ZrC-ZrO2复合陶瓷微球及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ZrC-ZrO2复合陶瓷微球及其制备方法，该方法包括：(1)将ZrO(NO3)2、Y(NO3)3、碳粉、六次甲基四胺和尿素进行混合，以便得到胶液；(2)将步骤(1)得到的胶液分散到硅油中，以便使胶液在硅油中形成凝胶球；(3)将步骤(2)得到的凝胶球在硅油中进行陈化处理；(4)将步骤(3)得到的附有硅油的凝胶球进行洗涤处理；(5)将步骤(4)得到的凝胶球进行干燥处理；以及(6)将步骤(5)的得到的经过所述干燥处理的凝胶球进行煅烧处理，以便得到ZrC-ZrO2复合陶瓷微球。该方法可以有效制备得到球形度好、尺寸均一且导热系数优异的ZrC-ZrO2复合陶瓷微球。

【技术实现步骤摘要】
ZrC-ZrO2复合陶瓷微球及其制备方法
本专利技术属于陶瓷的制备工艺领域，具体而言，本专利技术涉及ZrC-ZrO2复合陶瓷微球及其制备方法。
技术介绍
二氧化锆(ZrO2)具有很低的中子捕获截面，高的熔点和化学稳定性，以及在辐射条件下稳定等特点，常被用做反应堆惰性基质燃料(IMF)的惰性基质或者作为模拟氧化物来模拟反应堆其它燃料元件(如氧化铀、氧化钚等)的制备。此外，不管是在核工业还是其它环境保护领域，ZrO2都是一种优秀的离子吸附材料。尤其是在放射性废水的分离和萃取中，与有机吸附剂相比，对于放射性核素的萃取，ZrO2基材料具有很好的辐射和热稳定性，抗氧化并且具有稳定的结构。而且ZrO2同时具有酸和碱的性质，酸-碱性是金属催化剂表面化学性质的一种重要形式 。这种两性特点，加上ZrO2高的热稳定性，使得ZrO2成为一种很有前途的催化剂和催化剂载体材料，比常用的氧化钛(TiO2)和gamma -Α1203更稳定。然而在一些特殊应用领域中如作为反应堆惰性基质燃料，ZrO2存在导热系数差的缺点。碳化锆(ZrC)属于过渡金属碳化物，ZrC以其优异的韧性和耐磨性、好的耐火性、低热膨胀率、高热导率、高电导率和高的化学稳定性而著称，其熔点高达3540°C。与碳化硅等其它过渡金属碳化物相比，ZrC具有更优异的化学物理性质。ZrC具有低的中子捕获截面，而且耐辐射性能好，被视为核反应堆燃料元件惰性基质的一种很有潜力的材料。ZrC的导热系数明显优于ZrO2，但是碳化锆陶瓷粉末的传统合成工艺如:低温合成法、燃烧合成法、碳热还原法等，所需要的反应温度较高，而且有关ZrC小尺寸微球的制备报道较少。然而，有关制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法报道更是甚少。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种ZrC-ZrO2复合陶瓷微球及其制备方法,该方法可以有效制备得到球形度好、尺寸均一且导热系数优异的ZrC-ZrO2复合陶瓷微球。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法,该方法包括:(I)将Zr0(N03)2、Y(NO3)3、碳粉、六次甲基四胺和尿素进行混合，以便得到胶液；(2)将步骤⑴得到的所述胶液分散到硅油中，以便使所述胶液在所述硅油中形成凝胶球；(3)将步骤⑵得到的所述凝胶球在硅油中进行陈化处理；(4)将步骤(3)经过所述陈化处理得到的附有硅油的凝胶球进行洗涤处理；(5)将步骤(4)经过所述洗涤处理的凝胶球进行干燥处理；以及(6)将步骤(5)经过所述干燥处理的凝胶球进行煅烧处理，以便得到所述ZrC-ZrO2复合陶瓷微球。根据本专利技术实施例的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法可以有效制备得到尺寸均一且可控、球形度好、无裂纹的ZrC-ZrO2复合陶瓷微球，并且得到的复合微球结合了 ZrC和ZrO2两者的优点，解决了 ZrO2导热系数差的缺点，拓宽了 ZrO2的应用领域，为反应堆惰性基质材料的选择及其它应用领域提供了一种材料，同时通过将碳化锆粉体的制备和球体成型两步操作一步进行，简化了生产过程。另外，根据本专利技术上述实施例的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法还可以具有如下附加的技术特征:在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述胶液是通过下列步骤制备的:(1-1)将六次甲基四胺与尿素进行第一混合，以便得到第一混合液，并将所述第一混合液冷却至4摄氏度；(1-2)向步骤(1-1)所得到的经过冷却的第一混合液中加入碳粉和碳粉表面处理剂并进行第二混合，以便得到第二混合液；(1-3)在60摄氏度温度下将ZrO(NO3)2和Y(NO3)3进行第三混合，以便得到第三混合液，并将所述第三混合液冷却至4摄氏度；以及(1-4)将步骤(1-2)得到的所述第二混合液与步骤(1-3)得到的所述第三混合液和硝酸进行第四混合，以便得到所述胶液。由此，可以有效制备得到胶液。在本专利技术的一些实施例中，在所述第一混合液中，所述六次甲基四胺的终浓度为3~3.2摩尔/升,所述尿素的终浓度为2.6~2.8摩尔/升。在本专利技术的一些实施例中，在所述第三混合液中，所述ZrO(NO3)2的终浓度为1.6~1.7摩尔/升，所述Y(NO3)3终浓度为0.14~0.15摩尔/升。在本专利技术的一些实施例中，所述胶液的pH值为I~2。在本专利技术的一些实施例中，所述碳粉表面处理剂为选自曲拉通100和重氮盐中的至少一种。由此，可以显著增强碳粉在胶液中的分散性能，避免碳粉的团聚，从而可以获得致密且密度分布均匀的陶瓷微球。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1-2)中，所述第一混合液与所述碳粉是按照配比为(20ml:0.16g)~(20ml:1.65g)进行所述第二混合的。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1-4)中，所述第二混合液与所述第三混合液是按照体积比为0.58~0.69进行所述第四混合的。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述硅油的温度为85~90摄氏度。由此，可以显著提高分散效率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，将所述凝胶球在90摄氏度的所述硅油中进行陈化处理0.5~I小时。由此，可以使得凝胶球分散更加完全，从而可以得到粒径均匀的凝胶球。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，分别采用三氯乙烯、氨水、去离子水和丙二醇甲醚对附有硅油的凝胶球进行洗剂处理。由此，可以显著提高凝胶效率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(5)中，所述干燥处理是在60~80摄氏度下处理至少12小时。由此，可以显著提高干燥效率。 在本专利技术的一些实施例中，在步骤(6)中，所述煅烧处理是在IS气气氛下于1550摄氏度下煅烧4小时。由此，可以显著提高煅烧效率。在本专利技术的另一个方面，本专利技术还提出了一种ZrC-ZrO2复合陶瓷微球，所述ZrC-ZrO2复合陶瓷微球是由前面所述的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法制备得到的。该ZrC-ZrO2复合陶瓷微球尺寸均一且可控、球形度好、无裂纹，该复合微球结合了 ZrC和ZrO2两者的优点，解决了 ZrO2导热系数差的缺点，拓宽了 ZrO2的应用领域，是反应堆惰性基质材料领域的一种新型材料。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本专利技术一个实施例的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法流程示意图；图2是根据本专利技术又一个实施例的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法流程示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法中凝胶球的煅烧制度曲线图。【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法。下面参考图1-2对本专利技术实施例的制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法进行详细描述。根据本专利技术的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备ZrC‑ZrO2复合陶瓷微球的方法，其特征在于，包括：(1)将ZrO(NO3)2、Y(NO3)3、碳粉、六次甲基四胺和尿素进行混合，以便得到胶液；(2)将步骤(1)得到的所述胶液分散到硅油中，以便使所述胶液在所述硅油中形成凝胶球；(3)将步骤(2)得到的所述凝胶球在硅油中进行陈化处理；(4)将步骤(3)经过所述陈化处理得到的附有硅油的凝胶球进行洗涤处理；(5)将步骤(4)经过所述洗涤处理的凝胶球进行干燥处理；以及(6)将步骤(5)经过所述干燥处理的凝胶球进行煅烧处理，以便得到所述ZrC‑ZrO2复合陶瓷微球。

【技术特征摘要】
1.一种制备ZrC-ZrO2复合陶瓷微球的方法,其特征在于,包括: (1)将ZrO(NO3) 2、Y (NO3)3、碳粉、六次甲基四胺和尿素进行混合，以便得到胶液； (2)将步骤(1)得到的所述胶液分散到硅油中，以便使所述胶液在所述硅油中形成凝胶球； (3)将步骤(2)得到的所述凝胶球在硅油中进行陈化处理； (4)将步骤(3)经过所述陈化处理得到的附有硅油的凝胶球进行洗涤处理； (5)将步骤(4)经过所述洗涤处理的凝胶球进行干燥处理；以及 (6)将步骤(5)经过所述干燥处理的凝胶球进行煅烧处理，以便得到所述ZrC-ZrO2复合陶瓷微球。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述胶液是通过下列步骤制备的: (1-1)将六次甲基四胺与尿素进行第一混合，以便得到第一混合液，并将所述第一混合液冷却至4摄氏度； (1-2)将步骤(1-1)所得到的经过冷却的第一混合液与碳粉和碳粉表面处理剂进行第二混合，以便得到第二混合液； (1-3)在60摄氏度温度下将ZrO(NO3)2和Y(NO3)3进行第三混合，以便得到第三混合液，并将所述第三混合液冷却至4摄氏度；以及 (1-4)将步骤(1-2)得到的所述第二混合液与步骤(1-3)得到的所述第三混合液和硝酸进行第四混合，以便得到所述胶液。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一混合液中，所述六次甲基四胺的终浓度为3~3.2摩尔/升，所述尿素的终浓度为2.6~2.8摩尔/升。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马景陶，高勇，赵兴宇，郝少昌，邓长生，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11