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一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法

phase of barium aluminosilicate ceramics.materials research bulletin,1994,29(1):55-62.)，以正硅酸乙酯(teos)、仲丁醇铝(asb)和醋酸钡为原料，用hf催化剂和适当的干燥和加热工艺制备凝胶，最终通过热处理工艺获得单斜钡长石陶瓷。3)离子交换法(hoghooghi b,mckittrick j,helsel e,et al.microstructural development,densification,and hot pressing of celsian ceramics from ion-exchanged zeolite precursors.journal of the american ceramic society,1998,81(4):845-852.)，用ba和li的硝酸盐溶液，通过对沸石的离子交换，然后经过热处理产生粉末，破坏沸石的分子结构，最终晶化获得单斜钡长石陶瓷。4)固相反应法(talmy i g,haught d a.celsian-based(bao
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al2o3
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sio2)ceramics as candidates for radomes,in:proceedings of the 14th conference on metal,carbon and ceramic composites,nasa conference publication.1990(3097 part i):227-238.)、(lee k t,aswath p b.synthesis of hexacelsian barium aluminosilicate by a solid-state process.journal of the american ceramic society,2000,83(12):2907-2912.)、(lee k t,aswath p b.enhanced production of celsian barium aluminosilicates by a three-step firing technique.materials chemistry and physics,2001,71(1):47-52.)、(lee k t,aswath p b.role of mineralizers on the hexacelsian to celsian transformation in the barium aluminosilicate(bas)system,materials science and engineering:a,2003,352(1-2):1-7.)，以baco3、a12o3和sio2为原料，在不添加矿化剂时，需先在1250℃保温5小时合成六方钡长石，然后再在1500℃保温150小时才能获得纯度高的单斜钡长石陶瓷，能耗高，成本高，周期长；当添加矿化剂时，只需先通过固相反应合成出六方钡长石，然后向合成出的六方钡长石粉末中添加一些矿化剂，如li2o、cao、tio2等，以促进六方钡长石向单斜钡长石转换，最后通过在1250℃左右进行二次煅烧制备纯度高的单斜钡长石陶瓷，工艺复杂，并且加入的矿化剂会与某些物质反应生成低熔点相，对其高温性能有潜在的影响，人们对它持有慎重的态度。在所提到的固相合成法中，大多直接使用baco3、a12o3和sio2作为原料，其成本较高，并且在制备过程中baco3会与a12o3直接反应生成baal2o4，而baal2o4不易被反应除去，会导致钡源的消耗以及影响六方钡长石向单斜钡长石转化，从而影响单斜钡长石陶瓷的纯度。由于上述固相法采用先合成出六方钡长石，然后将其玻碎、成型，通过二次烧结制备单斜钡长石陶瓷，因此其体积密度大，显气孔率小。

技术实现要素：

7.本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产周期短、节省投资和成本低的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料制备方法；所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的物相纯度高、体积密度小和显气孔率大。
8.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是∶
9.步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶(1～1.1)∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i。
10.所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为碳酸钡、或为氢氧化钡，所述铝硅源为莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种，所述硅源补充物为熔融石英。
11.步骤二、将所述混合粉体i在50～80mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体。
12.步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1200～1500℃，保温3～6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。
13.所述碳酸钡中baco3的含量大于99.0wt％，粒径小于2μm。
14.所述氢氧化钡中ba(oh)2的含量大于99.0wt％，粒径小于2μm。
15.所述莫来石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。
16.所述蓝晶石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。
17.所述红柱石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。
18.所述夕线石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。
19.所述熔融石英中sio2的含量大于99.8wt％，粒径小于75μm。
20.由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果∶
21.1、本发明以所述钡源和所述铝硅源为原料，以熔融石英为硅源补充物，按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶(1～1.1)∶2配料，球磨，烘干；再机压成型，干燥，然后加热至1200～1500℃，保温3～6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料(以下简称单斜钡长石陶瓷材料)，故本发明不仅工艺简单，且不需要增加设备，节省投资。
22.2、本发明以熔融石英为硅源补充物，以碳酸钡或氢氧化钡为钡源，以莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种为铝硅源，相对于sio2与al2o3廉价易得；故本发明生产成本低。
23.3、本发明从原料混合到制备出单斜钡长石陶瓷材料仅需要1～2天的时间，而现有的固相合成法在不添加矿化剂时，其生产周期超过3天，故本发明生产周期短。
24.4、本发明在整个合成过程中仅需加热至1200～1500℃，保温3～6h，便能合成纯度高的单斜钡长石陶瓷材料；而现有的固相合成法不仅所需的1500℃且要保温150h，故本发明能耗低。
25.5、本发明在整个合成过程中不存在baal2o4，并且仅需加热至1200～1500℃，保温3～6h，便能合成纯度超过90％的单斜钡长石陶瓷材料；而现有的固相合成法不仅合成过程中存在baal2o4而且即使在1530℃保温50h也合成不出单斜钡长石陶瓷材料，故本发明纯度高。
26.6、本发明以熔融石英为硅源补充物，以碳酸钡或氢氧化钡为钡源，以莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种为铝硅源，制备过程中碳酸钡或氢氧化钡会分解产生气体，从而提高单斜钡长石陶瓷材料的显气孔率和降低其密度；而现有的固相法采用先合成出六方钡长石，然后将其玻碎、成型，通过二次烧结制备单斜钡长石陶瓷材料，制备过程形成的气孔被破坏使得显气孔率小，体积密度大，故本发明体积密度小和显气孔率大。
27.本发明所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料经x射线衍射分析，主晶相为单斜钡长石。经检测∶纯度为90～98％；常温抗折强度为30～46mpa；体积密度为1.8～2.1g/cm3；显气孔率为37～44％。
28.因此，本发明具有工艺简单、生产周期短、节省投资和成本低的特点，能够在较低温度下合成主晶相为单斜钡长石的陶瓷材料，所制制品物相纯度高、体积密度小和显气孔
率大。
附图说明
29.图1为本发明制备的一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的xrd图。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
31.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法是∶
32.步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶(1～1.1)∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i。
33.所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为碳酸钡、或为氢氧化钡，所述铝硅源为莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种，所述硅源补充物为熔融石英。
34.步骤二、将所述混合粉体i在50～80mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体。
35.步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1200～1500℃，保温3～6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。
36.本具体实施方式中：
37.所述碳酸钡中baco3的含量大于99.0wt％，粒径小于2μm；
38.所述氢氧化钡中ba(oh)2的含量大于99.0wt％，粒径小于2μm；
39.所述莫来石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm；
40.所述蓝晶石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm；
41.所述红柱石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm；
42.所述夕线石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm；
43.所述熔融石英中sio2的含量大于99.8wt％，粒径小于75μm。
44.所实施例中不再赘述。
45.实施例1
46.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法。本实施例的制备方法是∶
47.步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶1∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i。
48.所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为氢氧化钡，所述铝硅源为蓝晶石，所述硅源补充物为熔融石英。
49.步骤二、将所述混合粉体i在50mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体。
50.步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1400℃，保温6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。
51.本实施例1所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料经检测∶单斜钡长石含量为90.00％；常温抗折强度为46.00mpa；体积密度为2.1g/cm3；显气孔率为37.0％。
52.实施例2
53.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法。本实施例的制备方法是∶
54.步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶1.03∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i。
55.所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为碳酸钡，所述铝硅源为莫来石，所述硅源补充物为熔融石英。
56.步骤二、将所述混合粉体i在80mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体。
57.步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1300℃，保温5h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。
58.本实施例1所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料经检测∶单斜钡长石含量为98.00％；常温抗折强度为30.00mpa；体积密度为1.8g/cm3；显气孔率为44.0％。
59.实施例3
60.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法。本实施例的制备方法是∶
61.步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶1.06∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i。
62.所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为碳酸钡，所述铝硅源为红柱石，所述硅源补充物为熔融石英。
63.步骤二、将所述混合粉体i在60mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体。
64.步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1200℃，保温4h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。
65.本实施例1所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料经检测∶单斜钡长石含量为92.66％；常温抗折强度为35.33mpa；体积密度为1.9g/cm3；显气孔率为39.3％。
66.实施例4
67.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法。本实施例的制备方法是∶
68.步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶1.1∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i。
69.所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为氢氧化钡，所述铝硅源为夕线石，所述硅源补充物为熔融石英。
70.步骤二、将所述混合粉体i在70mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体。
71.步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1500℃，保温3h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。
72.本实施例1所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料经检测∶单斜钡长石含量为95.53％；常温抗折强度为40.66mpa；体积密度为2.0g/cm3；显气孔率为41.6％。
73.本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果∶
74.1、本具体实施方式以所述钡源和所述铝硅源为原料，以熔融石英为硅源补充物，按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶(1～1.1)∶2配料，球磨，烘干；再机压成型，干燥，然后加热至1200～1500℃，保温3～6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料(以下简称单斜钡长石陶瓷材料)，故本具体实施方式不仅工艺简单，且不需要增加设备，节省投资。
75.2、本具体实施方式以熔融石英为硅源补充物，以碳酸钡或氢氧化钡为钡源，以莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种为铝硅源，相对于sio2与al2o3廉价易得；故本具体实施方式生产成本低。
76.3、本具体实施方式从原料混合到制备出单斜钡长石陶瓷材料仅需要1～2天的时间，而现有的固相合成法在不添加矿化剂时，其生产周期超过3天，故本具体实施方式生产周期短。
77.4、本具体实施方式在整个合成过程中仅需加热至1200～1500℃，保温3～6h，便能合成纯度高的单斜钡长石陶瓷材料；而现有的固相合成法不仅所需的1500℃且要保温150h，故本具体实施方式能耗低。
78.5、本具体实施方式在整个合成过程中不存在baal2o4，并且仅需加热至1200～1500℃，保温3～6h，便能制得纯度超过90％的单斜钡长石陶瓷材料，所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料如图1所示，图1为实施例2制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的xrd图，从图1可以看出，所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的主晶相为单斜钡长石且不存在其它杂相，纯度高。而现有的固相合成法不仅制备过程中存在baal2o4，而且即使在1530℃保温50h无法制得单斜钡长石陶瓷材料，故本具体实施方式纯度高。
79.6、本具体实施方式以熔融石英为硅源补充物，以碳酸钡或氢氧化钡为钡源，以莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种为铝硅源，制备过程中碳酸钡或氢氧化钡会分解产生气体，从而提高单斜钡长石陶瓷材料的显气孔率和降低其密度；而现有的固相法采用先合成出六方钡长石，然后将其玻碎、成型，通过二次烧结制备单斜钡长石陶瓷材料，制备过程形成的气孔被破坏使得显气孔率小，体积密度大，故本具体实施方式体积密度小和显气孔率大。
80.本具体实施方式制得的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料经检测经x射线衍射分析，主晶相为单斜钡长石。经检测∶纯度为90～98％；常温抗折强度为30～46mpa；体积密度为1.8～2.1g/cm3；显气孔率为37～44％。
81.因此，本具体实施方式具有工艺简单、生产周期短、节省投资和成本低的特点，能够在较低温度下合成主晶相为单斜钡长石的陶瓷材料，所制制品物相纯度高、体积密度小和显气孔率大。

技术特征：

1.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是∶步骤一、按照原料中所含氧化物的摩尔比为bao∶al2o3∶sio2＝1∶(1～1.1)∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体i；所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物，其中：所述钡源为碳酸钡、或为氢氧化钡，所述铝硅源为莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种，所述硅源补充物为熔融石英；步骤二、将所述混合粉体i在50～80mpa条件下机压成型，干燥，制得单斜钡长石陶瓷胚体；步骤三、将所述单斜钡长石陶瓷胚体加热至1200～1500℃，保温3～6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述碳酸钡中baco3的含量大于99.0wt％，粒径小于2μm。3.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述氢氧化钡中ba(oh)2的含量大于99.0wt％，粒径小于2μm。4.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述莫来石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。5.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述蓝晶石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。6.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述红柱石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。7.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述夕线石中al2o3和sio2的含量之和大于98.0wt％，粒径小于75μm。8.根据权利要求1所述的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述熔融石英中sio2的含量大于99.8wt％，粒径小于75μm。9.一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料，其特征在于所述基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料是根据权利要求1～8项中任一项所述基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料的制备方法所制备的基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。

技术总结

本发明涉及一种基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料及其制备方法。其技术方案是∶按照原料中所含氧化物的摩尔比为BaO∶Al2O3∶SiO2＝1∶(1～1.1)∶2配料，混合，球磨，烘干，制得混合粉体I。所述原料为钡源、铝硅源和硅源补充物的混合物；其中：钡源为碳酸钡或为氢氧化钡，铝硅源为莫来石、蓝晶石、红柱石和夕线石中的一种，硅源补充物为熔融石英。将混合粉体I在50～80MPa机压成型，干燥，再加热至1200～1500℃，保温3～6h，自然冷却，制得基于固相合成法的单斜钡长石陶瓷材料。本发明具有工艺简单、生产周期短和成本低的特点，能够在较低温度与较短保温时间下合成主晶相为单斜钡长石的陶瓷材料，所制制品物相纯度高、体积密度小和显气孔率大。率大。率大。