一種用作固體透氧膜的注漿法制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體透氧膜法用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)的制備方法，是一種管式固體電解質(zhì)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體透氧膜法(Solid Oxygen-1on Membrane)，簡(jiǎn)稱SOM法，是在恪鹽電脫氧劍橋法即 Fray-Farthing-Chen Cambridge process，簡(jiǎn)稱 FFC 法基礎(chǔ)上，于 2001 年由美國(guó)Boston大學(xué)的Uday B.Pal等人改進(jìn)形成的一種綠色、高效的電解冶金新工藝。該法已經(jīng)在制備金屬M(fèi)g、Ta、T1、Nb以及高純Si等方面取得了不錯(cuò)成果。SOM法與FFC法最大的區(qū)別就在于，它在電解體系中引入了固體透氧膜作為氧離子控制載體，從而實(shí)現(xiàn)氧離子在熔鹽中的定向迀移，實(shí)現(xiàn)選擇性提取金屬。SOM法大大提高了 FFC法的電流效率，并能有效控制電解過(guò)程副反應(yīng)，且能實(shí)現(xiàn)高效綠色化生產(chǎn)，是新時(shí)期非常有潛力的非常規(guī)冶金新技術(shù)！SOM法的核心部件是固體透氧膜，即8%摩爾氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯管。在高溫氯化鈣熔鹽體系中，將一段封口的透氧膜管組裝陽(yáng)極(內(nèi)放入碳飽和金屬錫或者銅低熔點(diǎn)金屬，并插入電極導(dǎo)線)插入熔鹽電解質(zhì)，透氧膜管對(duì)陰陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)隔離，然后在外加電壓條件下，使陰極金屬氧化物直接電離形成氧離子，而氧離子在外加電場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)定向迀移，同時(shí)，非氧離子將被透氧膜有效阻止穿透，進(jìn)而在陰極實(shí)現(xiàn)制備金屬的目的。因此，固體透氧膜法要求氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管在高溫熔鹽情況下具有良好的抗熱震性、較高的氧離子電導(dǎo)率和抗熔鹽侵蝕性能。
[0003]因此，透氧膜管作為SOM法的關(guān)鍵部件，其性能要求是致密度高、離子電導(dǎo)率高、抗熔鹽侵蝕性好。透氧膜管的制作方法直接關(guān)系到透氧膜管的質(zhì)量和成品率。本發(fā)明擬采用注漿成型法是制備高品質(zhì)固體透氧膜管，其制造工藝過(guò)程簡(jiǎn)約如下:
粉體漿料制備一注漿成型一高溫?zé)Y(jié)成型
注漿成型是基于多孔石膏模具有吸水的物理特性，將陶瓷粉料配成具有流動(dòng)性的泥漿，然后注入石膏模具內(nèi)，吸水后便形成有一定厚度的均勻泥層，脫模干燥后便得到素坯件。該工藝的特點(diǎn)是能夠制備出形狀復(fù)雜、薄壁的產(chǎn)品，且適用性強(qiáng)，坯體結(jié)構(gòu)均勻。
[0004]因此，研宄制備高品質(zhì)透氧膜管，優(yōu)化形成最佳制備工藝參數(shù)及流程至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種能夠有效提高氧化鋯管的致密性、成品率高的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的制備方法。
[0006]一種用作固體透氧膜的注漿法制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的方法，其特征在于所述制備方法包括如下幾個(gè)步驟:
a.漿料制備:在8%摩爾氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細(xì)粉料(平均粒徑為2微米)中，按該粉料原料為計(jì)量基準(zhǔn)，依次添加質(zhì)量百分比為13°/『15%的阿拉伯樹(shù)膠、2°/『5%的分散劑檸檬酸或三乙醇胺和18%~22%的去離子水；然后用氨水調(diào)節(jié)pH值至9~10 ;并球磨混合5小時(shí)后得到了固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71%~75%的高固含量和相對(duì)粘度為1.79-1.82的低粘度陶瓷漿料；
b.石膏模具制備:將石膏粉和水按質(zhì)量百分比1:0.8進(jìn)行充分調(diào)和，然后倒入透氧膜管母模中，靜置24分鐘后脫模，得到石膏模具；
c.注漿成型素坯:將上述步驟a制備好的漿料緩慢倒入上述步驟b制備好的石膏模具，然后待吸漿7-10分鐘后，將剩余漿料倒出，漿料倒出后靜置I小時(shí)后脫模，從而得到氧化錯(cuò)管素還;
d.燒結(jié)成型:將前述步驟c獲得的素坯在1200°C進(jìn)行預(yù)燒2小時(shí)，然后將預(yù)燒件在1720°C下燒結(jié)2小時(shí)得到氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為不同分散劑含量下配制漿料的相對(duì)粘度圖。
[0008]圖2為不同分散劑含量下配制漿料的Zeta電位圖。
[0009]圖3為用于澆注氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的石膏模具圖。
[0010]圖4為添加劑為檸檬酸，燒結(jié)溫度為1720°c的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的SEM圖。
[0011]圖5為添加劑為三乙醇胺，燒結(jié)溫度為1750°c的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的SEM圖。
[0012]圖6為制備的不同尺寸規(guī)格的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管透氧膜。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0014]實(shí)施例1:
本實(shí)施例首先按阿拉伯樹(shù)膠、檸檬酸和去離子水及8%摩爾氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉料配方進(jìn)行稱量配料
8%摩爾氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉料100% (以該粉料100%作為計(jì)量基準(zhǔn)，另外加入其他物質(zhì))
阿拉伯樹(shù)膠14%
朽1檬酸3%
去離子水19%
在常溫下用球磨機(jī)球磨混料5小時(shí)，進(jìn)行充分混合，用氨水將漿料pH值調(diào)節(jié)至9~10，獲得漿料的相對(duì)粘度及Zeta電位圖分別見(jiàn)圖1和圖2。然后將球磨后得到的漿料注入石膏模具(如圖3)中，自然吸漿7-8分鐘后將多余漿料倒出，然后靜置I小時(shí)后脫模，得到氧化鋯管的素坯件。此素坯件具有一定強(qiáng)度。素坯件自然陰干2天后放入高溫電爐中，首先在1200°C后燒結(jié)2小時(shí)，去除素坯中的有機(jī)添加劑，同時(shí)讓素坯產(chǎn)生一定的收縮；隨后將預(yù)燒件在1720°C燒結(jié)2小時(shí)后成型。經(jīng)過(guò)這兩段高溫?zé)Y(jié)后，氧化鋯管的致密度達(dá)到98%以上。
[0015]通過(guò)掃描電鏡觀察所得氧化鋯管的微觀形貌，如圖4所示，經(jīng)過(guò)1720°C高溫?zé)Y(jié)后，氧化鋯顆粒尺寸均勻，晶界清晰，沒(méi)有明顯的氣孔，晶粒尺寸15-20微米左右，不同尺寸規(guī)格的氧化鋯管實(shí)物圖如圖6所示。
[0016]實(shí)施例2 本實(shí)施例首先將阿拉伯樹(shù)膠、三乙醇胺和去離子水及8%摩爾氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉料的質(zhì)量百分比配方進(jìn)行稱量配料
8%摩爾氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉料100% (以該粉料100%作為計(jì)量基準(zhǔn)，另外加入其他物質(zhì))
阿拉伯樹(shù)膠15%
三乙醇胺5%
去離子水20%
在常溫下用球磨機(jī)球磨混料5小時(shí)，進(jìn)行充分混合，用氨水將漿料pH值調(diào)節(jié)至9~10，配制的漿料相對(duì)粘度圖見(jiàn)圖1。然后將球磨后得到的漿料注入石膏模具中，自然吸漿7-8分鐘后將多余漿料倒出，然后靜置I小時(shí)后脫模，得到氧化鋯管的素坯件。素坯件自然陰干2天后放入高溫電爐中，首先在1200°C后燒結(jié)2小時(shí)，去除素坯中的有機(jī)添加劑，同時(shí)讓素坯產(chǎn)生一定的收縮；隨后將預(yù)燒件在1750°C燒結(jié)2小時(shí)后成型。
[0017]通過(guò)掃描電鏡觀察所得透氧膜管的微觀形貌，如圖5所示，晶粒尺寸2-25微米左右，致密度檢測(cè)在95%左右。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用作固體透氧膜的注漿法制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的方法，其特征在于所述制備方法包括如下幾個(gè)步驟: a.漿料制備:在8%摩爾氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細(xì)粉料(平均粒徑為2微米)中，按該粉料原料為計(jì)量基準(zhǔn)，依次添加質(zhì)量百分比為13°/『15%的阿拉伯樹(shù)膠、2°/『5%的分散劑檸檬酸或三乙醇胺和18%~22%的去離子水；然后用氨水調(diào)節(jié)pH值至9~10 ;并球磨混合5小時(shí)后得到固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71%~75%的高固含量和相對(duì)粘度為1.79-1.82的低粘度陶瓷漿料； b.石膏模具制備:將石膏粉和水按質(zhì)量百分比1:0.8進(jìn)行充分調(diào)和，然后倒入透氧膜管母模中，靜置24分鐘后脫模，得到石膏模具； c.注漿成型素坯:將上述步驟a制備好的漿料緩慢倒入上述步驟b制備好的石膏模具，然后待吸漿7-10分鐘后，將剩余漿料倒出，漿料倒出后靜置I小時(shí)后脫模，從而得到氧化錯(cuò)管素還; d.燒結(jié)成型:將前述步驟c獲得的素坯在1200°C進(jìn)行預(yù)燒2小時(shí)，然后將預(yù)燒件在1720°C下燒結(jié)2小時(shí)得到氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用作固體透氧膜的注漿法制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯管的方法，也是一種針對(duì)固體透氧膜電解質(zhì)的制備方法。該發(fā)明方法的主要步驟是：將氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體、阿拉伯樹(shù)膠、檸檬酸、去離子水按特定比例進(jìn)行充分混合，然后用氨水調(diào)節(jié)漿料pH值獲得優(yōu)質(zhì)漿料；將制備好的漿料倒入按照特定形狀和尺寸設(shè)計(jì)的石膏模具，吸漿7~10分鐘后，將剩余漿料倒出，然后靜置1小時(shí)后脫模得到素坯；將素坯在1200℃預(yù)燒2小時(shí)后再在1720℃下燒結(jié)2小時(shí)得到氧化鋯透氧膜管成品。本發(fā)明方法可制備不同尺寸規(guī)格的透氧膜，且制備的固體透氧膜具有優(yōu)良的抗熔鹽侵蝕性能和高的氧離子電導(dǎo)率，能很好完全滿足固體透氧膜的要求。
【IPC分類】C04B35-48, C04B35-622
【公開(kāi)號(hào)】CN104803678
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510174217
【發(fā)明人】魯雄剛, 鄒星禮, 沈斌, 賴冠全, 謝學(xué)良, 路長(zhǎng)遠(yuǎn), 李重河
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日