專利名稱：一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂料、顏料、復(fù)合材料、催化劑載體、電子封裝材料等領(lǐng)域，特別涉及一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法。
背景技術(shù)：
高致密度氧化硅微球是一種獨(dú)特而性能穩(wěn)定的微小球型材料，具有高密度，分散性好，熱穩(wěn)定性好以及強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。呈規(guī)則球形的氧化硅顆粒相比通常的氧化硅顆粒還具有一些特殊的用途，如樹(shù)脂基牙科充填材料的填料、液晶顯示器分級(jí)層的位阻材料。但是，亞微米級(jí)氧化硅微球具有比較大的表面能，在靜態(tài)燒結(jié)的條件下，既要使粉體顆粒保持較好的分散性又要使單個(gè)顆粒致密，這是比較難實(shí)現(xiàn)的；在國(guó)外的一些研究中，往往是通過(guò)使用充氣式外部加熱管式燒結(jié)爐，在動(dòng)態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)致密氧化硅微球的制備(Adv. Powder Technol. 2008. 12. 003)，這種方法一般要求粉體的粒徑分布不能太寬，同時(shí)氧化硅微球在爐中的保溫時(shí)間也較短，這就會(huì)影響微球的致密化過(guò)程，可能會(huì)形成內(nèi)部不完全致密的微球，除此之外，實(shí)驗(yàn)所用到的儀器也比較復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法，采用梯度燒結(jié)法，工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)解決了亞微米級(jí)粉體在燒結(jié)過(guò)程中的團(tuán)聚問(wèn)題，能夠制備出具有球形結(jié)構(gòu)，分散性比較好，致密度高以及強(qiáng)度高的二氧化硅粉體。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法，包括以下步驟
步驟一、氧化硅微球前驅(qū)體的制備
將納米級(jí)二氧化硅通過(guò)分散劑聚丙烯酸銨分散在蒸餾水中，二氧化硅占二氧化硅和水總質(zhì)量的3-10%，聚丙烯酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占氧化硅的1-10%，用氨水(分析純)調(diào)節(jié)溶液的PH值至9-11，最后球磨IOh制成噴霧造粒的漿料，然后將漿料泵入到噴霧干燥機(jī)中進(jìn)行噴霧造粒，制得粒徑在IOOnm — 50 μ m范圍，并且分散性好的氧化硅微球；
步驟二、將步驟一得到的氧化硅微球以10°C — 100°C的溫度間隔分梯度煅燒到 IOOO0C-13000C，最終得到粒度分布IOOnm — 50 μ m以內(nèi)高致密度的氧化硅微球。
步驟二所述的分梯度指的是，每一梯度的煅燒制度是以10°C /min快速加熱到上一梯度終止溫度，然后再以1°C /min升到所對(duì)應(yīng)梯度終止溫度。
本發(fā)明的主要原料為納米級(jí)氧化硅粉末，蒸餾水，聚丙烯酸銨以及氨水，將他們按一定比例混合，泵入噴霧造粒機(jī)，將所得到的粉體在1000°C — 1300°C溫度范圍內(nèi)，以 IO0C-IOO0C的溫度間隔分梯度煅燒研磨后，得到分散性較好，致密度高的氧化硅微球。
本發(fā)明在每個(gè)溫度點(diǎn)處理后，采用的分散氧化硅微球的方法是在室溫的狀態(tài)下研磨煅燒后的粉體，打破氧化硅微球在上一梯度建立的平衡，同時(shí)不破換粉體的分散性；
本發(fā)明煅燒溫度高于氧化硅結(jié)晶溫度，燒結(jié)處理后得到分散性好的晶體化或者部分晶化氧化娃微球。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
I、煅燒后氧化硅微球的結(jié)構(gòu)為部分晶體或晶體結(jié)構(gòu)；
2、得到氧化硅微球致密度高，強(qiáng)度高；
3、所制備的氧化硅粒度分布廣；
4、制備過(guò)程簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好。


圖I為實(shí)施例一中經(jīng)1220°C煅燒處理的噴霧造粒氧化硅粉體顆粒的SEM圖。
圖2為實(shí)施例一粉體密度隨煅燒溫度的關(guān)系圖。
圖3為實(shí)施例一經(jīng)1220°C煅燒處理的噴霧造粒氧化硅粉體的XRD結(jié)果。
圖4為實(shí)施例三的SEM照片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例一
本實(shí)施例包括以下步驟
步驟一、氧化硅微球前驅(qū)體的制備將IOOg尺寸為30nm的氧化硅粉體、5g聚丙烯酸銨加入900g蒸餾水里作為漿料，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值至10，最后球磨IOh制成噴霧造粒的漿料，泵入到噴霧干燥劑中進(jìn)行噴霧造粒，制得粒徑分布在500nm-10 μ m范圍內(nèi)，并且分散性好的氧化娃微球；
步驟二、高致密度氧化硅微球的制備
將步驟一制備得到的致密度差的氧化硅微球前驅(qū)體分別在1060°C — 1220°C處理后，研磨之后得到高致密度氧化硅微球，具體步驟如下；
a、將步驟一制備得到的氧化硅微球前驅(qū)體分別在以10°C /min升到800°C，然后 rc /min升到1060°C，在1060°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
b、將a步驟得到的粉體以IO V 1100°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
c、將b步驟得到的粉體以IO V 1130°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
d、將c步驟得到的粉體以10°C 1160°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
e、將d步驟得到的粉體以IO V 1190°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
f、將e步驟得到的粉體以IO V 1220°C保溫5h，研磨至完全成粉狀，得到高致密度的氧化硅微球。
圖I為本實(shí)施例所對(duì)應(yīng)的經(jīng)1220°C煅燒處理的噴霧造粒氧化硅粉體的SEM圖，從圖中可以看出來(lái)，經(jīng)高溫煅燒后，氧化硅具有良好的球形度，且表面光滑，分散良好。min升到1060。。，然后rc/min升到1100。。，在min升到1100°C，然后rc/min升到1130。。，在min升到1130°C，然后rc/min升到1160。。，在min升到1160°C，然后rc/min升到1190。。，在min升到1190°C，然后rc/min升到1220°C，在
圖2為本實(shí)施例所對(duì)應(yīng)的粉體的密度隨煅燒溫度的變化關(guān)系圖。圖中粉體的密度隨著煅燒溫度的提高先降后升，這是因?yàn)樵陟褵跗?，微球表面有較多的開(kāi)氣孔，當(dāng)使用阿基米德法測(cè)粉體密度時(shí)，部分蒸餾水會(huì)從開(kāi)氣孔進(jìn)入到微球中，致使微球的密度處于比較高的狀態(tài)，隨著煅燒溫度的提高，開(kāi)氣孔逐漸閉合，密度也逐漸降低，直到1160°C，開(kāi)氣孔完全閉合，密度達(dá)到最低；繼續(xù)提高煅燒溫度，微球內(nèi)部逐漸致密，微球的密度開(kāi)始上升，直到完全致密。
圖3為本實(shí)施例中所得到的粉體經(jīng)1220°C煅燒處理的的XRD結(jié)果。從圖中可以明顯的看出，氧化硅微球已經(jīng)發(fā)生晶化，所對(duì)應(yīng)的晶型為四方晶型，理論密度為2. 35g/cm3。
實(shí)施例二
本實(shí)施例包括以下步驟
步驟一、氧化硅微球前驅(qū)體的制備將90g尺寸為30nm的氧化硅粉體、4g聚丙烯酸銨加入IlOOg蒸餾水里作為漿料，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值至9，最后球磨IOh制成噴霧造粒的漿料，泵入到噴霧干燥劑中進(jìn)行噴霧造粒，制得粒徑分布在500nm —10 μ m范圍內(nèi)，并且分散性好的氧化娃微球；
步驟二、高致密度氧化硅微球的制備
將步驟一制備得到的致密度差的氧化硅微球前驅(qū)體分別在1060°C — 1220°C處理后，研磨之后得到高致密度氧化硅微球，具體步驟如下；
a、將步驟一制備得到的氧化硅微球前驅(qū)體分別在以10°C /min升到800°C，然后 rc /min升到1000°C，在1000°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
b、將a步驟得到的粉體以IO0C /min升到1000。。，然后I。。/min升到1060。。，在 1060°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
C、將b步驟得到的粉體以IO0C /min升到1060。。，然后I。。/min升到1120。。，在 1120°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
cU將c步驟得到的粉體以IO0C /min升到1120°C，然后I。。/min升到1180。。，在 1180°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
e、將d步驟得到的粉體以IO0C /min升到1180°C，然后I。。/min升到1220。。，在 1220°C保溫5h，研磨至完全成粉狀，得到高致密度的氧化硅微球。
實(shí)施例三
本實(shí)施例包括以下步驟
步驟一、氧化硅微球前驅(qū)體的制備將30g尺寸為30nm的氧化硅粉體、Ig聚丙烯酸銨計(jì)入900g蒸餾水里作為漿料，用氨水調(diào)節(jié)溶液PH值至11，最后球磨IOh制成噴霧造粒的漿料，泵入到噴霧干燥劑中進(jìn)行噴霧造粒，制得粒徑分布在500nm— 7 μ m范圍內(nèi)，并且分散性好的氧化硅微球；
步驟二高致密度氧化硅微球的制備
將步驟一制備得到的致密度差的氧化硅微球前驅(qū)體分別在1060°C — 1250°C處理后，研磨之后得到高致密度氧化硅微球，具體步驟如下；
a、將步驟一制備得到的氧化硅微球前驅(qū)體分別在以10°C /min升到800°C，然后 rc /min升到1000°C，在1000°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
b、將a步驟得到的粉體以IO0C /min升到1000°C，然后1°C /min升到1100°C，在1100°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
C、將b步驟得到的粉體以10°C /min升到1100°C，然后1°C /min升到1200°C，在 1200°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
cU將c步驟得到的粉體以IO0C /min升到1200。。，然后I。。/min升到1210。。，在 1210°C保溫5h，研磨至完全成粉狀；
e、將d步驟得到的粉體以IO0C /min升到1210°C，然后I。。/min升到1220。。，在 1220°C保溫5h，研磨至完全成粉狀，得到高致密度的氧化硅微球。
圖4為本實(shí)施例所對(duì)應(yīng)的經(jīng)1220°C煅燒處理的噴霧造粒氧化硅粉體的SEM圖，從圖中可以看出來(lái)，經(jīng)高溫煅燒后，氧化硅具有良好的球形度，且表面光滑，分散良好。
權(quán)利要求
1.一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、氧化硅微球前驅(qū)體的制備 將納米級(jí)二氧化硅通過(guò)分散劑聚丙烯酸銨分散在蒸餾水中，二氧化硅占二氧化硅和水總質(zhì)量的3-10 %，聚丙烯酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占氧化硅的O. 1-2%，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值至9-11，最后球磨IOh制成噴霧造粒的漿料，然后將漿料泵入到噴霧干燥機(jī)中進(jìn)行噴霧造粒，制得粒徑在IOOnm — 50 μ m范圍，并且分散性好的氧化硅微球； 步驟二、將步驟一得到的氧化硅微球以10°C — 100°C的溫度間隔分梯度煅燒到1000°C — 1300°C，最終得到粒度分布100nm-50ym以內(nèi)高致密度的氧化硅微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法，其特征在于，步驟二所述的分梯度指的是，每一梯度的煅燒制度是以10°C /min快速加熱到上一梯度終止溫度，然后再以1°C /min升到所對(duì)應(yīng)梯度終止溫度。
全文摘要
一種采用梯度法制備高致密度氧化硅微球的方法，步驟一、將納米級(jí)二氧化硅通過(guò)分散劑聚丙烯酸銨分散在蒸餾水中，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至9-11，最后球磨10h制成噴霧造粒的漿料，然后將漿料泵入到噴霧干燥機(jī)中進(jìn)行噴霧造粒，制得分散性好的氧化硅微球；步驟二、將步驟一得到的氧化硅微球以10℃—100℃的溫度間隔分梯度煅燒到1000℃—1300℃，最終得到粒度分布100nm—50μm以內(nèi)高致密度的氧化硅微球，本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/12GK102976340SQ201210466599
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者楊建鋒, 雷冰, 曾德軍, 景文甲, 王波, 喬冠軍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)