[發(fā)明專利]膠液常溫穩(wěn)定的制備陶瓷微球的內膠凝方法

有效

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• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104671797B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 馬景陶;高勇;趙興宇;郝少昌;鄧長生;劉兵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/624
• 分類號: C04B35/624
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷成型工藝領域，具體涉及內凝膠工藝制備陶瓷微球的方法，更具體地，涉及膠液常溫穩(wěn)定的制備陶瓷微球的內膠凝方法。

背景技術

內膠凝工藝過程是一種制備陶瓷微球的先進技術，它起源于荷蘭的KEMA實驗室。內膠凝過程被廣泛應用于高溫氣冷堆燃料核芯如UO₂、PuO₂以及惰性基質(IMF)的制備。內膠凝過程制備陶瓷微球的基本原理是將含六次甲基四胺和尿素的金屬鹽(如鋯、鈾、鈦、鋁等其它金屬)的膠液滴落到熱的有機介質中，在熱的有機介質中六次甲基四胺迅速分解生成氫氧化銨使金屬離子沉淀從而使膠液凝膠固化。

在過去的幾十年中，內膠凝過程取得了很大的發(fā)展，但是內膠凝過程的膠液在常溫下甚至低溫下不穩(wěn)定的問題一直沒有得到很好的解決，而且這個問題一直是制約內膠凝過程大規(guī)模應用的因素之一。日本的原子能研究所在文章“A?new?internal?gelation?process?for?fuel?microsphere?preparation?without?cooling?initial?solutions”中使用了一種裝置用于克服內膠凝過程膠液不穩(wěn)定的問題。他們將硝酸鈾酰的溶液以及六次甲基四胺與尿素的混合溶液分別存放在兩個不同的儲液罐中，兩種料液在液滴形成之前才進行混合，這種方法在一定程度上能克服膠液不穩(wěn)定的問題，但是對于固定配方的膠液而言，這種方法要求對于兩種料液的流量進行精確的控制，而且在液滴形成之前兩種料液混合的不夠充分，制備得到的陶瓷球的成分均勻性難以保證。目前內膠凝過程的膠液制備和保存都需要在低至3℃的操作溫度下進行，如此低的操作溫度需要添加專門的冷卻設備，而且將會耗費巨大的能量，這些都將大大增加生產成本。提高膠液的制備和儲存溫度對于簡化內膠凝過程的工藝設備、降低生產成本、促進內膠凝過程的大規(guī)模應用都將會有重大的意義。

因而，關于內凝膠工藝的研究仍有待深入。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種膠液常溫穩(wěn)定的制備陶瓷微球的內膠凝方法。

本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：目前，內膠凝工藝在應用過程中存在的主要問題在于工藝過程的膠液配方在常溫甚至低溫下不穩(wěn)定，膠液保存很短的時間后就開始膠凝固化。為了保證膠液的穩(wěn)定性，通常需要在內膠凝工藝中加入膠液冷卻設備，這使得內膠凝工藝的裝置設備變得復雜，而且增加了大量的生產成本，這對于內膠凝工藝的大規(guī)模應用是極其不利。

本發(fā)明的發(fā)明人通過對膠液穩(wěn)定性的大量研究，采用合理的膠液組分配比改進膠液配方，使得內膠凝工藝的膠液能夠在常溫下制備和儲存。膠液穩(wěn)定性的改進，使得內膠凝工藝的裝置設備得以簡化；膠液無需冷卻，極大的降低了生產成本，有利于內膠凝工藝的大規(guī)模應用。

因而，在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種制備陶瓷微球的方法。根據本發(fā)明的實施例，該方法包括：(1)于室溫條件下，將金屬鹽、六次甲基四胺和尿素混合，以便獲得膠液；(2)將所述膠液分散到熱硅油中，以便獲得凝膠球；(3)將所述凝膠球在硅油中進行陳化處理，以便獲得經過陳化的凝膠球；(4)將經過陳化的凝膠球進行洗滌處理，以便獲得經過洗滌的凝膠球；(5)將所述經過洗滌的凝膠球進行干燥處理，以便獲得干燥的凝膠球；以及(6)將所述干燥的凝膠球進行燒結處理，以便獲得陶瓷微球，其中，在所述膠液中，所述金屬鹽的濃度為0.8～1.4摩爾/升，且所述金屬鹽、所述六次甲基四胺及所述尿素的摩爾比為1：(1.1～1.3)：(0.3～0.7)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明的該方法，能夠實現(xiàn)內膠凝過程膠液在常溫下的制備和儲存，簡化內膠凝過程制備陶瓷微球的裝置需求，而且常溫下的操作溫度有益于降低生產成本，有利于實現(xiàn)內膠凝工藝制備陶瓷微球的大規(guī)模生產，拓展內膠凝過程的應用領域。而且本發(fā)明中涉及到的改進的內膠凝工藝過程可以制備得到如U、Al、Ti、Zr等金屬的氧化物、碳化物和氮化物陶瓷微球，且得到的陶瓷微球球形度好、尺寸均一。

根據本發(fā)明實施例的制備陶瓷微球的方法，還可以具有以下附加技術特征：

根據本發(fā)明的實施例，步驟(1)進一步包括：(1-1)于室溫條件下，將所述六次甲基四胺和所述尿素混合，以便獲得第一混合溶液；(1-2)于室溫條件下，將所述金屬鹽與濃酸或氨水混合，以便獲得第二混合溶液；(1-3)于室溫條件下，將所述第一混合溶液和所述第二混合溶液混合，以便獲得所述膠液。