一种制备硫氧化钆陶瓷空心微球的方法技术

本发明专利技术公开一种制备硫氧化钆陶瓷空心微球的方法，在水溶剂中加入添加剂混合均匀制备预混液，添加剂包括分散剂、单体、交联剂、坯体增强剂、闭孔造孔剂、烧结助剂；将Gd2O2S陶瓷粉末与预混液球磨制备出固含量为75~85%的Gd2O2S浆料，再加入引发剂和催化剂混合均匀后待用；制作涂覆有超疏水薄膜的半圆弧形超疏水轨道，将轨道置于倾斜台架上，轨道斜面下方用加热带贴附；选用点胶机针头使滴定针筒位于轨道上方18~15cm处，将Gd2O2S陶瓷浆料注入到滴定针筒内，控制斜面加热至150~210℃，通过压缩空气的进气压力和针孔尺寸控制液滴尺寸为0.18~1mm，液滴由斜面顶端滴落于施涂了超疏水薄膜的金属轨道上，向下滚动并被加热固化成Gd2O2S微球球坯；将成型后的Gd2O2S球坯经干燥脱脂后，烧结制得Gd2O2S陶瓷空心微球。S陶瓷空心微球。

A method for preparing gadolinium sulfide oxide ceramic hollow microspheres

【技术实现步骤摘要】
一种制备硫氧化钆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
，具体的说是一种制备硫氧化钆陶瓷空心微球的方法。

技术介绍

[0002]随着量子通信技术的快速发展，军用、政务、金融业对量子通信的需求非常迫切，配套的2.5K以下超低温技术和相关设备原料应用需求增多。作为量子计算重要设备之一的制冷机，其使用最多的是一种新型蓄冷材料Gd2O2S，在众多磁性蓄冷材料中，Gd2O2S在2～7K温区发生磁性相变，拥有较高的比热容峰值，是一种具有实用价值的蓄冷材料。
[0003]目前Gd2O2S蓄冷材料主要采用直径0.16~0.45mm规格的实心微球，这种实心微球，使得储存液氦的容量受限，制冷效率难以进一步得到提高。而若把蓄冷材料Gd2O2S制作成近似规格的空心微球，将有助于将液氦储存进入Gd2O2S空心球内部，可大幅度提高液氦储存进而提高制冷机的工作效率。

技术实现思路

[0004]针对目前制冷机Gd2O2S蓄冷材料仅能提供实心微球的产品现状，本专利技术提出一种制备Gd2O2S陶瓷空心微球的方法，该方法将凝胶注模技术与超疏水表面技术相结合，将微米级Gd2O2S陶瓷粉体制作成固含量为75~85%的陶瓷浆料，同时在浆料中加入闭孔造孔剂，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，在特定温度条件下滚动固化成Gd2O2S陶瓷球坯，而后进行干燥、脱脂和高温烧结，高温烧结后，可制备出球形度、尺寸均匀性较好的Gd2O2S闭孔空心微球。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现：一种制备硫氧化钆陶瓷空心微球的方法，包括以下步骤：步骤一、Gd2O2S陶瓷浆料的制备
①ꢀ
预混液的制备选用平均粒径为1~2μm的Gd2O2S陶瓷粉末，使用凝胶注模工艺，制备固含量75~85%浆料的预混液，预混液包括水溶剂和添加剂，水溶剂的含量占粉体质量的17.64~33.33%，在水溶剂中加入的各添加剂占粉体质量的比例为：分散剂占0.50%~2.12%，单体占1.05%~5.50%，交联剂占0.05%~0.51%，坯体增强剂占0.05~0.10%、闭孔造孔剂占18.8~27.4%，烧结助剂占0.9~2.0%，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；其中所述坯体增强剂为棉花纤维类，所述闭孔造孔剂为硫酸钙、氢氧化钙、碳酸钙、硫酸铝中的一种或几种，所述烧结助剂为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硼、氧化铋中的一种或几种；
②ꢀ
球磨将Gd2O2S陶瓷粉末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
Gd2O2S浆料；
③
加入固化剂球磨后的Gd2O2S浆料加入占粉体质量0.06
‰
~0.30
‰
的引发剂和0.12
‰
~0.34
‰
的催化剂，混合均匀后待用；步骤二、半圆弧形超疏水轨道的制作制作涂覆有超疏水薄膜的半圆弧形超疏水轨道，将轨道置于倾斜的台架上，使轨道的倾斜角为25~35
°
，轨道斜面下方用加热带贴附；步骤三、Gd2O2S微球球坯的滴定成型选用规格为24~28
#
的点胶机针头，使滴定针筒位于轨道上方18~15cm处，将Gd2O2S陶瓷浆料注入到滴定针筒内，控制斜面加热至150~210℃，通过压缩空气的进气压力和针孔尺寸控制陶瓷浆料液滴的大小，使液滴尺寸为0.18~1mm，液滴由斜面顶端滴落于施涂了超疏水薄膜的金属轨道上，向下滚动并被加热固化成Gd2O2S微球球坯；步骤四、Gd2O2S微球球坯的制备将成型后的Gd2O2S球坯经100~150℃干燥10~20h、600~700℃脱脂15~25h后，于1470~1590℃的还原性气氛或惰性气氛条件下烧结，最高温的保温时间为3~8h，制得Gd2O2S陶瓷空心微球。
[0006]进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸铵或聚羧酸铵。
[0007]进一步的，所述单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
[0008]进一步的，所述交联剂为N
‑
N
’
亚甲基双丙烯酰胺。
[0009]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8~20h，球磨后的浆料在室温、转速20s
‑1条件下的粘度值为58~192mPa
·
s。
[0010]进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。
[0011]进一步的，所述催化剂为四甲基乙二胺。
[0012]进一步的，半圆弧形超疏水轨道的制作的具体步骤为：在半圆弧形金属轨道内表面进行喷砂处理，用酒精擦洗后在轨道内表面施涂或沉积一层超疏水薄膜，膜厚在10~25μm，该超疏水薄膜中还加入有质量分数为0~5%的粘结剂，用于将超疏水涂层更牢固粘附于金属基材表面，加热带贴附于轨道的半圆弧底面或垂直于轴向缠绕于整个半圆弧形轨道。
[0013]进一步的，半圆弧形金属材质轨道半径为50~100mm、厚度为1~3mm、长度为10~20m，其横截面为半圆形，开口向上，且金属材质为铜、铝或不锈钢。
[0014]进一步的，所述粘结剂为蛋白胶、树脂胶、氯化橡胶。
[0015]本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备的Gd2O2S陶瓷空心微球球形度高，尺寸均匀性较好，且具有工序少、设备投资小、生产效率高等优势，具体如下：（1）Gd2O2S陶瓷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
利于增加Gd2O2S空心微球的储存容量、机械强度以及在缸内运动时的抗磨损能力（降低能耗和材料损耗）；（2）Gd2O2S陶瓷空心微球规格均匀性较好 由于Gd2O2S陶瓷液滴在滴定时可设定为间歇滴落或连续喷射模式，而斜面处于倾斜状态，同时由于轨道设计为半圆弧形，在液滴接触轨道后，在超疏水膜的作用下液滴之间向同一下坡方向滑落，不会发生液滴融合变大的情况，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，若使用26
#
点胶针筒，液滴固化滚落至收集槽后其空心球坯尺寸范围在0.22~0.48mm；（3）工序少、工艺成本低、生产效率高本专利技术的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衔接，大幅降低工序数量、工艺成本以及设备投入，且由于工艺简单，其自动化程度和效率可大幅提高；（4）Gd2O2S陶瓷微球可形成闭孔结构 由于本专利技术的成型方式以及加入闭孔造孔剂，在高温烧结后可形成微球内部连通或不连通的封闭孔隙，从而成功制得闭孔组织结构的Gd2O2S陶瓷空心微球。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备硫氧化钆陶瓷空心微球的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、Gd2O2S陶瓷浆料的制备
①ꢀ
预混液的制备选用平均粒径为1~2μm的Gd2O2S陶瓷粉末，使用凝胶注模工艺，制备固含量75~85%浆料的预混液，预混液包括水溶剂和添加剂，水溶剂的含量占粉体质量的17.64~33.33%，在水溶剂中加入的各添加剂占粉体质量的比例为：分散剂占0.50%~2.12%，单体占1.05%~5.50%，交联剂占0.05%~0.51%，坯体增强剂占0.05~0.10%、闭孔造孔剂占18.8~27.4%，烧结助剂占0.9~2.0%，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；其中所述坯体增强剂为棉花纤维类，所述闭孔造孔剂为硫酸钙、氢氧化钙、碳酸钙、硫酸铝中的一种或几种，所述烧结助剂为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硼、氧化铋中的一种或几种；
②ꢀ
球磨将Gd2O2S陶瓷粉末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Gd2O2S浆料；
③
加入固化剂球磨后的Gd2O2S浆料加入占粉体质量0.06
‰
~0.30
‰
的引发剂和0.12
‰
~0.34
‰
的催化剂，混合均匀后待用；步骤二、半圆弧形超疏水轨道的制作制作涂覆有超疏水薄膜的半圆弧形超疏水轨道，将轨道置于倾斜的台架上，使轨道的倾斜角为25~35
°
，轨道斜面下方用加热带贴附；步骤三、Gd2O2S微球球坯的滴定成型选用规格为24~28
#
的点胶机针头，使滴定针筒位于轨道上方18~15cm处，将Gd2O2S陶瓷浆料注入到滴定针筒内，控制斜面加热至150~210℃，通过压缩空气的进气压力和针孔尺寸控制陶瓷浆料液滴的大小，使液滴尺寸为0.18~1mm，液滴由斜面顶端滴落于施涂了超疏水薄膜的金属轨道上，向下滚动并被加热固化成Gd2O2S微球球坯；步骤四、Gd2O2S微球球坯的制备将成型后的Gd2O2S球坯经100~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨硕，王帅超，谢述锋，刘汉强，王亚辉，郭优，苏摇，
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：