一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高放射性固态核废料固化处理领域，公开一种钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi

A kind of zircon calcium titanium ceramic solidified body and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用
本专利技术属于陶瓷材料领域，具体地，涉及一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用。
技术介绍
随着核工业的不断发展，高水平放射性废物的处理问题渐渐变成了国内外核废料处理的重点和难点。现有的核废料处理技术多以玻璃固化为主。然而，玻璃固化基材多针对于对低放性废物的固化，而且由于部分关键核素在玻璃固化体的溶解性很低，所以需要新型的固化基材——陶瓷型固化体，来更好地处理高放型固体核废料。钙钛锆石是一种较难合成的复合物，目前其制备方法多为液相法和固相法，由液相法制备钙钛锆石型陶瓷固化体，工艺较复杂且成本较高，由固相法制备钙钛锆石型陶瓷固化体，虽然工艺简单，但耗时长、反应温度高，从而制备所需的能耗较高。所以找到一个简单快速的制备钙钛锆石型陶瓷固化体的方法，对于用其处理高放固态核废料的工程化应用至关重要。微波烧结技术近年来在陶瓷制备工业中发展迅速。传统的加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方式传递至被加热物而使其达到某一温度，因为热量是从外向内传递的，烧结时间长，所以很难得到细晶。而微波烧结是通过微波直接与物质粒子(分子、离子)相互作用，利用材料的介电损耗使样品直接吸收微波能量的一种新型烧结方法，其优势在于加热速度快、微波能量转换率高、烧结温度较低、节能、减小损耗，且安全卫生无污染。由于CaZrTi2O7本身不吸收微波，故而采用SiC吸波材料辅助吸波，实现快速加热。同时，微波的加热方式是粉体之间内部直接加热，预期这种加热方式可以改善烧结活性，从而大大缩短钙钛锆石型陶瓷固化体的制备时间。本专利技术针对传统制备钙钛锆石的工艺复杂且耗时长、能耗高的特点，开发一种用微波加热一步法烧结钙钛锆石型人造岩石固化体的新方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺点和不足之处，本专利技术首要目的在于提供一种钙钛锆石型陶瓷固化体。本专利技术的另一目的在于提供上述钙钛锆石型陶瓷的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述钙钛锆石型陶瓷的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种钙钛锆石型陶瓷固化体，将钙化合物、纳米二氧化钛和氧化锆混合，加入溶剂和氧化锆磨球进行球磨混合，干燥后过筛得到混合粉体；再将混合粉体进行干压成型成陶胚，将陶胚升温至1100～1400℃进行微波烧结，降温至800～1000℃后随炉冷却制得。优选地，所述钛酸钙、纳米二氧化钛、氧化锆的质量比为(36～42)：(32～38)：(19～25)。优选地，所述钙化合物为钛酸钙、硝酸钙、氢氧化钙或氧化钙中的一种以上。优选地，所述纳米二氧化钛的粒径为15～50nm；所述钙钛锆石型陶瓷的粒径范围为5～7μm。优选地，所述溶剂为无水乙醇或丙酮。优选地，所述球磨的时间为12～24h；所述过筛的孔径为100～200目。优选地，所述干压成型的压力为30～50MPa。优选地，所述升温的速率为20～50℃/min，所述烧结的时间为10min～1h。所述的钙钛锆石型陶瓷固化体的制备方法，包括以下具体步骤：S1.将钛酸钙、纳米二氧化钛粉、和氧化锆中混合放入球磨罐中加入溶剂和球磨介质混合，干燥后过筛得到混合粉体；S2.将混合粉体在30～50MPa进行干压成型处理，得到陶胚；S3.将陶胚放入微波烧结炉升温至1100～1400℃进行烧结，降温至800～1000℃后随炉冷却，制得钙钛锆石型陶瓷固化体。所述的钙钛锆石型陶瓷固化体在处理高放型固体核废料领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的钙钛锆石型陶瓷的粒径为5～7μm，较传统工艺制得的钙钛锆石型陶瓷晶粒(10～12μm)更为细密，且样品烧结得更为均匀。2.本专利技术的微波烧结工艺耗时少，耗能低，安全卫生无污染，工艺简单，生产成本低；实现低能耗、均匀率高、晶粒细密的样品的快速烧结。附图说明图1为实施例1制得的钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)的XRD图。图2为采用实施例1制得的CaZrTi2O7的SEM照片。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。本专利技术实施例中所述的钛酸钙、纳米二氧化钛粉、氧化锆纯度应大于99％。实施例1按质量比38：34：22取钛酸钙、纳米二氧化钛(粒径为60nm)、氧化锆各原料。上述混合粉体加入无水乙醇和氧化锆磨球中，在辊式球磨机上混合20h，干燥后得到的混合粉体经过干压30MPa成型，得到陶胚，然后将陶胚放入微波烧结炉内，以40℃/min升温到1400℃，保温10min，以40℃/min降温到800℃后随炉冷却，制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)图1为本实施例制得的钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)的XRD图。从图1中可知，反应完全，没有杂质相生成，所得样品为CaZrTi2O7纯相。图2为本实施例制得的钙钛锆石型陶瓷固化体截面的SEM照片，从图2中可看出，制得样品孔洞较少，较为致密且均匀。实施例2与实施例1不同的在于：所述钛酸钙、纳米二氧化钛(粒径为60nm)、氧化锆的质量比为40：36：24，烧结工艺的条件：以30℃/min升温到1400℃，保温10min，以30℃/min降温到800℃后随炉冷却，制得样品的主相为CaZrTi2O7，制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)，电镜结果显示样品烧结均匀。实施例3与实施例1不同的在于：以氢氧化钙粉体，纳米二氧化钛粉(粒径为60nm)，氧化锆粉体作为原料，按氢氧化钙40g、纳米二氧化钛36g、氧化锆24g的比例取各原料。烧结工艺是：以30℃/min升温到1300℃，保温1h，以30℃/min降温到800℃后随炉冷却，制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)，电镜结果显示样品的孔洞较少，烧结较为均匀。实施例4与实施例1不同的在于：所述氧化钙粉体，纳米二氧化钛(粒径为60nm)，氧化锆粉体作为原料，按钛酸钙40g、纳米二氧化钛36g、氧化锆24g的比例取各原料。烧结工艺是：以30℃/min升温到1300℃，保温30min，以30℃/min降温到800℃后随炉冷却，制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)，电镜结果显示样品的孔洞较少，烧结较为均匀。实施例5与实施例1不同的在于：所述钛酸钙、纳米二氧化钛(粒径为60nm)、氧化锆的质量比为40：36：24；烧结工艺是：以20℃/min升温到1200℃，保温1h，以20℃/min降温到800℃后随炉冷却，制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)，其主相为CaZrTi2O7，含有少量钛酸钙杂质，电镜结果显示样品的孔洞较少，烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛锆石型陶瓷固化体，其特征在于，所述钙钛锆石型陶瓷固化体是将钙化合物、纳米二氧化钛和氧化锆混合，加入溶剂和氧化锆磨球进行球磨混合，干燥后过筛得到混合粉体；再将混合粉体进行干压成型成陶胚，将陶胚升温至1100～1400℃进行微波烧结，降温至800～1000℃后随炉冷却制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种钙钛锆石型陶瓷固化体，其特征在于，所述钙钛锆石型陶瓷固化体是将钙化合物、纳米二氧化钛和氧化锆混合，加入溶剂和氧化锆磨球进行球磨混合，干燥后过筛得到混合粉体；再将混合粉体进行干压成型成陶胚，将陶胚升温至1100～1400℃进行微波烧结，降温至800～1000℃后随炉冷却制得。


2.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体，其特征在于，所述钛酸钙、纳米二氧化钛、氧化锆的质量比为(36～42)：(32～38)：(19～25)。


3.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体，其特征在于，所述钙化合物为钛酸钙、硝酸钙、氢氧化钙或氧化钙中的一种以上。


4.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体，其特征在于，所述纳米二氧化钛的粒径为15～50nm；所述钙钛锆石型陶瓷的粒径为5～7μm。


5.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇或丙酮。


6.根据权利要求1所述的钙钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟明，卫紫君，孙世宽，吴利翔，牛文彬，林华泰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44