專利名稱：單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，屬于熒光材料及制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代信息社會，高溫精細陶瓷的用途相當(dāng)廣泛，開發(fā)、制備，工業(yè)化生產(chǎn) 高溫精細陶瓷材料一直是國際和國內(nèi)政府、企業(yè)與學(xué)術(shù)團體關(guān)注的熱點。單斜 相的鋇長石具有熱膨脹系數(shù)小，熔點高，化學(xué)穩(wěn)定性好，容易進行纖維增軔強 化等優(yōu)點，目前已作為優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)和功能材料基質(zhì)進入實用推廣，用于高 溫多層陶瓷基質(zhì)、壓電材料，陶瓷纖維增韌強化、高溫催化劑載體等電工、電
子和化工領(lǐng)域。2006年韓國學(xué)者研究成果進一步證明單斜相鋇長石為基體的稀 土離子或過渡金屬離子摻雜熒光粉具有潛在的照明、顯示方面的應(yīng)用價值。
同一化學(xué)組成式的鋇長石(BaAl2Si208)存在六方、單斜、四方等不同相 態(tài)，到目前，傳統(tǒng)合成單斜相鋇長石方法仍存在不足。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方法利用 碳酸鹽、氧化物等作為原料，直接固相合成得到的是六方相或帶少量單斜相的 六方相，必須將這些六方相前驅(qū)體在140(TC或更高的溫度上進行長時間煅燒才 能獲得純的單斜材料。這種兩步固相合成技術(shù)需要較長的加熱時間，需要能耐 1500度以上高溫的生產(chǎn)設(shè)備，此外維持長時間高溫需要輸入大量的熱量，而溫 度越高，通過熱輻射浪費的能源越多，這種巨大的能源消耗和浪費明顯不符合 目前廣泛提倡的節(jié)能經(jīng)濟的要求。
美國在1991年和2000年對利用三氟化鋁作為鋁源的固相法及溶膠凝膠法 進行專利保護，這兩個專利也分別申請了歐洲等國的專利保護，但是，禾U用三 氟化鋁作為鋁源，盡管把煅燒溫度降到90(TC，卻引入了強腐蝕性，強毒性的 氟離子，違背了精細陶瓷安全生產(chǎn)的基本要求。而溶膠凝膠法合成過程成本高， 而且它的煅燒溫度也只是降低到1200°C,工業(yè)化應(yīng)用仍有待改進。
2005年歐美國家又開發(fā)出離子交換一固相煅燒兩步法，其步驟是利用鈉基 分子篩與水溶液中的鋇離子進行離子交換，然后再高溫煅燒獲得產(chǎn)物。該方法 煅燒溫度也能降到120(TC，但鈉基分子篩和水溶液中的離子交換周期長，和工業(yè)化講究效率的觀點不適應(yīng)，此外產(chǎn)物中包含離子交換不徹底而殘余的鈉、鋰 等雜質(zhì)，難以獲得高純鋇長石產(chǎn)品。
超細粉體的發(fā)展使人們認(rèn)識到材料晶粒尺寸降低后，燒結(jié)的陶瓷機械強度 等性能將飛躍式增進，小粒徑粉體(直徑在微米、納米尺度)是增進陶瓷材料 性能的有效手段之一，因此開發(fā)能直接獲得超細粉粒產(chǎn)品的新型陶瓷制備方法， 可以進一步降低產(chǎn)品二次加工的成本，提供合成產(chǎn)品的性能。
盡管歐美日等國家己經(jīng)就單斜相鋇長石的制備進行了專利保護，但我國到 目前為止這方面的自主知識產(chǎn)權(quán)仍是空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，所涉及的鋇長石化學(xué)
式為BaAl2Si208，物相為單斜相。相比于已知的制備方法，本發(fā)明具有如下 優(yōu)越性，本發(fā)明涉及的制備方法所用原料廉價易得；生產(chǎn)工序基于現(xiàn)有工業(yè)生 產(chǎn)中非常成熟的水熱合成和固相煅燒過程；固相煅燒溫度和傳統(tǒng)合成的140CTC 以上相比，合適煅燒溫度為120(TC，與目前國際先進水平相同；產(chǎn)品為超細粉 粒；物相純度高，容易燒結(jié)作為高溫陶瓷材料用于熱沖擊、酸堿腐蝕等苛刻的 外界環(huán)境，滿足宇航、化工、能源等行業(yè)的需要，也可作為優(yōu)良發(fā)光材料基質(zhì) 進行發(fā)光離子(比如稀土、過渡金屬離子等)摻雜，獲得高光效熒光粉，用于 照明光源、光存儲、x—射線醫(yī)學(xué)成像、顯示儀器設(shè)備的顯示屏等領(lǐng)域。本發(fā)明 提出的制備路線便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且符合節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保及產(chǎn)物后續(xù)使用 前零處理的要求，具有潛在的經(jīng)濟價值。
本發(fā)明采用的化工原料包括碳酸鋇、氫氧化鋇或氧化鋇，氫氧化鋁和二氧 化硅?；ぴ系募兌瓤筛鶕?jù)產(chǎn)品純度要求進行選擇，工業(yè)純級別或以上均可。
本發(fā)明涉及的水熱一固相兩步法具體合成步驟如下
一、 水熱反應(yīng)獲取水熱前驅(qū)體
(1) 將碳酸鋇、氫氧化鋇或氧化鋇，氫氧化鋁和二氧化硅為原料按化學(xué)式
BaAl2Si20s稱取，加水混合均勻；
(2) 將上述混合液轉(zhuǎn)移入高壓反應(yīng)釜中；
(3) 反應(yīng)釜密封在150 30(TC下反應(yīng)完全，干燥產(chǎn)物。 上述反應(yīng)時間根據(jù)原料數(shù)量控制，以保證達到充分反應(yīng)即可。
二、 固相煅燒獲取單斜鋇長石成品
(1)上述步驟(3)產(chǎn)物放入坩堝在850 130(TC反應(yīng)完全，冷卻。上述反應(yīng)時間根據(jù)原料數(shù)量控制，以保證達到充分反應(yīng)即可。 本發(fā)明涉及的水熱一固相兩步法的要點說明如下
(1) 水熱合成溫度范圍是200-30CTC，水熱反應(yīng)條件溫和，對生產(chǎn)設(shè)備耐
壓、耐腐蝕要求低，水熱恒溫時間可以根據(jù)需要，從幾小時到幾天，不會改變 最終煅燒產(chǎn)物的化學(xué)組成和相態(tài)，但可以影響產(chǎn)物的分散性和顆粒大小，其影 響規(guī)律是隨著水熱恒溫時間的延長，分散性越好，顆粒度越小。
(2) 煅燒溫度范圍是850-1300°C，與傳統(tǒng)固相合成在120(TC仍為六方或 者才出現(xiàn)少量單斜物相相比，利用本發(fā)明技術(shù)獲得的水熱前驅(qū)體，在90(TC下 煅燒就可以獲得單斜物相，由于工業(yè)固相煅燒的共性，當(dāng)溫度比較低的時候， 內(nèi)外溫差小，傳熱速度慢，固相反應(yīng)進行緩慢，合成需要時間長，原料比較多 的時候費時就較多；另外，溫度過高，可以加快固相反應(yīng)速度，煅燒時間可以 縮短，但是卻提高了生產(chǎn)成本，造成能源浪費，過高的煅燒溫度是沒有必要的。 因此，實際生產(chǎn)中可根據(jù)原料數(shù)量和生產(chǎn)時間要求進行恒溫溫度的選擇和恒溫 時間的調(diào)整。
(3) 在原料用量過多可能引起混合不均勻或者生產(chǎn)設(shè)備需要在比較低的溫 度下生產(chǎn)時，采取多次煅燒的方法可提高生產(chǎn)效率，多次煅燒方法如下將前 一次煅燒的產(chǎn)品攪拌混勻，再進行煅燒。由于產(chǎn)物粉末細膩不結(jié)塊，因此容易 混勻， 一般2 — 3次煅燒即可。


圖1:水熱前驅(qū)體90(TC煅燒反應(yīng)不完全的產(chǎn)物粉末衍射譜圖，顯示產(chǎn)物主 要是六方相的鋇長石，但是己經(jīng)出現(xiàn)可觀的單斜相(用方框圈出的部分為單斜 相的譜圖)。
圖2:水熱前驅(qū)體120(TC煅燒反應(yīng)完全的產(chǎn)物粉末衍射譜圖，顯示產(chǎn)物為 純的單斜鋇長石。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不僅限于下述實施例。 實施例1
按產(chǎn)物化學(xué)組成式分別稱取分析純的碳酸鋇(BaC03)、氫氧化鋁 (A1(0H)3)、 二氧化硅(Si02) 0.987、 0.780、 0.601克，在去離子水中磁攪拌20分鐘左右，所得渾濁液直接轉(zhuǎn)移入不銹鋼高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)套 中，加水到總體積為內(nèi)套體積的3/4;隨后將反應(yīng)釜密封放于烘箱，由室溫升到
260°C，恒溫8小時進行水熱反應(yīng)，然后關(guān)掉烘箱電源，自動冷卻到室溫。將反 應(yīng)釜開蓋倒出產(chǎn)物，放置澄清后，倒掉上層清液以縮短干燥時間，然后在干燥 箱中控溫7CTC干燥后即得水熱前驅(qū)體產(chǎn)物。
所得水熱前驅(qū)體放入30x30規(guī)格的氧化鋁坩堝中，接著放入馬弗爐內(nèi)，從 室溫升到1200'C，恒溫8個小時，隨后自然冷卻到室溫，即得最終產(chǎn)物單斜相 鋇長石。
實施例2
按產(chǎn)物化學(xué)組成式分別稱取分析純的氫氧化鋇(Ba (OH) 2)、氫氧化鋁 (A1(0H)3)、 二氧化硅(Si02) 0.857、 0.780、 0.601克，在去離子水中磁攪 拌20分鐘左右，所得渾濁液直接轉(zhuǎn)移入不銹鋼高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)套 中，加水到總體積為內(nèi)套體積的3/4;隨后將反應(yīng)釜密封放于烘箱，由室溫升到 260°C，恒溫8小時，然后關(guān)掉烘箱電源，自動冷卻到室溫。將反應(yīng)釜開蓋倒出 產(chǎn)物，放置澄清后，倒掉上層清液以縮短干燥時間，然后在干燥箱中控溫70'C 干燥后即得水熱前驅(qū)體產(chǎn)物。
所得水熱前驅(qū)體放入30x30規(guī)格的氧化鋁坩堝中，接著放入馬弗爐內(nèi)，從 室溫升到90(TC，恒溫6個小時，隨后自然冷卻到室溫，再重新攪拌粉料，二 次煅燒，90(TC恒溫6個小時即得最終產(chǎn)物單斜相鋇長石。
實施例3
按產(chǎn)物化學(xué)組成式分別稱取分析純的氧化鋇(BaO)、氫氧化鋁(A1(0H)3)、 二氧化硅(Si02) 0.767、 0.780、 0.601克，在去離子水中磁攪拌20分鐘左右，
所得渾濁液直接轉(zhuǎn)移入不銹鋼高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)套中，加水到總體積 為內(nèi)套體積的3/4;隨后將反應(yīng)釜密封放于烘箱，由室溫升到230°C，恒溫8 小時，然后關(guān)掉烘箱電源，自動冷卻到室溫。將反應(yīng)釜開蓋倒出產(chǎn)物，放置澄 清后，倒掉上層清液以縮短干燥時間，然后在干燥箱中控溫7(TC干燥后即得水 熱前驅(qū)體產(chǎn)物。
所得水熱前驅(qū)體放入30x30規(guī)格的氧化鋁坩堝中，接著放入馬弗爐內(nèi)，從 室溫升到120(TC，恒溫8個小時，隨后自然冷卻到室溫，即得最終產(chǎn)物單斜相 鋇長石。
權(quán)利要求
1、單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，其特征在于以碳酸鋇、氫氧化鋇或氧化鋇，氫氧化鋁和二氧化硅為原料按化學(xué)式BaAl2Si2O8配比，先用水熱反應(yīng)獲取水熱前驅(qū)體再進行固相煅燒。
2、 按權(quán)利要求1所述的單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，其特征在于所 述的水熱反應(yīng)包括下述步驟(1) 原料加水混合均勻轉(zhuǎn)移入反應(yīng)釜中；(2) 反應(yīng)釜密封在150 30(TC下反應(yīng)完全，干燥產(chǎn)物。
3、 按權(quán)利要求1所述的單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，其特征在于所 述的固相煅燒條件為鍛燒溫度為850 1300°C。
4、 按權(quán)利要求2所述的單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，其特征在于所 述的反應(yīng)時間根據(jù)原料數(shù)量控制，以保證達到充分反應(yīng)。
5、 按權(quán)利要求3所述的單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，其特征在于所 述的反應(yīng)時間根據(jù)原料數(shù)量控制，以保證達到充分反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及單斜相鋇長石陶瓷材料的制備方法，屬于熒光材料及制備領(lǐng)域。本發(fā)明是以碳酸鋇、氫氧化鋇或氧化鋇，氫氧化鋁和二氧化硅為原料按化學(xué)式BaAl₂Si₂O₈配比，先用水熱反應(yīng)獲取水熱前驅(qū)體再進行固相煅燒。本發(fā)明具有節(jié)能，經(jīng)濟，簡便，產(chǎn)物單一，粉末為超細粉粒等優(yōu)點，可作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和電子陶瓷以滿足宇航、化工、能源等行業(yè)的需要，本發(fā)明制備的材料也可作為優(yōu)良發(fā)光材料基質(zhì)用于照明、顯示等領(lǐng)域。
文檔編號C04B35/195GK101318813SQ20081003979
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者趙景泰, 陳昊鴻 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所