本发明专利技术属于陶瓷材料领域，涉及一种水基溶胶-凝胶法制备正硅酸锂陶瓷粉体的方法。本发明专利技术以可溶性含锂化合物为锂源，以SiO2气凝胶为硅源，以柠檬酸作络合剂及溶液的pH值调节剂，以去离子水为反应介质，在550-700℃下合成了Li4SiO4纳米粉体，控制某些制备条件能得到纯相的Li4SiO4，该纳米粉体具有很高的烧结活性，在室温到1000℃的线性收缩率是固相反应法制备Li4SiO4粉体的3倍多。该方法原料易得，价格低廉，且以水为反应介质，降低了成本；比固相反应法的反应温度低了200℃以上，节约了能源。采用该Li4SiO4纳米粉体制得的陶瓷的相对密度高达82.9％，明显高于固相反应法制备的陶瓷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷材料领域，涉及一种水基溶胶-凝胶法制备正硅酸锂陶瓷粉体的方法。
技术介绍
正硅酸锂(Li4SiO4)陶瓷粉体的合成方法有固相反应法、沉淀法、燃烧法、溶胶-凝胶法等。固相反应法和沉淀法需要较高的反应温度(> 900°C)，易导致部分组分的挥发，难以控制最终产物的组成，此外，在高温下合成粉体也不利于控制产品的形貌及均勻性等。燃烧法在空气气氛下几乎得不到单相的Li4SiO4,往往有Li2C03、Li2Si03等杂相生成。 溶胶-凝胶法不仅能实现粉体的低温合成，而且便于控制所制备粉体的形貌和显微结构， 因而受到众多研究者的青睐。目前，文献中报道的用来制备Li4SiO4纳米粉体的溶胶-凝胶法，均以锂的醇盐(Li0CH3、Li0C2H5、Li0CH2CH20CH3等)或LiOH作锂源，以正硅酸乙酯(TEOS) 作硅源。TEOS极易水解而生成SW2沉淀，因而制备过程中不能用H2O作反应介质，而应采用有机溶剂作反应介质，这无疑增加了操作难度和生产成本，也容易带来环境污染等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体的方法，以克服现有技术的不足。为了解决现有技术中Li4SiO4粉体合成中存在的问题，本专利技术公开了一种水基溶胶-凝胶法制备高烧结活性的Li4SiO4陶瓷粉体的方法，该方法能制备出Li4SiO4纳米粉体。 本专利技术采用水基溶胶-凝胶法制备Li4si04陶瓷粉体的方法中，选取S^2气凝胶作为硅源， 这就解决了以TEOS作硅源在水溶液中易水解的问题；以可溶性的含锂化合物(如LiOH、 CH3COOLi、LiNO3等)作锂源；以柠檬酸(C6H8O7 · H2O)作络合剂和溶液pH值的调节剂；以去离子水作反应介质，制备了具有高烧结活性的Li4SiO4纳米粉体；通过控制某些制备条件可以得到单相的Li4SiO4纳米粉体。本专利技术所用原料价格低廉，易得；以去离子水为反应介质， 有效地降低了成本；制备过程也简单易行，易于规模化生产，具有实际应用的潜力。一种水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体的方法，包括如下步骤(1)将可溶性含锂化合物溶解于去离子水中，然后滴加柠檬酸水溶液络合Li+，同时调节溶液的PH值为5-10，搅拌均勻得到澄清溶液。所述的可溶性含锂化合物选自LiOH、CH3COOLi或LiNO3 ；所述含锂化合物的水溶液中锂离子摩尔浓度可以为0. 4mol/L ；所述的柠檬酸的化学式为C6H8O7 · H2O,所述柠檬酸水溶液中柠檬酸的摩尔浓度可以为 0. 5mol/L ；所述的搅拌时间为5-12h。(2)向步骤(1)所得的澄清液中缓慢加入SiA气凝胶并不断搅拌，其中SiA气凝胶的加入量保证Li/Si的摩尔比为3. 4/1-4. 6/1。(3)在50-90°C蒸发步骤(2)所得的混合液体中的溶剂，直至溶胶-凝胶化转变完成。(4)将步骤(3)中所得的凝胶陈化，然后干燥，得到干凝胶前驱体。所述的陈化温度为80-100°C，陈化时间为12_24h ；所述干燥温度为120_180°C，干燥时间为12-24h。所述干凝胶前驱体的获得无需雾化步骤。(5)将步骤(4)所得的干凝胶前驱体在空气或氧气气氛下、550-700°C煅烧，得到 Li4SiO4陶瓷粉体。所述的煅烧时间为2- !；优选的，所述步骤(5)中的煅烧温度为600-700°C。本专利技术的制备方法制得的Li4SiO4陶瓷粉体为纳米粉体，其一次颗粒的平均粒径为IOOnm左右；所述制备方法可制得Li4SiO4纳米粉体，且该纳米粉体具有高的烧结活性，其在室温到1000°c的线性收缩率是固相反应法制备的Li4SiO4粉体的3倍多；本专利技术所述的水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体的方法所制得的Li4SiO4陶瓷粉体可用于制备Li4SiO4陶瓷。本专利技术所述的Li4SiO4陶瓷的制备方法，包括如下步骤用本专利技术所制得的Li4SiO4陶瓷粉体压制成素坯，煅烧后得到Li4SiO4陶瓷。所述的煅烧条件可以为1000°C烧结4h。所得的Li4SiO4陶瓷的相对密度可以为82. 9%，明显高于用固相反应法制备的陶瓷的相对密度。本专利技术的水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体的方法和利用所得陶瓷粉体为原料制备Li4SiO4陶瓷，具有以下优点1、本专利技术所用原料易得，价格低廉，且以去离子水为反应介质，有效地降低了成本；2、制备Li4SiO4陶瓷粉体的反应温度比固相反应法的反应温度低了 200°C以上，节约了能源；3、本专利技术所制得的Li4SiO4陶瓷粉体为纳米粉体，其一次颗粒的平均粒径为IOOnm左右；4、本专利技术的水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体中控制某些条件可以得到单相的Li4SiO4纳米粉体；5、所制得的Li4SiO4纳米粉体具有很高的烧结活性，在室温到1000°C的线性收缩率是固相反应法制得的Li4SiO4粉体的线性收缩率的3倍多；6、用所制得的Li4SiO4纳米粉体制备Li4SiO4陶瓷，所得陶瓷的相对密度高达 82. 9%，明显高于用固相反应法制备的陶瓷。附图说明图1水基溶胶-凝胶法制备高烧结活性Li4SiO4纳米粉体的流程图。图2实施例1所得的Li4SiO4陶瓷粉体的XRD图谱。图3实施例5所得的Li4SiO4陶瓷粉体的XRD图谱。图4(a)为对比例1的固相反应法制得的Li4SiO4粉体的扫描电子显微镜(SEM)照片；(b)为实施例1的水基溶胶-凝胶法制得的Li4SiO4陶瓷粉体的扫描电子显微镜 (SEM)照片。图5 (a)为对比例1的固相反应法制得的Li4SiO4粉体在室温到1000°C的烧结收缩曲线；(b)为实施例9的水基溶胶-凝胶法制得的Li4SiO4陶瓷粉体在室温到1000°C的烧结收缩曲线。图6 (a)为对比例1的固相反应法制得的Li4SiO4陶瓷的断面显微结构照片；(b)为实施例11的水基溶胶-凝胶法制得的Li4SiO4陶瓷的断面显微结构照片。具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术，应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。对比例1固相反应法制备Li4SiO4粉体将Li2CO3粉体和SW2粉体按照Li4SiO4化学计量比配料，以无水乙醇为球磨介质，球磨4小时使原料混合均勻得前驱体。将前驱体在70°C烘干、过筛后于900°C下煅烧4小时得到Li4SiO4粉体。经检测，所制得的Li4SiO4粉体的形貌如图4(a)所示对比例1所得的Li4SiO4粉体的扫描电子显微镜(SEM)照片；该对比例1中所得粉体的颗粒大小分布不均勻，尺寸分布范围宽，大部分晶粒尺寸为10-20 μ m，少数晶粒的粒径达到了 30 μ m。该Li4SiO4粉体在室温到1000°C的烧结收缩曲线如图5(a)所示对比例1所得的 Li4SiO4粉体的烧结收缩曲线；该过程的线性收缩率为1.6%。用该固相反应法制得的Li4SiO4粉体制备的素坯经1000°C烧结4h得到Li4SiO4陶瓷，所得的陶瓷的断面显微结构如图6(a)所示对比例1所得的Li4SiO4陶瓷的断面显微结构照片。实施例1如图1所示水基溶胶-凝胶法制备Li4SiO4陶瓷粉体的工艺流程①将LiOH溶解于去离子水中，配制摩尔浓度为0. 4mol/L的L本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种水基溶胶－凝胶法制备Ｌｉ４ＳｉＯ４陶瓷粉体的方法，包括如下步骤：（１）将可溶性含锂化合物溶解于去离子水中，然后滴加柠檬酸水溶液络合Ｌｉ＋，同时调节溶液的ｐＨ值为５－１０，搅拌均匀得到澄清溶液；（２）向步骤（１）所得的澄清液中加入ＳｉＯ２气凝胶并不断搅拌，其中ＳｉＯ２气凝胶的加入量保证Ｌｉ／Ｓｉ的摩尔比为３．４／１－４．６／１；（３）在５０－９０℃蒸发步骤（２）所得的混合液体中的溶剂，直至溶胶－凝胶化转变完成；（４）将步骤（３）中所得的凝胶陈化、干燥，得到干凝胶前驱体；（５）将步骤（４）所得的干凝胶前驱体在空气或氧气气氛下、５５０－７００℃煅烧，得到Ｌｉ４ＳｉＯ４陶瓷粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，吴相伟，吴梅芬，张敬超，顾中华，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31
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