ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的强度远高于传统高温固相法（对比例1~3）。随烧结温度的升高，ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的强度增大，并且通过改变研磨方法，采用低温研磨得到的ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的强度增大。
表1
实施例 强度
1 1080 Kg/mm<sup>2</sup>
2 1190 Kg/mm<sup>2</sup>
3 1350 Kg/mm<sup>2</sup>
4 1225 Kg/mm<sup>2</sup>
5 1251 Kg/mm<sup>2</sup>
6 1315 Kg/mm<sup>2</sup>
对比例1 780 Kg/mm<sup>2</sup>
对比例2 930 Kg/mm<sup>2</sup>
对比例3 1060 Kg/mm<sup>2</sup>
实施例7~22：
一种采用热压烧结的方法对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：
步骤一、将原料 ZrO2、 SiO2和CeO2混合后进行研磨（原料用量如表2所示）；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为醚与水的配制的混合液；所述醚为乙二醇单甲醚；所述醚与水的质量比为2:1；所述研磨介质、三种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1600℃条件下煅烧1h，得到0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体；
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例23：
一种采用热压烧结的方法对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：
步骤一、将原料 ZrO2、 SiO2和CeO2混合后进行研磨（原料用量如表2实施例10所示）；研磨为低温球磨，其方法为：将原料ZrO2、SiO2和CeO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨6小时；将球磨后的粉体置于120℃的环境中进行氮脱附处理2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与三种原料的质量比为6:1；所述氧化锆磨球的直径为4mm；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1600℃条件下煅烧1h，得到0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体；该固化体中Ce的浸出率（42天）为0.8×10- 7g m-2 d-1）。
实施例24：
一种采用热压烧结的方法对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：
步骤一、将原料 ZrO2、 SiO2和CeO2混合后进行研磨（原料用量如表2实施例10所示）；研磨为低温球磨，其方法为：将原料ZrO2、SiO2和CeO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨8小时；将球磨后的粉体置于150℃的环境中进行氮脱附处理1小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与三种原料的质量比为5:1；所述氧化锆磨球的直径为2mm；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为30MPa，温度为1600℃条件下煅烧1h，得到0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体，该固化体中Ce的浸出率（42天）为0.8×10- 7g m-2 d-1）。
对比例4：
一种采用热压烧结的方法对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：
步骤一、将原料 ZrO2、 SiO2和CeO2混合后进行研磨（原料用量如表2所示）；其中，研磨采用湿法球磨，湿法球磨采用的研磨介质为氧化锆球，采用的分散介质为醚与水的配制的混合液；所述醚为乙二醇单甲醚；所述醚与水的质量比为2:1；所述研磨介质、三种原料、分散介质的质量比为2.5:1:1.2；研磨的时间为6小时；球磨采用的转速为200r/min；
步骤二、将研磨后的原料在100℃下烘干6h后压制成圆片，将其放入高温马弗炉中1600℃进行高温烧结，得到0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体。
图5为本发明热压烧结方法（实施例10）与传统高温固相法（对比例4）所制备0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体中Ce的浸出率比较图，从图5中可以看出，本发明热压烧结方法所制备的固化体中Ce的浸出率（1.5×10-7g m-2 d-1）远低于传统高温固相法所制备（1.6×10-6 g m-2 d-1）。该结果表明，本发明热压烧结方法所制备固化体具有较好的化学稳定性。
其中，固化体的浸出实验过程为：采用静态浸出试验（MCC-1）的方法获得固化体的浸出率数据。制备的固化体被悬挂于100毫升装有去离子水的聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，反应釜置于烘箱中。根据GB7023-86，使用MCC-1方法，在40℃条件下，不同间隔时间（1，3，7，14，21，28，35和42天）进行固化体浸出试验。Ce离子浓度（Ci）用感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，安捷伦7700x，安捷伦，美国）进行分析。元素的归一化浸出率 (LRi, g m-2d-1 )由以下等式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
式中，Ci是元素i在溶液中的浓度(g/m3)，V是浸出液的体积(m3)，S是陶瓷的表面积(m2)，fi是元素i的在陶瓷中的质量分数（(wt.%)）和tn为浸出时间（d）。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将两种原料ZrO2和SiO2混合后进行研磨；
步骤二、将研磨后的原料烘干；
步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28~35MPa，温度为1400~1600℃条件下煅烧1~6h，得到ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷；
所述步骤一中的研磨为低温球磨，其方法为：将两种原料ZrO2和SiO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨5~8小时；将球磨后的粉体置于120~160℃的环境中进行氮脱附处理1~2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与两种原料的质量比为5~8:1；所述氧化锆磨球的直径为2~7mm；球磨采用的转速为200~500r/min。
2.如权利要求1所述的热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤一中ZrO2与SiO2的摩尔比为1~1.4:1。
3.如权利要求1所述的热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤二中，烘干的温度为85~100℃，烘干时间为5~8小时。
4.一种采用如权利要求1~3任一项所述的方法对放射性核素固化的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、将原料ZrO2、SiO2和CeO2混合后进行研磨；
步骤Ⅱ、将研磨后的原料烘干；
步骤Ⅲ、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28~35MPa，温度为1400~1600℃条件下煅烧1~6h，得到0.2Zr1-xCexO2/Zr1-yCeySiO4固化体，其中，0≤x+y≤1；
所述步骤Ⅰ中的研磨为低温球磨，其方法为：将原料ZrO2、SiO2和CeO2混合后加入到球磨罐中，同时加入氧化锆磨球，向球磨罐中通入液氮，使原料以及氧化锆磨球全部浸没在液氮中，并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定；恒温15分钟后开始球磨，球磨5~8小时；将球磨后的粉体置于120~160℃的环境中进行氮脱附处理1~2小时，得到研磨后的原料；所述氧化锆磨球与三种原料的质量比为5~8:1；所述氧化锆磨球的直径为2~7mm；球磨采用的转速为200~500r/min。
5.如权利要求4所述的对放射性核素固化的应用，其特征在于，所述步骤Ⅰ中，CeO2、ZrO2和SiO2的摩尔比为0.01~1:0.1~1:1。
6.如权利要求4所述对放射性核素固化的应用，其特征在于，所述步骤Ⅱ中，烘干的温度为85~100℃，烘干时间为5~8小时。
CN202011054288.2A 2020-09-29 2020-09-29 热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用 Expired - Fee Related CN112142463B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011054288.2A CN112142463B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011054288.2A CN112142463B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112142463A CN112142463A (zh) 2020-12-29
CN112142463B true CN112142463B (zh) 2022-05-06

Family

ID=73894461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011054288.2A Expired - Fee Related CN112142463B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112142463B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113480308B (zh) * 2021-07-02 2022-07-19 中南大学 一种耐高温抗烧蚀低温化学键合磷酸基可陶瓷化材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1555949A (zh) * 2004-01-08 2004-12-22 北京科技大学 一种液氮低温球磨制备纳米粉体的方法
CN101345095A (zh) * 2008-08-23 2009-01-14 西南科技大学 一种放射性核废物模拟物质的固化方法
CN102930915A (zh) * 2012-10-24 2013-02-13 西南科技大学 一种放射性废物固化体的制备方法
CN103041896A (zh) * 2012-12-28 2013-04-17 武汉理工大学 氧化锡锑纳米粉体的低温球磨制备方法
CN109133954A (zh) * 2018-11-14 2019-01-04 福建省德化龙辉陶瓷有限公司 一种高韧性耐火日用陶瓷及其制备方法
WO2020138316A1 (ja) * 2018-12-27 2020-07-02 クラレノリタケデンタル株式会社 歯科用に好適なジルコニア仮焼体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1555949A (zh) * 2004-01-08 2004-12-22 北京科技大学 一种液氮低温球磨制备纳米粉体的方法
CN101345095A (zh) * 2008-08-23 2009-01-14 西南科技大学 一种放射性核废物模拟物质的固化方法
CN102930915A (zh) * 2012-10-24 2013-02-13 西南科技大学 一种放射性废物固化体的制备方法
CN103041896A (zh) * 2012-12-28 2013-04-17 武汉理工大学 氧化锡锑纳米粉体的低温球磨制备方法
CN109133954A (zh) * 2018-11-14 2019-01-04 福建省德化龙辉陶瓷有限公司 一种高韧性耐火日用陶瓷及其制备方法
WO2020138316A1 (ja) * 2018-12-27 2020-07-02 クラレノリタケデンタル株式会社 歯科用に好適なジルコニア仮焼体

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effect of sintering aids on the microstructure and oxidation behavior of hot pressed zirconium silicate ceramic;Huang, Shifeng等;《CERAMICS INTERNATIONAL》;20170131;第43卷(第1期);第875-879页 *
hase evolution and chemical stability of the Nd2O3-ZrO2-SiO2 system synthesized by a novel hydrothermal-assisted sol-gel process;Ding, Yi等;《JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS》;20181130;第510卷;第10-18页 *
Zircon-zirconia (ZrSiO4-ZrO2) dense ceramic composites by spark plasma sintering;Rendtorff, NM等;《JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY》;20120430;第32卷(第4期);第787-793页 *
ZrO2-ZrSiO4复合陶瓷制备与表征;丁艺等;《武汉理工大学学报》;20160229;第36页第1-2段、第37页1.1-1.3节、第38页倒数第1段 *
丁艺等.ZrO2-ZrSiO4复合陶瓷制备与表征.《武汉理工大学学报》.2016,第36-39页. *
热压烧结掺钕钛酸盐组合矿物固化体及其浸出性能;陈雅斓等;《材料工程》;20150520;第60页左栏倒数第2段 *
锆石固化核素机理与稳定性研究;段涛等;《中国化学会第五届全国核化学与放射化学青年学术研讨会论文摘要集》;20190717;第84-86页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112142463A (zh) 2020-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111533557B (zh) 一种焦绿石型高熵氧化物固化体及其制备方法
CN102779561B (zh) 一种烧绿石型稀土锆酸盐固化锕系核素的方法
CN111039674B (zh) 一种固化trpo模拟废物的锆酸钆陶瓷及其制备方法
CN104844190B (zh) 一种氟磷灰石陶瓷固化体的制备方法
CN110734283B (zh) 新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料的制备方法
CN109592982A (zh) 一种碳化硼核中子吸收材料及制备方法
CN101345095A (zh) 一种放射性核废物模拟物质的固化方法
CN102530942A (zh) 利用含锆有机物前驱体合成碳化锆粉体材料的制备方法
CN114560699A (zh) 一种中高熵陶瓷材料及其制备方法与应用
CN112142463B (zh) 热压烧结制备ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用
CN108658602A (zh) 一种金刚石碳化硼复合材料的制备方法
CN106116568A (zh) 一种锆酸钆陶瓷的快速制备方法
CN103408304B (zh) 一种铈独居石陶瓷固化体的制备方法
CN102730756A (zh) 一种烧绿石型稀土锆酸盐的制备方法
CN107500775B (zh) 用于放射性石墨固化处理的SiC基复相陶瓷固化体的制备方法
CN104291762A (zh) 放射性废树脂固化用化学键合胶凝材料及其固化方法
CN112125281B (zh) 一种使用共沉淀结合熔盐法制备镧系氧化物材料的方法及其应用
CN110606664B (zh) 一步法制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的方法
Shi et al. High density nano-grained Gd2Zr2O7 ceramic prepared by combined cold and microwave sintering
CN110310753B (zh) 利用钙钛矿结构氧化物固化放射性核素裂变产物铯的方法
CN114195486B (zh) 一种一步法制备MgO-Nd2Zr2O7型复相陶瓷惰性燃料基材的方法
CN112225461B (zh) 锆石基硼硅酸盐玻璃陶瓷制备方法及对放射性核素固化的应用
CN111233336B (zh) 一种锶、铯玻璃陶瓷共固化体的低温制备方法
Zhang et al. Rapid preparation of traditional and high-entropy garnet ceramics by SPS at low temperature with ultrafast densification
CN105970608B (zh) 一种基于浆料涂覆法制备碳化钛包覆碳纤维的方法

Legal Events

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

Granted publication date: 20220506