陶瓷微球的制备工艺及微球性能研究

以国产铝矾土为原料,采用离心喷雾造粒方法,制备10～100μm的陶瓷微球.探讨微球颗粒尺寸、球形度、与基体材料结合性能的控制技术.对陶瓷微球进行表面改性,喷雾造粒前在泥浆中添加氢氧化钠使钠离子在陶瓷微球表面富集,以增加微球与基体之间的润湿性.研究了陶瓷微球的最佳烧结工艺,采用二次烧成的方法来烧结微球.对陶瓷微球的微观结构和性能进行了表征.该微球可用作复合材料的加强材料.     

油页岩灰渣制备空心陶瓷微球及机理探讨

以油页岩灰渣为实验原料,利用火焰喷枪熔射法制备了空心陶瓷微球.采用TG-DSC对油页岩灰渣进行热分析,采用SEM和XRD分别对油页岩灰渣和空心陶瓷微球的微观形貌和物相组成进行分析.研究结果表明,利用火焰喷枪熔射法制备的微球绝大多数为球状,极少部分为不规则形状,微球破碎后可发现其为空心结构;空心微球的形成机理为:油页岩灰渣粉末受热熔化、发气物质形成气泡、气泡合并、降温凝固、最终形成空心微球;油页岩灰渣自身疏松的结构、所含充足的发气物质和适宜的熔射温度是形成微球空心结构的重要因素.     

空心玻璃微球高压贮氢技术

利用炉内成球技术制备的亚毫米量级空心玻璃微球进行实验,系统研究了玻璃微球高压贮氢技术.玻璃微球直径150～250 μm,壁厚0.9～4.0 μm.采用气体渗透法充氢,在高温时,气体扩散进入微球内,温度降低后气体不容易扩散出来,即可实现贮氢.通过控制外界温度和气氛可实现氢气的贮存和释放.对于直径200 μm,壁厚1 μm的空心玻璃微球,在350℃充气的平衡时间约6～10 h,充气平衡后,微球内外压基本相等.在室温条件下,微球的保气半寿命约40～50 d.对于直径200 μm,壁厚2 μm的空心玻璃微球,球内氢气最高压力可达20～25 MPa,单位质量贮氢效率为13%～16％.     

成孔剂对模板法制备SiO2空心陶瓷球性能的影响

本文分别选用不同的成孔剂制成粒径约600 μm的成孔模板,以SiO2陶瓷粉为球壳包覆材料制备SiO2空心陶瓷球,研究了不同成孔剂对SiO2空心陶瓷球成球性能的影响.结果表明,以PS和淀粉为成孔模板时烧结后的空心球出现明显的破裂现象,以酚醛树脂和尿素为成孔模板制备出的SiO2空心球成球性能最好.XRD分析表明烧结后的空心球物相为石英相.热重分析表明,以尿素为成孔模板更能形成空心结构,对制备SiO2空心陶瓷球更为合适.尿素-SiO2球在377℃下热分解排胶50 h后单粒抗压值较为稳定,平均耐压强度为54.3 N,球壳中孔隙含量较少.     

干凝胶法制备惯性约束聚变靶用大直径空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用大直径空心玻璃微球的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验2个方面研究了发泡剂种类及含量、炉内载气组分、压力和温度对大直径空心玻璃微球制备过程的影响。结果表明:采用碱金属的乙酸盐作为发泡剂可以显著提高干凝胶粒子的发泡效率,提高载气中的氦气含量和升高炉温可以提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率、更为迅速有效地完成封装过程,从而有利于大直径空心玻璃微球的制备。虽然降低载气压力有利于显著增大空心玻璃微球的直径,但是空心玻璃微球的品质急剧下降。当载气中氦气的体积分数为50%～80%、载气压力为(0.75～1.0)×105Pa、炉温为1500～1700℃时,干凝胶粒子的成球率较高、大直径(700～1000μm)空心玻璃微球的球形度、同心度和表面光洁度较好。     

超低钠小原晶α氧化铝的陶瓷烧结性能研究

本文详细研究了低钠小原晶α氧化铝的原晶粒度、Na₂O含量、粉体粒度分布以及烧结温度对陶瓷烧结性能的影响。研究结果表明原晶粒度越小、Na₂O含量越低、粉体粒度越细,所得氧化铝陶瓷越致密。以国内某公司的超低钠小原晶α氧化铝(Na₂O含量0.02%,原晶粒度0.2～0.5μm)为原料,将粉体磨至接近原晶粒度,然后通过造粒、干压所得生坯在1600～1620℃下烧结,陶瓷试块烧结密度达到理论烧结密度的99.5%以上,展现出优良的陶瓷烧结性能。     

水热法制备大比表面积二氧化钛纳米片空心微球

常温下在SiO2纳米球表面包覆一层TiO2,通过碱性水热法移除SiO2纳米球后,被包覆的微球转变成由纳米片组成的TiO2空心微球。采用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜和氮气吸附--脱附分析对包覆微球和TiO2空心微球进行表征。结果表明,氨水和钛酸四丁酯的含量对包覆微球的形貌有重要影响,NaOH浓度也直接影响空心微球的形貌和比表面积。TiO2空心微球表面是由厚度仅为几个nm,长度为100nm以上的纳米片组成,其晶体结构为锐钛矿相。TiO2空心微球的比表面积高达185.7m2/g。     

水热界面反应制备二氧化钛空心微球

采用水热法,在油酸/水/乙醇体系中,钛酸四丁酯前驱体分解团聚得到具有空心结构的TiO2微球。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附脱附(BET)对样品进行表征,并通过对甲基橙的紫外光催化降解评价样品的光催化性能。结果表明该空心微球为锐钛相,粒径约为1～2μm,随着时间的延长其结晶性增强。BET结果显示该空心微球具有较大的比表面积300.20m2.g-1,内部颗粒之间形成介孔结构。利用SEM研究了该空心微球的生长特点和生长机理,结果表明钛酸四丁酯在油水界面反生分解缩聚反应,然后经过由内向外的Ostwald ripening(OR)过程得到空心微球,通过调节水油的比例可以调控微球的形貌和粒径。光催化性能测试表明这种空心微球结构的TiO2材料具有较高的催化活性。     

可用于催化剂载体的陶瓷微球

一种直径为 2 0 0～ 50 0 nm,可用于抗磨蚀和腐蚀工具或高温条件下工程材料的陶瓷空心微球已由日本横滨国立大学的米野教授研制成功。据米野介绍 ,这种硅铝物质首先是由α型而不是β型结构组成 ,其具有的大量疏松微孔的α型物质结构有望用于包括催化剂载体和微过滤器方面。　　这种新型物质由常用的硅铝元素 (硅的氮化物和铝 )加上钙组成 ,通过还原硅和铝的混合物 ,与还原物质 5～ 6%的碳酸钙和大约 2 0 %的碳粉来合成这个过程需要在 1 450℃、 0 .1 MPa压力和氮气氛中两小时来完成可用于催化剂载体的陶瓷微球@何观伟…     

非均相回流技术制备开口ZnS空心微球

以部分互溶的水-乙醚液液平衡系统为反应介质,硫代乙酰胺和醋酸锌分别为硫源和锌源,通过非均相回流技术成功制备了开口硫化锌空心微球,并对所得样品进行了性能表征.开口硫化锌空心微球形貌规整,直径约为8μm,开口圆孔直径约为1.6μm,纯度高,具有立方晶相结构.     

酵母菌生物模板法组装Ti-W-Si三元复合空心微球及其光催化性能

以酵母菌为生物模板制备出了Ti-W-Si三元复合空心微球,测试显示其形成机理可以概括为两部包裹-模板脱除过程.产品粒径为3.5～4.0μm,分散较好,壳壁强度高,TiO2为锐钛矿,WO<,3>为菱形矿.在光催化降解酸性品红染料废水中,此空心微球表现出了较高的光催化活性.     

发泡剂对空心石英玻璃微球结构的影响

空心玻璃微球因具有低密度、高强度、耐高温等优点而被广泛研究。采用喷雾造粒法与粉末法相结合,掺入发泡剂,以射频等离子体作为热源制备空心石英玻璃微球,研究了SiC、CaSO₄、CaCO₃三种发泡剂对制备空心石英玻璃微球的影响。结果表明,通过喷雾造粒法将发泡剂与SiO₂充分混合形成粗坯颗粒,再利用射频等离子设备对粗坯粉末进行高温烧结,得到空心石英玻璃微球。其中CaSO₄、CaCO₃发泡剂效果较差,所产生的气体难以留在玻璃微球内部形成中空气泡;而SiC发泡剂效果最好,在射频等离子烧结过程中产生气体,被玻璃液包裹形成空心结构,得到的玻璃微球平均真密度为1.799 5 g/cm³。选用菲利华石英块状疏松体作为SiO₂原料,当m(SiO₂)∶m(SiC)∶m(H₂O)为100∶3∶300时,可制备出平均真密度为0.72 g/cm³的空心多孔石英玻璃微球。     

羟基磷灰石空心微球的制备及其释药性能

以直径200～500 μm的帕拉胶微球(Paraffin micro-spheres)为模板,采用浸渍法制备了羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)空心微球,观察了HA空心微球的形貌特征,并研究了其药物释放性能.结果表明:HA呈良好的空心球结构,外径300～600 μm,壁厚32～81 μm,有较大的内腔,且表面有大量1～8 μm的微孔;样品对药物阿莫西林的装载量为104 mg/g时,在模拟体液中的释药时间持续可达400 h,说明HA空心微球具有药物缓释作用.     

水相体系软模板法一步合成氧化硅陶瓷空心微球

陶瓷微球因其所特有的陶瓷体系及中空结构,可以广泛应用于微电子、催化、药物载体、引脚线、隔热填料等领域。本文在纯水相体系中,通过球形胶束、囊泡、陶瓷基空心胶束等技术,一步合成了氧化硅陶瓷基空心微球,具备纳米、亚微米级尺寸、中空结构特性,孔壁厚度在70nm左右,空心率极高。所制备的空心微球有别于市售玻璃微珠和陶瓷微珠,具备陶瓷基孔壁结构、亲和性等特性,合成过程中无有机溶剂引入,能够满足工程化量产。     

α-磷酸三钙骨水泥自固化制备多孔磷酸钙复相陶瓷

以聚氨酯泡沫为多孔模板,α-磷酸钙骨水泥为浆料体系,将浸渍法和骨水泥自固化特性相结合,制备大孔尺寸为200～400 μm、贯穿式微孔尺寸约为1μm的多孔磷酸钙复相陶瓷支架.研究了分散剂聚丙烯酸钠对羟基磷灰石成核、生长的影响,以及烧成温度与相组成的相关性.结果表明:浆料中分散剂聚丙烯酸钠对羟基磷灰石的成核有明显抑制作用;骨水泥水化反应过程中生成的针状、片状羟基磷灰石通过交联形成微孔结构,可避免干燥时裂纹的产生;经1 200℃烧结的多孔陶瓷支架由羟基磷灰石、β-磷酸三钙和少量未水化完全的α-磷酸三钙组成.     

双相磷酸钙多孔陶瓷的制备

以羟基磷灰石为原料,壳聚糖微球为成孔剂,明胶为分散剂,采用注浆法制备多孔双相磷酸钙陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对烧结体相组成、微观结构、孔径和孔分布进行了分析和观察。结果表明：起始粉末粒径为260nm的试样,在：1000℃～1180℃范围内烧结,可获得不同β-TCP/HA比的双相多孔陶瓷。与单相β-TCP陶瓷相比,β-TCP／HA双相多孔陶瓷的断口呈现出凸凹不平。     

炉内温度对聚碳硅烷粒子成球性能的影响

由聚碳硅烷粒子作为原料,通过粒子下落进入负压高温炉内,粒子达到流动状态,在发泡剂作用下内部起泡膨胀,最终得到空心微球.实验所用聚碳硅烷粒子尺寸为110～180 μm,载气为Ar/He（体积比为2：1）,载气压力为0.09MPa.在这些固定条件下,研究了炉内温度对聚碳硅烷粒子成球性能的影响.结果表明：随着炉内温度从200℃升高到1 000℃,聚碳硅烷成球率、微球平均直径和表面光洁度先增加后下降,最高平均成球率为73%,最大平均直径为375μm,最好表面平均粗糙度Ra仅为0.7 nm.制备空心微球合适的温度约为700℃.     

无机改性颗粒对水性氟碳涂料性能的影响

将空心玻璃微球、陶瓷微球、α-氧化铝和γ-氧化铝添加至水性氟碳涂料中,研究其对水性氟碳涂料的反射隔热性能、白度、黏度、耐酸性、耐热性和涂料外观形貌的影响。结果表明：多聚磷酸钠对无机填料具有良好的分散效果;空心玻璃微球提高了涂料隔热性能,降低了涂料用量,改善了涂料其他性能,但加入量过多会增加涂料黏度,影响施工性能。陶瓷微球、α-氧化铝和γ-氧化铝等无机粒子会提高涂料的热反射性能。混掺空心玻璃微球、陶瓷微球和γ-氧化铝加入水中,提高了涂料的反射隔热、耐酸性和耐热性性能。     

1300℃下高强度氮化硅结构陶瓷

根据加压热浇注及压缩烧结工艺,研制成Si_3N_4高温陶瓷,其常温抗折强度为620MPa和1300℃下的抗折强度为450MPa。该陶瓷的特点是晶间相的结晶程度高及在相组成中存在高温石榴石3Y_2O_3·5Al_2O_3。陶瓷的微观结构主要为不规则形状晶粒,粒度不大于12μm,并含有呈六面体形的条状的Si_3N_4晶体。     

空心玻璃微球改性酚醛树脂的研究

研究了空心玻璃微球对酚醛树脂(PF)的影响,通过光学显微镜和红外光谱证实了空心玻璃微球的存在.加入质量分数为5%的空心玻璃微球时,PF的硬度和热稳定性均得到提高,在空心玻璃微球小于等于15 μm时高于纯PF.固定空心玻璃微球为15 μm,PF的硬度和热稳定性随着玻璃微球含量的增加先迅速后缓慢提高;冲击强度则随含量的增加先增加后降低,在质量分数5%时达到最大值.