專利名稱：一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有抗水化性能的無機(jī)粉體的制備方法，尤其是一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
合金鑄件的復(fù)雜內(nèi)腔主要通過使用預(yù)制的陶瓷型芯來成型，并待鑄件鑄成后設(shè)法脫除。其工藝流程如下陶芯制備、含陶芯的蠟?zāi)Ｖ苽洹⒅茪?、型殼脫蠟和焙燒、合金澆鑄、脫芯。隨著我國發(fā)展大型飛機(jī)項(xiàng)目和各種新型發(fā)動機(jī)研制項(xiàng)目的啟動，鈦合金精密鑄件的形體和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，往往帶有復(fù)雜內(nèi)腔，對型芯的綜合性能尤其是脫芯性能提出了更高的要求。
目前，研究較為廣泛的氧化鋁、氧化硅基陶瓷型芯，因型芯材料不具備對熔融鈦合金良好的化學(xué)反應(yīng)惰性且脫芯困難不適合應(yīng)用于鈦合金精鑄領(lǐng)域。氧化鈣與熔融鈦合金在高溫下具有較高的化學(xué)反應(yīng)惰性，因具有遇水易水化的特點(diǎn)而具備相對優(yōu)良的脫芯性能。 因其上述性能，引起了相關(guān)科研人員的關(guān)注，如公開號CN 102531648A的中國發(fā)明專利申請公開了一種鈦合金鑄造用氧化鈣基體陶瓷型芯及制備方法，其包括有下列重量百分比的成分1. O 15%的二氧化鋯、O. 5 10. 0%的氧化釔、O. 05 O. 1%的氧化釷和余量的氧化鈣。該專利中氧化鈣的含量為74. 9 98. 45wt%,由于在鈦合金精密鑄造工藝較為復(fù)雜，從含陶芯的蠟?zāi)Ｖ苽涞胶辖鸬臐沧r間一般均在兩周以上，型芯在使用過程中要與水基涂料相接觸。上述專利制備出的型芯遇水后即發(fā)生水化反應(yīng)而造成型芯的潰散，因此，上述型芯難以實(shí)際應(yīng)用于鈦合金精密鑄造領(lǐng)域。公開號CN 1793033A的中國發(fā)明專利申請公開了一種鈦合金精密鑄造用陶瓷型芯材料，主體成分為氧化鋯，其含量為60 85wt%，其中氧化鈣的含量為4 20wt%。目前，型芯的脫芯工藝主要有機(jī)械力破壞脫芯、化學(xué)腐蝕脫芯、 機(jī)械力破壞與化學(xué)腐蝕相結(jié)合，對于復(fù)雜形狀的型芯很難進(jìn)行機(jī)械力破壞脫除只能采用化學(xué)腐蝕脫芯方法。上述型芯中氧化鋯的含量較多，氧化鋯又是一種穩(wěn)定的化合物，不溶于酸堿溶液，因此，型芯的脫芯困難，且由于型芯中含有一定量的氧化鈣，型芯同樣面臨著在使用過程中水化問題。
鈦合金精密鑄造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期較長，在制殼等工序中型芯要與含水的涂料接觸，而氧化鈣陶瓷型芯吸水后會生成粉末狀的氫氧化鈣使型芯潰散而不能繼續(xù)使用。因此，開發(fā)一種具有抗水化效果的氧化鈣粉體是鈦工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的需要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法。通過該方法制備出的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體具有良好的抗水化性能，適合于制備鈦合金陶瓷型芯。所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，包括以下步驟
步驟一，制備氧化鈣懸浮液將非離子表面活性劑加入到無水乙醇中形成第一混合溶液，其中每IOL無水乙醇中含有O. I Ikg非離子表面活性劑；將氧化鈣粉加入到第一混合溶液中，攪拌制備出氧化鈣懸浮液；
步驟二，制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液將氧氯化鋯和無機(jī)釔鹽以任何比例混合作為稀土氧化物前驅(qū)體，稱取氧氯化鋯和無機(jī)釔鹽放入盛有無水乙醇的容器中加熱，加入過氧化氫，攪拌制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液；
步驟三，將稀土氧化物前驅(qū)體溶液加入到氧化鈣懸浮液中，攪拌得到第二混合溶液；
步驟四，將氨水加入第二混合溶液中調(diào)整溶液的PH值至8 11得到第三混合溶液；
步驟五，烘干第三混合溶液得到烘干粉體；
步驟六，將烘干粉體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為500 1600°C，時間為O. 5_20h。最終得到稀土氧化物包覆氧化鈣的粉體。
步驟一中所述的氧化鈣粉，其加入量是IOL無水乙醇中加入I 20kg氧化鈣粉。
所述的非離子表面活性劑，它可以是選自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺中的一種。
所述的無機(jī)釔鹽可以為氯化釔或硝酸釔。
所述的過氧化氫，加入量為每配制IOL稀土氧化物前驅(qū)體溶液加入00000. I O. 5kg過氧化氫。
所述的稀土氧化物前驅(qū)體溶液，它的摩爾質(zhì)量百分比濃度為O. 01 22mol/L。
所述的第二混合溶液，其中稀土氧化物前驅(qū)體與氧化鈣粉體的物質(zhì)的量之比為 O. 005 9. 5。
本發(fā)明提供的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法中，采用醇基稀土溶膠為稀土氧化物的前驅(qū)體，通過“溶膠_凝膠”反應(yīng)將稀土氧化物包覆在氧化鈣粉體的表面，得到內(nèi)部為氧化鈣，外層為稀土氧化物的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體。該粉體具備良好的抗水化性能，且制備工藝簡單、成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明中稀土包覆氧化鈣粉體制備方法流程圖2為純氧化鈣制備的陶瓷片的水化試驗(yàn)前后對比效果圖3為實(shí)施例中制備的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體制備的陶瓷片的水化試驗(yàn)前后對比效果圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例I :采用本發(fā)明提供的制備方法制備稀土氧化物包覆氧化鈣粉體材料，如圖I所示流程，具體包括如下步驟
步驟一、制備氧化鈣懸浮液將O. Ikg聚乙二醇加入到IOL無水乙醇中形成第一混合溶液，將Ikg氧化鈣粉加入到第一混合溶液中，攪拌制備出氧化鈣懸浮液；
步驟二、制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液取一定量的氧氯化鋯放入盛有無水乙醇的容器中中加熱，加入質(zhì)量百分比濃度為25%的過氧化氫溶液，攪拌制備摩爾質(zhì)量百分比濃度為22mol/L的氧化鋯前驅(qū)體溶液；
步驟三、將氧化鋯前驅(qū)體溶液加入到制備好的氧化鈣懸浮液中，攪拌得到第二混合溶液，其中稀土氧化物前驅(qū)體氧氯化鋯與氧化鈣粉的物質(zhì)的量之比為9. 5:1 ;
步驟四、將氨水加入第二混合溶液中并調(diào)整溶液的PH值至8得到第三混合溶液；
步驟五、烘干第三混合溶液得到烘干粉體，選擇烘干條件為溫度80°C，烘干9小時。
步驟六、將烘干粉體進(jìn)行燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為500°C，時間為20h。最終得到稀土氧化物包覆氧化鈣的粉體。
對上述制備得到稀土氧化物包覆氧化鈣粉體利用手動液壓機(jī)于20MPa壓力下壓制出直徑為20mm的圓片,然后將圓片放入高溫爐中在800°C下燒結(jié)2h,隨后進(jìn)行水化實(shí)驗(yàn), 試驗(yàn)結(jié)果如表I所示。
表I水化實(shí)驗(yàn)結(jié)果
時間/天I5101520增重率/%O. 037O. 046O. 078O. 083O. 11
從表I可見，采用本發(fā)明提供的方法制備出的稀土氧化物包覆型的氧化鈣粉體制備的陶瓷圓片經(jīng)過20天的水化實(shí)驗(yàn)后重量增重率僅為O. 11%，說明其具有很好的室溫抗水化效果。從附圖2、3的形貌變化可以看出稀土氧化物包覆氧化鈣粉體制備的陶瓷片經(jīng)過100°C、10min的熱蒸汽實(shí)驗(yàn)后仍能保持較為完整的形貌；而對比試驗(yàn)中的純氧化鈣制備的陶瓷片水化嚴(yán)重，呈不規(guī)則形狀。說明本發(fā)明制備得到的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體具有很好的抗水化性能。
實(shí)施例2 :采用本發(fā)明提供的制備方法制備稀土氧化物包覆氧化鈣粉體材料，具體包括如下步驟
步驟一、制備氧化鈣懸浮液將Ikg聚氧乙烯胺加入到IOL無水乙醇中形成第一混合溶液，將20kg氧化鈣粉加入到第一混合溶液中，攪拌制備出氧化鈣懸浮液；
步驟二、制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液取一定量氯化釔放入盛有無水乙醇的容器中加熱，加入質(zhì)量百分比濃度為20%的過氧化氫溶液，攪拌制備摩爾質(zhì)量百分比濃度為O.01mol/L的氧化釔前驅(qū)體溶液；
步驟三、將氧化釔前驅(qū)體溶液加入到制備好的氧化鈣懸浮液中，攪拌得到第二混合溶液，其中氯化釔與氧化鈣粉的物質(zhì)的量之比為O. 005 1
步驟四、將氨水加入第二混合溶液中并調(diào)整溶液的PH值至11得到第三混合溶液；
步驟五、烘干第三混合溶液得到烘干粉體，選擇烘干條件為溫度100°C，烘干10小時。
步驟六、將烘干粉體進(jìn)行燒結(jié)，其中燒結(jié)溫度為1600°C，時間為O. 5h。最終得到氧化釔包覆氧化鈣的粉體。
對上述制備得到稀土氧化物包覆氧化鈣粉體利用手動液壓機(jī)于20MPa壓力下壓制出直徑為20mm的圓片,然后將圓片放入高溫爐中在800°C下燒結(jié)2h,隨后進(jìn)行水化實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
表2水化實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟一，制備氧化鈣懸浮液將非離子表面活性劑加入到無水乙醇中形成第一混合溶液，其中每IOL無水乙醇中含有O. I Ikg非離子表面活性劑；將氧化鈣粉加入到第一混合溶液中，攪拌制備出氧化鈣懸浮液；步驟二，制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液將氧氯化鋯和無機(jī)釔鹽以任何比例混合作為稀土氧化物前驅(qū)體，稱取氧氯化鋯和無機(jī)釔鹽放入盛有無水乙醇的容器中加熱，加入過氧化氫，攪拌制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液；步驟三，將稀土氧化物前驅(qū)體溶液加入到氧化鈣懸浮液中，攪拌得到第二混合溶液；步驟四，將氨水加入第二混合溶液中調(diào)整溶液的PH值至8 11得到第三混合溶液；步驟五，烘干第三混合溶液得到烘干粉體；步驟六，將烘干粉體進(jìn)行燒結(jié)得到稀土氧化物包覆氧化鈣的粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于步驟一中氧化鈣粉的加入量是每IOL無水乙醇中加入I 20kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于所述的非離子型表面活性劑，選自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于所述的無機(jī)釔鹽為氯化釔或硝酸釔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于所述的過氧化氫，加入量為每配制IOL稀土氧化物前驅(qū)體溶液加入00000. I O. 5kg過氧化氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于所述的稀土氧化物前驅(qū)體溶液，它的摩爾質(zhì)量百分比濃度為O. 01 22mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于所述的第二混合溶液，其中稀土氧化物前驅(qū)體與氧化鈣粉的物質(zhì)的量之比為0. 005 9. 5。
8.權(quán)利要求I所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，其特征在于步驟六中所述的燒結(jié)，溫度為500 1600°C，時間為O. 5 20h。
9.一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體，其特征在于內(nèi)部為氧化鈣，外層為稀土氧化物包覆；所述的稀土氧化物為氧化鋯、或氧化釔，或者二者的混合。
10.一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的應(yīng)用，其特征在于利用所述的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體制備鈦合金陶瓷型芯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種稀土氧化物包覆氧化鈣粉體的制備方法，屬于鈦合金精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域。所述的制備方法包括制備氧化鈣懸浮液、制備稀土氧化物前驅(qū)體溶液、溶液混合、調(diào)整PH值、燒結(jié)等步驟，得到內(nèi)部為氧化鈣，外層為稀土氧化物的稀土氧化物包覆氧化鈣粉體。用該粉體制備的陶瓷壓制圓片在室溫條件下的水化實(shí)驗(yàn)顯示20天后的增重率小于0.11%，具有很好的抗水化性能。
文檔編號C04B35/628GK102936140SQ20121041306
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者周朋朋, 吳國清, 趙嘉琪, 南海 申請人:北京航空航天大學(xué)