一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種可用于第二相改善力學(xué)性能、復(fù)合材料的制備工藝，特別涉及一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二硅酸鋰微晶玻璃是生物陶瓷中機(jī)械性能和生物性能都比較突出的一類(lèi)陶瓷材料。其優(yōu)良的力學(xué)性能和完美的自然光澤，可以達(dá)到與天然牙齒接近的顏色和外觀。而且二硅酸鋰晶體本身具有高強(qiáng)、高韌性能，使得該系微晶玻璃理論上的耐磨性與牙釉質(zhì)接近，不會(huì)引起天然牙齒的過(guò)度磨耗。其獨(dú)特的美學(xué)和生物性能是金屬材料和高分子材料無(wú)法比擬的。此外，二硅酸鋰棒狀晶體的膨脹系數(shù)、光折射系數(shù)較合適，使其能與玻璃相達(dá)到良好的熱力學(xué)與光學(xué)的匹配，是全瓷修復(fù)體系中，特別是單冠修復(fù)的首選材料，在全瓷修復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]但是近年來(lái)，通過(guò)控制二硅酸鋰玻璃基體析晶來(lái)調(diào)控其顯微結(jié)構(gòu)，達(dá)到美觀、強(qiáng)度和韌性的滿(mǎn)足是需要解決的主要問(wèn)題。采用傳統(tǒng)的玻璃析晶或粉末壓坯燒結(jié)控制基體析晶是無(wú)法滿(mǎn)足強(qiáng)度和韌性匹配這一要求的，而在不影響其光學(xué)性能的基礎(chǔ)上，添加強(qiáng)韌相就受到了限制，顏色的選擇使得能夠添加的增強(qiáng)、增韌相幾乎沒(méi)有，諸如ZrO2顆粒、Si 3N4棒狀晶體、纖維等等，都會(huì)影響牙科用二硅酸鋰材料的透光性能。因此，二硅酸鋰棒狀晶體自增韌玻璃陶瓷得以發(fā)展，該相的添加不僅不會(huì)影響光學(xué)性能，而且還會(huì)提高材料的力學(xué)性能。二硅酸鋰棒狀晶體的應(yīng)用也不僅限于牙科材料，其他需要強(qiáng)韌化的陶瓷或者復(fù)合材料都可以添加，目前，不僅關(guān)于二硅酸鋰棒狀晶體作為增強(qiáng)、增韌相的應(yīng)用方面鮮有報(bào)道，而且二硅酸鋰棒狀晶體的制備也很少發(fā)現(xiàn)或者報(bào)道，這也就為二硅酸鋰棒狀晶體的制備、市場(chǎng)應(yīng)用化提供一定的參考價(jià)值，具有可觀的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法，得到的棒狀二硅酸鋰晶體長(zhǎng)徑比可控、純度高，可作為增強(qiáng)相和增韌相加入復(fù)合材料基體中，具有改善復(fù)合材料的力學(xué)性能的特點(diǎn)。
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法，其特征在于，包含下列步驟:
[0007](I)原料混合粉的獲得:根據(jù)摩爾比Si02/Li2C03= (1.5-2.5):1，進(jìn)行質(zhì)量換算，稱(chēng)取碳酸鋰和二氧化硅粉體，加入無(wú)水乙醇，加入質(zhì)量與原料混合粉的質(zhì)量比為4:1，采用氧化鋯球濕法球磨混料至少8h，然后烘干、過(guò)篩；
[0008](2)晶種生粉的獲得:將干燥過(guò)篩后的原料混合粉與添加熔劑Na2SO4粉體按質(zhì)量比為1:(1-4)進(jìn)行稱(chēng)料混合，加入無(wú)水乙醇，加入量與混合料的總質(zhì)量比為1.5:1，采用氧化鋯球濕法球磨混料至少5h，然后干燥過(guò)篩；
[0009](3)燒結(jié):將晶種生粉松裝入氧化鋁坩禍中，加蓋密封，置于空氣爐中，在900 °C -950 °C下進(jìn)行燒結(jié)，保溫至少I(mǎi)h ；
[0010](4)將步驟(3)冷卻至室溫得到的晶種取出，在60°C的去離子水中攪拌，使其充分溶解，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、5vol.% HF腐蝕l_3h，去離子水清洗干凈，烘干得到Li2Si2O5晶體。
[0011]步驟(I)所述原料Li2C03、Si02的尺寸為納米一微米級(jí)，微米級(jí)尺寸不超過(guò)10 μ m。
[0012]步驟(2)所述選用的熔劑為分析純無(wú)水Na2SO4粉體，純度彡99%，熔點(diǎn)為884°C，接近二硅酸鋰晶體的形成溫度。
[0013]步驟(3)中從置于空氣爐中到900°C _950°C下進(jìn)行燒結(jié)，其過(guò)程中的升溫速率為3-10K/min。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]1、采用添加熔劑粉體的方法可以使原料粉更好地分散，能夠制備高純度、長(zhǎng)徑比可控、無(wú)團(tuán)聚的棒狀二硅酸鋰晶體，工藝簡(jiǎn)單、成本低。
[0016]2、熔劑粉體Na2SOJ^熔點(diǎn)為884°C，低于但接近二硅酸鋰晶體的合成溫度，在900°C?950°C燒結(jié)時(shí)，熔融的Na2SO4能夠明顯地降低二硅酸鋰的合成溫度和縮短二硅酸鋰形成的反應(yīng)時(shí)間。
[0017]3、在燒結(jié)過(guò)程中，原料混合粉體為固相，熔劑Na2SO4熔融為液相，即固、液兩相共存，混合粉體中碳酸鋰在618°C左右發(fā)生分解形成L12, Si02和L12在熔融液中具有一定的溶解度，Li+、02_在液相中的流動(dòng)性和離子擴(kuò)散速率提高，與溶解的S1 2充分且快速反應(yīng)；再者，Na2SO4熔體將混合粉體包裹并均勻地填充在粉體之間，加速了離子的擴(kuò)散和反應(yīng)的進(jìn)行，使混合粉體反應(yīng)更加充分和完全。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施案例5所得Li2Si2O5晶體顯微結(jié)構(gòu)SEM照片。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施案例5所得Li2Si2O5晶體的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法，包含下列步驟:
[0023](I)原料混合粉的獲得:根據(jù)摩爾比Si02/Li2C03= 1.5，進(jìn)行質(zhì)量換算:質(zhì)量比S12Zli2CO3= 1.216，稱(chēng)取平均粒徑為5 μπι高純碳酸鋰粉體(純度為99.99%)4.52g、納米高純二氧化娃粉體(純度為99.99% ) 5.48g，加入無(wú)水乙醇40g，采用氧化錯(cuò)球濕法球磨混料10h，混合均勻，然后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋蒸將酒精烘干、取出放入干燥箱中80°C干燥過(guò)篩；
[0024](2)晶種生粉的獲得:將干燥過(guò)篩后的原料混合粉與添加熔劑分析純Na2S04粉體(純度多99% )，按質(zhì)量比為482504粉體/原料混合粉=4進(jìn)行稱(chēng)料混合，加入無(wú)水乙醇75g，采用氧化鋯球濕法球磨混料8h，然后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋蒸將酒精烘干、取出放入干燥箱中80 °C干燥過(guò)篩；
[0025](3)燒結(jié):將干燥過(guò)篩后的晶種生粉松裝入氧化鋁坩禍中，加蓋密封，置于空氣爐中，在900°C下進(jìn)行燒結(jié)，保溫lh，升溫速率為5K/min，隨爐冷卻至室溫；
[0026](4)將步驟(3)得到的晶種取出，在60°C的去離子水中攪拌，使其充分溶解，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、5vol.% HF腐蝕3h，去離子水清洗干凈，烘干得到Li2Si2O5晶體。
[0027]將所得到的Li2Si2O5晶體進(jìn)行SEM觀察和XRD物相分析，測(cè)得Li 2Si205晶體樣品中的晶體相只有Li2Si2O5,因而純度非常高；平均長(zhǎng)徑比為3，晶體長(zhǎng)度為2?4 μπι，寬為
0.5 ?1.2 μ m0
[0028]實(shí)施例2
[0029]一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法，包含下列步驟:
[0030](I)原料混合粉的獲得:根據(jù)摩爾比Si02/Li2C03= 1.5，進(jìn)行質(zhì)量換算:質(zhì)量比S12Zli2CO3= 1.216，稱(chēng)取平均粒徑為5 μπι高純碳酸鋰粉體(純度為99.99%)9.04g、納米高純二氧化硅粉體(純度為99.99% ) 10.96g，加入無(wú)水乙醇80g，采用氧化鋯球濕法球磨混料10h，混合均勻，然后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋蒸將酒精烘干、取出放入干燥箱中80°C干燥過(guò)篩；
[0031](2)晶種生粉的獲得:將干燥過(guò)篩后的原料混合粉與添加熔劑分析純Na2S04粉體(純度多99% )，按質(zhì)量比為482504粉體/原料混合粉=2進(jìn)行稱(chēng)料混合，加入無(wú)水乙醇90g，采用氧化鋯球濕法球磨混料8h，然后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上旋蒸將酒精烘干、取出放入干燥箱中80 °C干燥過(guò)篩；
[0032](3)燒結(jié):將干燥過(guò)篩后的晶種生粉松裝入氧化鋁坩禍中，加蓋密封，置于空氣爐中，在900°C下進(jìn)行燒結(jié)，保溫12h，升溫速率為5K/min，隨爐冷卻至室溫；
[0033](4)將步驟(3)得到的晶種塊體取出，在60°C的去離子水中攪拌，使其充分溶解，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、5vol.% HF腐蝕3h，去離子水清洗干凈，烘干得到Li2Si2O5晶體。
[0034]將所得到的Li2Si2O5晶體進(jìn)行SEM觀察和XRD物相分析，測(cè)得Li 2Si205晶體樣品中的晶體相只有Li2Si2O5;長(zhǎng)徑比達(dá)到10以上，最大能夠達(dá)到20，晶體長(zhǎng)度為10?20 μ m，寬為 0.47 ?2.48 μπι。
[0035]實(shí)施例3
[0036]一種棒狀二硅酸鋰晶體的制備方法，包含下列步驟:
[0037](I)原料混合粉的獲得:根據(jù)摩爾比Si02/Li2C03= 2，進(jìn)行質(zhì)量換算:質(zhì)量比S12/Li2CO3= 1.62，稱(chēng)取平均粒徑為5 μπι高純