專利名稱：微納米球材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷材料領(lǐng)域，特別是涉及ー種微納米球材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，陶瓷材料的運用越來越廣，人們普遍將陶瓷以球型中空陶粒的形式作為原料進行使用，例如申請?zhí)?0110161. 7的專利公開了ー種“輕質(zhì)粉煤灰陶粒及其制造エ藝”，類似的專利甚多，人們了解到中空的陶瓷材料作為原料，其使用效果最理想，但由于人們普適用粉煤灰為原料來制成陶瓷材料，粉煤灰由于含碳含鐵量都較高，要生產(chǎn)微納米級中空陶粒難度大，又由于生產(chǎn)出的微納米陶粒內(nèi)的中空過大，使陶粒極易破碎，嚴重影響陶粒的
質(zhì)量，又由于其顆粒體積過大，難以達到理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明微納米球材料解決了上述技術(shù)的不足，其為微納米網(wǎng)狀中空結(jié)構(gòu)，在使用時，可達到納米效應(yīng)，且不易破碎。為了達到上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是一種微納米球材料，以重量百分比計，其包含以下組分植物纖維10% — 20%、ニ氧化硅75% — 85%、ニ氧化鈦2% — 3%、三氧化ニ鋁2% —10%，各組分總和為100重量％。進ー步的，所述ニ氧化硅、所述ニ氧化鈦、所述三氧化ニ鋁通過沙子粉碎制得。進ー步的，以重量百分比計,所述沙子中二氧化硅含量為80%_85%。進ー步的，所述微納米球材料為網(wǎng)狀中空球形。一種制成所述的微納米球材料的制備方法，它包括如下步驟
O將沙子進行除雜，使其內(nèi)的組分含量為ニ氧化硅75% — 85%、ニ氧化鈦2% — 3%、三氧化ニ鋁2% —10%，各組分總和為100重量％ ；
2)將所述沙子在對碰式氣流粉碎機中進行干法粉碎后，形成325目篩-1250目篩的沙粉，備用；
3)將竹葉和竹秸桿在氣流粉碎機中進行濕法粉碎，制得竹纖維粉，備用；
4)將所述沙粉和所述竹纖維粉混合均勻，形成含80%沙粉和20%竹纖維粉的混合粉
體；
5)將所述混合粉體通過噴槍形成的氣流進入高溫?zé)Y(jié)爐中，使其在旋轉(zhuǎn)的氣流作用下做離心運動，形成中空球體，并同時在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，使所述中空球體中的竹纖維粉在燒結(jié)爐的微波高溫下瞬間燃燼，從中空球體中脫離，使其形成網(wǎng)狀中空微球，即微納米球材料；
6)將所述微納米球材料放入收集器中冷卻后，經(jīng)多級分級裝置分選出不同級數(shù)的納米級和微米級的微納米球材料。進ー步的，所述燒結(jié)爐的微波高溫為1800°C -2100°C。進ー步的，所述混合粉體燒結(jié)的時間為8秒一 10秒鐘。
進ー步的，所述噴槍為四面送風(fēng)，用于在燒結(jié)爐中形成旋轉(zhuǎn)的氣體。進ー步的,將所述微米級的微納米球材料的表面通過天然納米材料凹凸棒土進行活化處理，使其具有納米效應(yīng)。進ー步的，所述噴槍的送風(fēng)ロ設(shè)置在燒結(jié)爐1/3的高度處。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的技術(shù)效果有
I、本發(fā)明將沙子作為產(chǎn)品的主要原料，降低了制作成本，變廢為寶。2、本發(fā)明微納米球材料表面呈網(wǎng)狀鏤空，増大了比表面積，加大了其抗壓能力，使其不易破碎。3、本發(fā)明通過加入植物纖維的方式，使其表面形成鏤空網(wǎng)狀中空球狀。
4、本發(fā)明微納米球材料為納米級，使其在作為材料使用時，能達到納米效應(yīng)。5、本發(fā)明微納米球新材料表面經(jīng)過天然納米材料活化處理后，在使用時，使其表面達到納米效應(yīng)。
具體實施例方式本發(fā)明中的微納米球材料，以重量百分比計，其包含以下組分植物纖維10%—20%、ニ氧化硅75% — 85%、ニ氧化鈦2% — 3%、三氧化ニ鋁2% —10%，各組分總和為100重量％;其中，植物纖維可為竹纖維，竹纖維可以從竹葉和竹秸桿中制得，ニ氧化硅、ニ氧化鈦、三氧化ニ鋁可以從沙子和粉煤灰中制得，其中，沙子的ニ氧化硅的含量需為80%-85%，粉煤灰的ニ氧化硅的含量需高于60%才能作為本發(fā)明的原料使用，本發(fā)明將沙子作為產(chǎn)品的主要原料,不僅降低了成本,還變廢為寶,本發(fā)明的微納米球材料為網(wǎng)狀中空球體,增大了比表面積，使其加大了抗壓能力，不易破碎，球形的直徑為5um-100nm，使其在作為材料使用吋，能達到納米效應(yīng)；還可在微納米球材料的表面通過天然納米材料進行活化處理，天然納米材料可選凹凸棒土，凹凸棒土為晶體形狀為棒狀、纖維狀、針狀，長O. 5-5微米，寬
0.05-0. 15微米，為2:1型粘土礦物，即兩層硅氧四面體，一層鋁氧八面體，是具有納米通道結(jié)構(gòu)的天然納米結(jié)構(gòu)礦物材料。實施例一
取沙漠中的沙子100kg，通過除鐵裝置和除碳裝置進行除雜，制得ニ氧化硅75Kg、ニ氧化鈦3Kg、三氧化ニ鋁5Kg，氧化鈣3Kg，將除雜后的沙子在對碰式氣流粉碎機中進行干法粉碎，形成325目篩-1250目篩的沙粉，備用；取MKg竹葉，將其投入氣流粉碎機中進行濕法粉碎，制得20kg竹纖維粉，備用；將沙粉和竹纖維粉按重量比為I : 4的比例進行混合后，使混合粉體隨著噴槍形成的氣流進入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的高度為20m，噴槍的進風(fēng)ロ設(shè)置在高溫?zé)Y(jié)爐7m處，進風(fēng)ロ為4個，可在高溫?zé)Y(jié)爐中形成旋轉(zhuǎn)的氣體，使混合粉體在高溫?zé)Y(jié)爐中做離心運動，使其形成中空球體，混合粉體在形成中空球體的同時，也在高溫?zé)Y(jié)爐的微波高溫下進行燒結(jié),微波高溫控制為1800°C -2100°C，而中空球體中的竹纖維粉在高溫下會瞬間燃盡，從中空球體中脫離，使其形成表面呈網(wǎng)狀鏤空的中空微球，即微納米球材料，整個燒結(jié)過程控制在8秒-10秒，從燒結(jié)爐中出來的微納米球材料，其組分為ニ氧化硅占70% — 80%，三氧化ニ鋁占25% —15%，ニ氧化鈦占2% — 5%，再將微納米球材料放入收集器中冷卻，分選出不同級數(shù)的納米級和微米級的微納米球材料，微米級的微納米球材料的表面可選用天然納米材料凹凸棒土進行活化處理，使其具有納米級的微納米球材料所具有的納米效應(yīng)。實施例ニ
取沙漠中的沙子皿kg，通過除鐵裝置和除碳裝置進行除雜，制得ニ氧化硅80Kg、ニ氧化鈦3Kg、三氧化ニ鋁10Kg、氧化鎂O. 5Kg，將除雜后的沙子在對碰式氣流粉碎機中進行干法粉碎，形成325目篩-1250目篩的沙粉，備用；取MKg竹秸桿，將其投入氣流粉碎機中進行濕法粉碎，制得20kg竹纖維粉，備用；將沙粉和竹纖維粉按重量比為I : 4的比例進行混合后，使混合粉體隨著噴槍形成的氣流進入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的高度為25m，噴槍的進風(fēng)ロ設(shè)置在高溫?zé)Y(jié)爐8m處，進風(fēng)ロ為4個，可在高溫?zé)Y(jié)爐中形成旋轉(zhuǎn)的氣體，使混合粉體在高溫?zé)Y(jié)爐中做離心運動，使其形成中空球體，混合粉體在形成中空球體的同時，也在高溫?zé)Y(jié)爐的微波高溫下進行燒結(jié)，微波高溫控制為1800°C -2100°C,而中空球體中的竹纖維粉在高溫下會瞬間燃盡，從中空球體中脫離，使其形成表面呈網(wǎng)狀鏤空的中空微球，即微納米球材料,整個燒結(jié)過程控制在8秒-10秒，從燒結(jié)爐中出來的微納米球材料，其組分為ニ氧化硅占70% — 80%，三氧化ニ鋁占25% —15%，ニ氧化鈦占2% — 5%，再將微納米球材料放入收集器中冷卻，分選出不同級數(shù)的納米級和微米級的微納米球材料，微米級的微納米球材料的表面可選用天然納米材料凹凸棒土進行活化處理，使其具有 納米級的微納米球材料所具有的納米效應(yīng)。實施例三
取粉煤灰20kg和沙漠中的沙子迎kg，通過除鐵裝置和除碳裝置進行除雜，制得ニ氧化硅60Kg、ニ氧化鈦5Kg、三氧化ニ鋁15Kg，將除雜后的沙子與粉煤灰混合后，在對碰式氣流粉碎機中進行干法粉碎，形成325目篩-1250目篩的粉體，備用；取MKg竹葉，將其投入氣流粉碎機中進行濕法粉碎，制得15kg竹纖維粉，備用；將沙粉和竹纖維粉按重量比為I 4的比例進行混合后，使混合粉體隨著噴槍形成的氣流進入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的高度為20m，噴槍的進風(fēng)ロ設(shè)置在高溫?zé)Y(jié)爐7m處，進風(fēng)ロ為4個，可在高溫?zé)Y(jié)爐中形成旋轉(zhuǎn)的氣體，使混合粉體在高溫?zé)Y(jié)爐中做離心運動，使其形成中空球體，混合粉體在形成中空球體的同時，也在高溫?zé)Y(jié)爐的微波高溫下進行燒結(jié)，微波高溫控制為1800°C -2100°C，而中空球體中的竹纖維粉在高溫下會瞬間燃盡,從中空球體中脫離，使其形成表面呈網(wǎng)狀鏤空的中空微球，即微納米球材料，整個燒結(jié)過程控制在8秒-10秒，從燒結(jié)爐中出來的微納米球材料，其組分為ニ氧化硅占70% — 80%，三氧化ニ鋁占25% —15%，ニ氧化鈦占2% — 5%，再將微納米球材料放入收集器中冷卻，分選出不同級數(shù)的納米級和微米級的微納米球材料，微米級的微納米球材料的表面可選用天然納米材料凹凸棒土進行活化處理，使其具有納米級的微納米球材料所具有的納米效應(yīng)。實施例四
取80Kg粉煤灰，將其在對碰式氣流粉碎機中進行干法粉碎，形成325目篩-1250目篩的粉體，備用；取MKg竹秸桿，將其投入氣流粉碎機中進行濕法粉碎，制得20kg竹纖維粉，備用；將沙粉和竹纖維粉按重量比為I : 4的比例進行混合后，使混合粉體隨著噴槍形成的氣流進入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的高度為20m，噴槍的進風(fēng)ロ設(shè)置在高溫?zé)Y(jié)爐3m處，進風(fēng)ロ為4個，可在高溫?zé)Y(jié)爐中形成旋轉(zhuǎn)的氣體，使混合粉體在高溫?zé)Y(jié)爐中做離心運動，使其形成中空球體，混合粉體在形成中空球體的同時,也在高溫?zé)Y(jié)爐的微波高溫下進行燒結(jié)，微波高溫控制為1800°C -2100°C，而中空球體中的竹纖維粉在高溫下會瞬間燃盡’從中空球體中脫離,使其形成表面呈網(wǎng)狀鏤空的中空微球，即微納米球材料,整個燒結(jié)過程控制在8秒-10秒，從燒結(jié)爐中出來的微納米球材料，其組分為ニ氧化硅占70%—80%，三氧化ニ鋁占25% —15%，ニ氧化鈦占2% — 5%，再將微納米球材料放入收集器中冷卻，分選出不同級數(shù)的納米級和微米級的微納米球材料，微米級的微納米球材料的表面可選用天然納米材料凹凸棒土進行活化處理，使其具有納米級的微納米球材料所具有的納米效應(yīng)。本發(fā)明中沙漠中的沙子為具有高含硅量、低含鐵、低含碳量的陶瓷原料，包括下列組分(重量百分比)
沙坡頭沙子的組分(化驗分析數(shù)據(jù))(％)
Sio2 182. 12ICaO ]θ. 7 :
Al2O3 8.82Mgo O. 72
Fe2O3 I. 72Tio2 O. 29
Na2O 2. 00K2O 2. 26
燒失量 O. 93—__
粉煤灰的組分
化學(xué)成分 [Si02 [A1203 ]Fe203 ICaOIMgO TNa20, K20 IC]Ti02
含量(％) [55-65 [26-35 |ト3 10. 2-0. 6 11-2 Jo. 5-4. 0 10. 01-2 |θ· 5-2
微納米球材料性能__
參數(shù)名稱_|薇納米球_
粒徑(Hm)O. 01-40
球形率> 98%
真密度(g/cm3)O. 8-1. 5
堆積密度(g/cm )_O. 6-1. I_
色澤灰白色(Gray)
抗壓強度(kg/cm2)2650-7000
莫氏硬度(Mohsscale) 5-7 耐火度(°C )1200-1750
燒失量_^2%_
比表面積(y/g)_O. 7-3. 8_
吸油率 g(oil)/100g 28-32:
導(dǎo)熱系數(shù)(W/mK)0.07-0. 12:
體積電阻(Ω .CM)]l. 5X1010
本發(fā)明的微納米球新材料表面為網(wǎng)狀鏤空的空心球體,其作為輕質(zhì)高強防火A級材料，用于新型墻體材料中是建筑業(yè)追求的重要特級防火、輕體高強的無毒防火阻燃材料。其各種物理性能化學(xué)指標(biāo)十分優(yōu)異，符合公安部和國家墻體材料規(guī)劃中要求的A級標(biāo)準(zhǔn)；因其防火性能好、強度高，體質(zhì)輕適宜生產(chǎn)建筑外墻、防火涂層兩大類制品，同時具有保溫隔音作用和比重輕、高強、耐磨、防火、防腐功能。本發(fā)明的微納米球新材料表面被天然納米材料凹凸棒土活化處理改性后，可作為航空復(fù)合材料使用；在工程塑料制品汽車零配件中使用量較大；以塑代鋼管道型材制品及以塑代木建材領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；本發(fā)明還可作石油減輕劑和固井壓カ支撐劑使用。同時還可以制成保溫隔熱涂料用于化工管道領(lǐng)域。利用微納米球防腐功能特性，可將該材料應(yīng)用在海軍艦船及海上石油裝置上；在以上設(shè)備上的金屬部件涂裝這種涂料后，耐磨及耐蝕性可以成倍的増加，將極大地提高這些需長期經(jīng)受磨損和腐蝕考驗的金屬部件的壽命。使用微納米球制得的涂料能大大提高涂層的硬度、耐劃傷性及耐磨性和抗沖擊性；比傳統(tǒng)涂料的耐磨性提高2 4倍；本發(fā)明可作為輕質(zhì)高強功能性材料，可替代銅粉用于大型齒輪、各無油自潤滑轉(zhuǎn)動備件中；達到節(jié)約銅材(7. 5萬元噸)微納米球(I. 2萬元噸)降低銅齒輪成本非常明顯。同時可實現(xiàn)取替鋼質(zhì)高速公路護欄，改用具有韌性的剛性塑料護欄成為可能；本發(fā)明還可作為輕質(zhì)高強功能性材料，可代替進ロ材料用于風(fēng)能的風(fēng)電葉片復(fù)合材料上，達到改變目前風(fēng)電葉片加工エ藝，可將ニ片葉片合ニ為一同時加工，改變加工條件、縮短加工時間、節(jié)約加工成本及材料成本50%以上。球狀納米粒子的外殼與核心實質(zhì)上是相同的，在沒有外磁場作用時，外殼和核心沒有差異，然而在研究中我們發(fā)現(xiàn)納米球粒子在磁場中出現(xiàn)核心和外殼磁力矩不同的這種現(xiàn)象十分奇特，具有潛在的用途，同時微納米球比市面納米粒子材料要廉價許多，所以在電子設(shè)備和太陽能電池等批量應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒋笥锌蔀?，發(fā)展趨勢是取代傳統(tǒng)材料，成為環(huán)保設(shè)備核心配件的新興材料。總之，本發(fā)明的微納米球材料，除了廣泛用于石油鉆井工程中的防沉劑，支撐劑夕卜，還可用于隔熱保溫涂料、橡膠、塑料的功能性填料。同時對人類生態(tài)環(huán)境的改善和綜合開發(fā)治理沙漠起到積極作用。它是利國、利民、利社會的好技術(shù)項目；是造福國家、造福人類 環(huán)保型的工程技術(shù)，而且經(jīng)濟效益和社會效益十分明顯。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種微納米球材料，其特征在干以重量百分比計，其包含以下組分植物纖維10%一20%、_■氧化娃:75%一85%、_■氧化欽2%—3%、ニ氧化_■招2%一10%，各組分總和為100重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微納米球材料，其特征在于所述ニ氧化硅、所述ニ氧化鈦、所述三氧化ニ鋁通過沙子粉碎制得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微納米球材料，其特征在于以重量百分比計，所述沙子中二氧化娃含量為80%_85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微納米球材料,其特征在于所述微納米球材料為網(wǎng)狀中空球形。
5.ー種制成權(quán)利要求I所述的微納米球材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟 O將沙子進行除雜，使其內(nèi)的組分含量為ニ氧化硅75% — 85%、ニ氧化鈦2% — 3%、三氧化ニ鋁2% —10%，各組分總和為100重量％ ； 2)將所述沙子在對碰式氣流粉碎機中進行干法粉碎后，形成325目篩-1250目篩的沙粉，備用； 3)將竹葉和竹秸桿在氣流粉碎機中進行濕法粉碎，制得竹纖維粉，備用； 4)將所述沙粉和所述竹纖維粉按重量比I: 4進行混合，形成含80%沙粉和20%竹纖維粉的混合粉體； 5)將所述混合粉體通過噴槍形成的氣流進入高溫?zé)Y(jié)爐中，使其在旋轉(zhuǎn)的氣流作用下做離心運動，形成中空球體，并同時在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，使所述中空球體中的竹纖維粉在燒結(jié)爐的微波高溫下瞬間燃燼，從中空球體中脫離，使其形成網(wǎng)狀中空微球，即微納米球材料； 6)將所述微納米球材料放入收集器中冷卻后，經(jīng)多級分級裝置分選出不同級數(shù)的納米級和微米級的微納米球材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微納米球材料的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)爐的微波高溫為 1800°C -2100°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微納米球材料的制備方法，其特征在于所述混合粉體燒結(jié)的時間為8秒一10秒鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微納米球材料的制備方法，其特征在于所述噴槍為四面送風(fēng)，用于在燒結(jié)爐中形成旋轉(zhuǎn)的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微納米球材料的制備方法，其特征在于將所述微米級的微納米球材料的表面通過天然納米材料凹凸棒土進行活化處理，使其具有納米效應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微納米球型材料的制備方法，其特征在于所述噴槍的送風(fēng)ロ設(shè)置在燒結(jié)爐1/3的高度處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納米球材料，以重量百分比計，其包含以下組分植物纖維10%—20%、二氧化硅75%—85%、二氧化鈦2%—3%、三氧化二鋁2%—10%，各組分總和為100重量%。本發(fā)明將沙子作為產(chǎn)品的主要原料，降低了制作成本，變廢為寶，且本發(fā)明微納米球材料通過加入植物纖維的方式，使其表面形成鏤空網(wǎng)狀中空球狀，增大了比表面積，加大了其抗壓能力，使其不易破碎。
文檔編號C04B35/14GK102863254SQ20111019060
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者黃世鮮, 邵國有, 邵俊 申請人:黃世鮮, 邵國有, 邵俊