CN1140703A - 高纯度单斜相偏锆酸锂陶瓷材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属陶瓷材料的制备方法，具体涉及一种高纯度单斜相偏锆酸锂陶瓷材料的制备方法。其工艺主要步骤为原料混合，加入乙醇或甲醇或水，超声波混匀，电炉上烘干，再经二级焙烧即得产品，此新工艺生产的产品，比其它工艺生产的产品纯度高，工艺路线可靠，操作方便。
Description
本发明属陶瓷材料的制备方法领域。具体涉及一种高纯度单斜相偏锆酸锂(Li2ZrO3)陶瓷材料的制备方法。
目前已有的制备单斜相Li2ZrO3陶瓷材料的方法可分为干法和湿法两种工艺过程，见1988年美国出版的＂Fusion technology＂p1009，文献名称为：＂Proparation characterization and properties ofH2ZrO3 Fabricated from Li2CO3 and ZrO2＂已有的干法制备过程如下：1.将Li2CO3粉末重量为14.771～14.779克，ZrO2粉末重量为24.641～24.649克，经5～10小时球磨干混后，在电炉中700℃焙烧3小时，然后在800℃电炉中焙烧3小时，通入氮气，流量为200～400ml/分自然冷却至室温，即制成Li2ZrO3材料。产品中含ZrO2杂质较高，含量为5～15wt％。此技术的缺点为：1.产品纯度不高。2.工艺过程不够合理，可靠性差。
本发明的目的在于提供一种制备高纯度Li2ZrO3陶瓷材料，可靠性好的新的工艺。
本发明的技术方案如下：
1.原料为化学纯Li2CO3粉末14.771g～14.779g，ZrO2粉末24.641g～24.649g，放入容器中混合。
2.加入乙醇量为600ml，或加入甲醇代替乙醇，甲醇量也为600ml，或加入水代替乙醇，水量也为600ml搅拌均匀。
3.放入超声波发生器中，打开超声波15～20分钟，条件为：常用的超声波发生器，在强烈的超声波振动下，粉末颗粒在溶剂中作随机振动，使原料混合均匀。
4.置电炉上加热，温度为95～100℃时间2～3小时，不停地搅拌，转速为1～3次/秒，使湿混合料在沸腾过程中干燥，防止密度较大的ZrO2颗料沉入混料的底部，导致原料分布不均。
5.将干燥的混料在玛瑙研钵中研磨后，放入Al2O3坩埚中，将坩埚放入电阻炉中，时间2～2.5小时内，炉温从室温逐新升到645～655℃，保温10～15小时。
在保温阶段炉内通入N2或空气，流量为300～350ml/分，以排除反应时放出的CO2气体。然后再在1～1.5小时内逐渐将温度从650±5℃升到950±10℃，保温3～3.5小时。然后自然冷却到室温，即可得到高纯度单斜相Li2ZrO3陶瓷材料。
本发明的效果如下：
1.在本工艺的加热反应阶段。首先将混料在650±5℃下保温10～15小时。在该温度下原料Li2CO3和ZrO2反应生成Li2ZrO3并放出CO2气体。但在650±5℃下固相反应生成的Li2ZrO3晶相为正方相，且经XRD测定样品中含有相当数量的非晶态。由于非晶态在某种意义上类似于液体，有利于分子的热扩散和反应的充分完成。在通常的干法工艺过程中，反应温度较高(大于650℃)，生成物为单斜相Li2ZrO3和正方相Li2ZrO3的混合物，没有任何非晶态生成物。随着生成物的增加，反应过程受到阻碍最后生成物中总是含有一定量的ZrO2杂质。同时生成物中还可能含有Li6Zr2O7杂质。本工艺过程成功地利用了含有部分非晶态的正方相Li2ZrO3中间产物，避免了ZrO2和Li6Zr2O7杂质的产生，然后中间产物在950±10℃下相变成为高纯度单斜晶Li2ZrO3材料，因此本发明制备的单斜相Li2ZrO3陶瓷材料，经X射线衍射(XRD)检测，实验条件为X射线的波长为1.54A°，Cu靶，加速电压为40KV，电流为20mA。结果Li2ZrO3含量为大于98％，比已有技术Li2ZrO3含量85～95％。要高得多。
2.本发明的工艺路线可靠性好，操作方便。
实施例1.
1.称取14.777克化学Li2CO3粉末和24.644克ZrO2粉末，倒入烧杯中。
2.在烧杯中加入300ml乙醇。用不锈钢勺搅拌均匀后放入超声波清洗槽中。开动超声波15分钟。
3.将烧杯放在电炉上煮沸。用不锈钢勺不停地搅拌混料，直到溶剂蒸发完为止。
4.取出烧杯中的混料在研钵中磨碎后放进Al2O3坩埚中。将坩埚放入电阻炉中。用2小时将温度升高到650℃保温10小时。再用1小时将温度升高到950℃保温3小时后自由冷却到室温。
5.取出坩埚就得到20余克的高纯度单斜相Li2ZrO3陶瓷材料。
实施例2.
1.称取7.389克化学纯Li2CO3粉末和12.322克ZrO2粉末，倒入烧杯中。
2.加入150ml甲醇，搅拌均匀，放入超声波清洗槽中，开动超声波15分钟。
其他步骤同实施例1。
实施例3.
1.称取29.555克化学纯Li2CO3粉末和49.288克ZrO2粉末，倒入烧杯中。
2.加入600ml水，搅拌均匀，放入超声波清洗槽中，开动超声波15分钟。
其他步骤同实施例1。
Claims (5)
1.一种高纯度单斜相偏锆酸锂陶瓷材料的制备方法，包括干料混合，一级焙烧，其特征在于：制备工艺为：
(1)在混合后的干料中加入乙醇，加入量为每摩尔原料3～3.5升。然后搅拌均匀，放入超声波发生器清洗槽中，超声波混合15～20分钟。
(2)置电炉上加热并不停搅拌，直至干燥。
(3)研磨后置于电阻炉内进行二级焙烧。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于乙醇可用甲醇代替，加入甲醇量为每摩尔原料3～3.5升。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于乙醇可用水代替，加入水的量为每摩尔原料3～3.5升。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：二级焙烧为：
(1)在两小时内逐渐将炉温升到550±5℃。保温10～15小时，同时向炉内通入N2或空气，流量为300～350ml/分。
(2)在1小时内逐渐将炉温升至950±10℃，保温3～3.5小时，然后自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：一级焙烧的最佳温度和时间为：在2～2.5小时内将炉温升到650±5℃，保温10～15小时，二级焙烧的最佳温度和时间为在1～1.5小时内将炉温从650±5℃升至950±10℃，保温3～3.5小时。
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