[發明專利]一種三元鋰陶瓷微球的冷凍成型制備方法

無效

• 申請號: 200710048921.5
• 申請日: 2007-04-18
• 公開（公告）號: CN101066883A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 陳曉軍;王和義;高小鈴;黃瑋;羅陽明;肖成建;古梅
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B35/634;C04B35/64;C04B35/622;C04B35/10;C04B35/14;C04B35/16;C04B35/462;C04B35/48;C04B35/01
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 翟長明;何勇盛

技術領域

本發明屬于多孔陶瓷微球制備技術領域，具體涉及一種三元鋰陶瓷微球的冷凍成型制備方法。

背景技術

為解決世界能源短缺問題，各國把研究作為開發新能源，解決能源危機的有效途徑之一。熱核聚變堆中需要的燃料氚一般是通過⁶Li(n，α)T反應來實現。為了實現燃料循環.反應堆必須做到氚的“自持”，為此，需要在包層中加入含鋰的氚增殖劑，利用堆心D-T反應產生的中子和增殖包層內的含鋰材料反應產生氚而實現氚增殖。

鋰陶瓷作為一種固體產氚陶瓷材料(氚增殖劑)，具有使用方便，熱性能和機械性能良好，和結構材料、中子倍增劑相容性好，抗輻照能力強等特點。固體氚增殖劑的形狀可采用柱狀、環狀或球狀等，其中，球形增殖劑裝卸方便，具有較大的比表面積，微球間具有更多的通道，利于氚的載帶，故目前各國聚變堆中增殖劑的選擇幾乎都采用球形的增殖劑。

對于鋰陶瓷微球的制備工藝，鋰陶瓷微球的制備方法主要有熔融噴霧法、濕法、溶膠-凝膠法、固相反應法和擠出-片槽-球磨成球法等。其中，熔融噴霧法能制得高密度的鋰陶瓷微球，但這種方法的缺陷在于使用了昂貴的鉑銠合金爐膛。采用傳統濕法制備鋰陶瓷微球時，由于制備微球前驅體的凝膠固體含量難于超過50％，因此最終成型的鋰陶瓷微球的密度很難高于90％T.D.(理論密度)。

現有的陶瓷微球制備方法大多需要預先制備三元鋰化合物的陶瓷粉體，然后再生成陶瓷微球，陶瓷微球的球形度不好，內部孔道結構不夠豐富，微球粒徑不易控制，粒徑分散性差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種三元鋰陶瓷微球的冷凍成型制備方法。

本發明的三元鋰陶瓷微球的冷凍成型制備方法，包括以下步驟：

①.將所需的親水性高分子粘結劑溶解于溶劑里，配制成穩定的高分子溶液；

②.將制備三元鋰陶瓷微球的固體原料加入到上述步驟①中的高分子溶液中，并加入消泡劑，在行星式研磨機上研磨2小時～6小時，形成穩定、混合均勻的懸濁液漿料；

③.將上述步驟②中的懸濁液漿料轉至噴嘴和壓力大小可調節的容器，懸濁液漿料通過噴嘴噴至低溫冷卻介質中冷凍成固態微球；

④.將上述步驟③中低溫冷卻介質里的微球迅速轉移至冷凍干燥機中，在低溫下真空干燥得到具有一定強度的微球前驅體；

⑤.將上述步驟④中具有一定強度的微球前驅體轉移至高溫燒結爐中，采用程序升溫將微球前驅體焙燒成微球坯體；

⑥.將步驟⑤中的微球坯體進行煅燒和燒結；

⑦.將步驟⑥中已經煅燒和燒結完成的微球在一定溫度梯度下冷卻至室溫，獲得三元鋰陶瓷微球。

所述的三元鋰陶瓷微球的主要成分為正硅酸鋰、硅酸鋰、鈦酸鋰、鋯酸鋰、偏鋁酸鋰、鉭酸鋰中的一種，其通式為Li_XM_YO_Z；x、y、z分別為1-4的正整數，M為Ti、Si、Zr、Ta、Al中的一種。

步驟①中的高分子粘結劑為藻酸鹽或聚乙烯醇，其濃度為1％～15％，溶劑為水、乙醇、乙二醇中的一種。

所述的步驟②中的固體原料為制備三元鋰化合物的反應原料混合物。

所述的步驟②中的制備三元鋰化合物的反應原料混合物為Li₂CO₃和SiO₂粉末、Li₂CO₃和TiO₂粉末、Li₂CO₃和Al₂O₃粉末、Li₂CO₃和ZrO₂粉末、LiNO₃和TiO₂粉末、LiNO₃和SiO₂粉末、Li₂CO₃和TaO₂粉末組合中的一種。

所述的步驟②中的固體原料為三元鋰化合物陶瓷粉體。

步驟②中的消泡劑為異辛醇或脂肪酸。

步驟④中的低溫冷卻介質為液氮或液氦，壓力控制系統所控制的系統表壓范圍為0.2KPa～2MPa。

所述步驟⑤中采用程序升溫將微球前驅體焙燒成微球坯體，其中焙燒溫度為400℃至800℃，焙燒時間為12小時至48小時。

所述步驟⑥中的微球坯體進行煅燒和燒結，其中煅燒溫度為600℃至800℃，煅燒時間為12小時至48小時；燒結溫度為900℃至1300℃，燒結時間為12小時至48小時。