一种低成本制备陶瓷空心微球的方法技术

本发明专利技术公开一种低成本制备陶瓷空心微球的方法，称取陶瓷粉体和水溶剂，在水溶剂中加入添加剂配置预混液，添加剂包括分散剂、单体、交联剂、坯体增强剂、发泡剂；将陶瓷粉体与预混液球磨制备固含量为75~85%的浆料；并加入引发剂和催化剂混合均匀；制备超疏水轨道；将轨道倾斜放置，将带有滴定针筒的设备置于轨道顶端，且单根滴定针筒位于各自独立的轨道上方，斜面下方用加热带贴附，将斜面加热至120~180℃，将陶瓷浆料注入滴定针筒，滴定针筒通过压缩空气的进气压力以及针孔尺寸控制液滴尺寸为0.1~1.3mm，液滴由斜面顶端滴落于施涂了超疏水薄膜后的轨道上，向下滚动并被加热固化成陶瓷微球球坯；将成型后的陶瓷微球球坯经干燥、脱脂、烧结后制得成品陶瓷空心微球。烧结后制得成品陶瓷空心微球。

A low-cost method for preparing ceramic hollow microspheres

【技术实现步骤摘要】
一种低成本制备陶瓷空心微球的方法


[0001]本专利技术属于无机陶瓷空心微球制备
，具体的说是一种低成本制备陶瓷空心微球的方法。

技术介绍

[0002]陶瓷空心微球是一种使用陶瓷粉体作为原料所制备的具有球形中空结构的材料，其优点包括质量轻、隔热、耐腐蚀、化学稳定、绝缘性好等，在填充材料领域如树脂填料、涂料填料、石油固井填料等方面应用十分广泛，这其中典型的代表是空心玻璃微球材料。
[0003]目前空心陶瓷微球产品的主流方法包括高温发泡（例如3M公司专利US3230064、CN101068753A等）、喷雾干燥法（例如中科院化学所专利CN111470867A）、模板法（中国专利CN101585708A）等。高温发泡法制备空心陶瓷微球，其工序十分复杂、设备造价高、能耗高，喷雾干燥法成球的尺寸均匀性较低、球形度不足、球坯强度较低并且需要筛分，模板法的制作工艺复杂、成本高、难以进行大规模生产。

技术实现思路

[0004]针对陶瓷空心微球现有技术中设备成本高、制造工艺复杂、尺寸分布不均匀等问题，本专利技术提出一种低成本制备陶瓷空心微球的方法，通过使用凝胶注模技术，将陶瓷粉体（如SiO2、Al2O3、SiC等）制作成固含量为75~85%的陶瓷浆料，通过滴定针筒直接滴落于具有一定倾斜角度的超疏水表面，在发泡剂和特定温度条件下滚动固化成空心球坯，而后进行干燥、脱脂和高温烧结，在低成本条件下批量制备出球形度和均匀性均比较理想的陶瓷微球。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现：一种低成本制备陶瓷空心微球的方法，主要包括以下步骤：步骤一、陶瓷浆料的制备
①
预混液的制备称取陶瓷粉体和水溶剂，其水溶剂的含量占陶瓷粉体质量的17.64~33.33%，在水溶剂中加入添加剂配置预混液，加入的各添加剂占陶瓷粉体质量的比例为: 分散剂占0.80%~1.55%，单体占1.25%~5.80%，交联剂占0.03%~0.43%，坯体增强剂占0.03~0.06%、发泡剂占1.2~2.0%，在配置预混液的过程中始终用磁力转子或机械搅拌棒进行搅拌，以使水溶剂中各添加剂混合均匀；其中坯体增强剂为棉花纤维类，所述发泡剂为丁酸、二亚硝基五亚甲基四胺、十二烷基硫酸钠、抗静电蛋白类发泡剂中的一种；
②ꢀ
球磨将陶瓷粉体与配置的预混液一同进行行星球磨，制备出固含量为75~85%的浆料；
③
加入固化剂在球磨后的浆料中加入占粉体质量0.27
‰
~0.65
‰
的引发剂和0.08
‰
~0.22
‰
的
催化剂，混合均匀后待用；步骤二、超疏水轨道的制作轨道沿宽度方向用隔板分隔成若干个独立轨道，在轨道内表面进行喷砂处理，用酒精清洁后在轨道内表面及隔板上施涂或沉积一层超疏水薄膜，膜厚为10~20μm，所述超疏水薄膜中还加入有质量分数为2~5%的粘结剂，用于将超疏水薄膜牢固粘附于金属基材表面；步骤三、直接滴定成型将轨道倾斜放置，斜面倾角为25~35
°
，将带有10~20个滴定针筒的设备放置在轨道顶端，且单根滴定针筒位于各自独立的轨道上方，斜面下方用相同面积的加热带贴附，将斜面加热至120~180℃，将步骤一制备的陶瓷浆料注入滴定针筒，滴定针筒通过压缩空气的进气压力以及针孔尺寸控制液滴尺寸为0.1~1.3mm，液滴由斜面顶端滴落于施涂了超疏水薄膜后的轨道上，向下滚动并被加热固化成陶瓷微球球坯；步骤四、陶瓷空心球坯的干燥、脱脂及烧结将成型后的陶瓷微球球坯经100~120℃干燥5~10h、600~650℃脱脂10~20h、最后于1600~1700℃条件下保温2~5h后，制得成品陶瓷空心微球。
[0006]进一步的，所述陶瓷粉体为平均粒径为3μm的Al3O2陶瓷粉末。
[0007]进一步的，所述分散剂为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵或聚羧酸铵。
[0008]进一步的，所述单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
[0009]进一步的，所述交联剂为N
‑
N
’
亚甲基双丙烯酰胺。
[0010]进一步的，行星球磨采用20L球磨罐，所选用的球磨罐材质为尼龙或聚氨酯，球磨介质选为氧化锆球；所选用的磨球直径为2~5mm，料球比范围为1:1~2:1；采用的球磨转速为100~200r/min，球磨时间为5~10h，球磨后的浆料在室温、转速20s
‑1条件下的粘度值为251~390mPa
·
s。
[0011]进一步的，轨道为一个长方体上端开口的槽形金属轨道，规格为长15~20m
×
宽0.1~0.3m
×
深0.05~0.1m，金属轨道为铝或铜材质，所述隔板也为金属隔板。
[0012]进一步的，所述粘接剂为蛋白胶、树脂胶或氯化橡胶。
[0013]进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。
[0014]进一步的，所述催化剂为四甲基乙二胺。
[0015]本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备的陶瓷空心微球球形度高，尺寸分布比较均匀，且具有工艺成本低、工序少、效率高以及容易实现自动控制等优势。说明如下：（1）空心微球具有较高的球形度由于陶瓷液滴始终在超疏水表面，在疏水角大于160
°
时，始终保持为较为理想的球体，同时因浆料的固含量较高，水分含量较低，故蒸发固化过程中，球坯的收缩变形量极小，滚动过程本身也有利于球形化，故整个过程可始终保持较高的球形度。球形度的提高有利于提高空心微球的结构均匀性、机械强度、分散性以及抗磨损能力。
[0016]（2）微球尺寸均匀性好 由于陶瓷液滴在滴定时为间歇或连续节奏，而斜面处于倾斜状态，后滴落于轨道的液滴无法追上前方液滴，这一过程液滴不能合并长大，故其球形尺寸均匀性可以得到保
证，而球形尺寸可通过滴定针孔尺寸进行调整，以28
#
点胶机针筒为例，滚落收集槽后其空心球坯尺寸范围在0.12~0.35mm。
[0017]（3）工序少、工艺成本低 本专利技术的直接滴定成型过程可一步完成，且空心球坯固化工序可与后续的收集工序无缝连接，大幅降低工序数量、工艺成本以及设备投入。
[0018]（4）效率高、易实现自动化本专利技术的直接滴定成型过程十分简洁，其自动化程度和效率可大幅提高。
具体实施方式
[0019]一种低成本制备陶瓷空心微球的方法，主要包括以下步骤：步骤一、陶瓷浆料的制备
①
预混液的制备称取陶瓷粉体和水溶剂，其水溶剂的含量占陶瓷粉体质量的17.64~33.33%，在水溶剂中加入添加剂配置预混液，加入的各添加剂占陶瓷粉体质量的比例为: 分散剂占0.80%~1.55%，单体占1.25%~5.80%，交联剂占0.03%~0.43%，坯体增强剂占0.03~0.06%、发泡剂占1.2~2.0%，在配置预混液的过程中始终用磁力转子或机械搅拌棒进行搅拌，以使水溶剂中各添加剂混合均匀；其中坯体增强剂为棉花纤维类，所述发泡剂为丁酸、二亚硝基五本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本制备陶瓷空心微球的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：步骤一、陶瓷浆料的制备
①
预混液的制备称取陶瓷粉体和水溶剂，其水溶剂的含量占陶瓷粉体质量的17.64~33.33%，在水溶剂中加入添加剂配置预混液，加入的各添加剂占陶瓷粉体质量的比例为: 分散剂占0.80%~1.55%，单体占1.25%~5.80%，交联剂占0.03%~0.43%，坯体增强剂占0.03~0.06%、发泡剂占1.2~2.0%，在配置预混液的过程中始终用磁力转子或机械搅拌棒进行搅拌，以使水溶剂中各添加剂混合均匀；其中坯体增强剂为棉花纤维类，所述发泡剂为丁酸、二亚硝基五亚甲基四胺、十二烷基硫酸钠、抗静电蛋白类发泡剂中的一种；
②ꢀ
球磨将陶瓷粉体与配置的预混液一同进行行星球磨，制备出固含量为75~85%的浆料；
③
加入固化剂在球磨后的浆料中加入占粉体质量0.27
‰
~0.65
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的引发剂和0.08
‰
~0.22
‰
的催化剂，混合均匀后待用；步骤二、超疏水轨道的制作轨道沿宽度方向用隔板分隔成若干个独立轨道，在轨道内表面进行喷砂处理，用酒精清洁后在轨道内表面及隔板上施涂或沉积一层超疏水薄膜，膜厚为10~20μm，所述超疏水薄膜中还加入有质量分数为2~5%的粘结剂，用于将超疏水薄膜牢固粘附于金属基材表面；步骤三、直接滴定成型将轨道倾斜放置，斜面倾角为25~35
°
，将带有10~20个滴定针筒的设备放置在轨道顶端，且单根滴定针筒位于各自独立的轨道上方，斜面下方用相同面积的加热带贴附，将斜面加热至120~180℃，将步骤一制备的陶瓷浆料注入滴定针筒，滴定针筒通过压缩空气的进气压力以及针孔尺寸控制液滴尺寸为0.1~1.3mm，液滴由斜面顶端滴落于施涂了超疏水薄膜后的轨道上，向下滚动并被加热固化成陶瓷微球...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨硕，炊敬甫，刘汉强，周洋，彭晖，袁琪，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：