钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010025791.9 (22)申请日 2020.01.10 (71)申请人 广东工业大学 地址 510062 广东省广州市大学城外环西 路100号 (72)发明人 郭伟明卫紫君孙世宽吴利翔 牛文彬林华泰 (74)专利代理机构 广东广信君达律师事务所 44329 代理人 李庆伟 (51)Int.Cl. C04B 35/49(2006.01) C04B 35/622(2006.01) G21F 9/30(2006.01) (54)发明名称 一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法。

2、 和应用 (57)摘要 本发明属于高放射性固态核废料固化处理 领 域 ， 公 开 一 种 钙 钛 锆 石 型 陶 瓷 固 化 体 (CaZrTi2O7)及其制备方法和应用。 将钙化合物、 纳米二氧化钛和氧化锆混合， 加入溶剂和氧化锆 磨球进行球磨混合， 干燥后过筛得到混合粉体； 再将混合粉体进行干压成型成陶胚， 将陶胚升温 至11001400进行微波烧结， 降温至800 1000后随炉冷却制得。 本发明的钙钛锆石固化 体更为均匀， 且反应温度较低、 制备工艺简单、 合 成速度高、 能耗低， 为钙钛锆石型人造岩石固化 高放固体废物的工程化奠定了良好的基础。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 。

3、CN 111138190 A 2020.05.12 CN 111138190 A 1.一种钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述钙钛锆石型陶瓷固化体是将钙化合 物、 纳米二氧化钛和氧化锆混合， 加入溶剂和氧化锆磨球进行球磨混合， 干燥后过筛得到混 合粉体； 再将混合粉体进行干压成型成陶胚， 将陶胚升温至11001400进行微波烧结， 降 温至8001000后随炉冷却制得。 2.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述钛酸钙、 纳米二氧 化钛、 氧化锆的质量比为(3642)： (3238)： (1925)。 3.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 。

4、所述钙化合物为钛酸 钙、 硝酸钙、 氢氧化钙或氧化钙中的一种以上。 4.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述纳米二氧化钛的粒 径为1550nm； 所述钙钛锆石型陶瓷的粒径为57 m。 5.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述溶剂为无水乙醇或 丙酮。 6.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述球磨的时间为12 24h； 所述过筛的孔径为100200目。 7.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述干压成型的压力为 3050MPa。 8.根据权利要求1所述的钙钛锆石型陶瓷固化体， 其特征在于， 所述升。

5、温的速率为20 50/min， 所述烧结的时间为10min1h。 9.根据权利要求1-8任一项所述的钙钛锆石型陶瓷固化体的制备方法， 其特征在于， 包 括以下具体步骤： S1.将钙化合物、 纳米二氧化钛粉和氧化锆中混合放入球磨罐中加入溶剂和球磨介质 混合， 干燥后过筛得到混合粉体； S2.将混合粉体在3050MPa进行干压成型处理， 得到陶胚； S3.将陶胚放入微波烧结炉升温至11001400进行烧结， 降温至8001000后随炉 冷却， 制得钙钛锆石型陶瓷固化体。 10.权利要求1-8任一项所述的钙钛锆石型陶瓷固化体在处理高放型固体核废料领域 中的应用。 权利要求书 1/1 页 2 CN 1。

6、11138190 A 2 一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方法和应用 技术领域 0001 本发明属于陶瓷材料领域， 具体地， 涉及一种钙钛锆石型陶瓷固化体及其制备方 法和应用。 背景技术 0002 随着核工业的不断发展， 高水平放射性废物的处理问题渐渐变成了国内外核废料 处理的重点和难点。 现有的核废料处理技术多以玻璃固化为主。 然而， 玻璃固化基材多针对 于对低放性废物的固化， 而且由于部分关键核素在玻璃固化体的溶解性很低， 所以需要新 型的固化基材陶瓷型固化体， 来更好地处理高放型固体核废料。 0003 钙钛锆石是一种较难合成的复合物， 目前其制备方法多为液相法和固相法， 由液 相法制备钙。

7、钛锆石型陶瓷固化体， 工艺较复杂且成本较高， 由固相法制备钙钛锆石型陶瓷 固化体， 虽然工艺简单， 但耗时长、 反应温度高， 从而制备所需的能耗较高。 所以找到一个简 单快速的制备钙钛锆石型陶瓷固化体的方法， 对于用其处理高放固态核废料的工程化应用 至关重要。 0004 微波烧结技术近年来在陶瓷制备工业中发展迅速。 传统的加热是依靠发热体将热 能通过对流、 传导或辐射方式传递至被加热物而使其达到某一温度， 因为热量是从外向内 传递的， 烧结时间长， 所以很难得到细晶。 而微波烧结是通过微波直接与物质粒子(分子、 离 子)相互作用， 利用材料的介电损耗使样品直接吸收微波能量的一种新型烧结方法， 。

8、其优势 在于加热速度快、 微波能量转换率高、 烧结温度较低、 节能、 减小损耗， 且安全卫生无污染。 0005 由于CaZrTi2O7本身不吸收微波， 故而采用SiC吸波材料辅助吸波， 实现快速加热。 同时， 微波的加热方式是粉体之间内部直接加热， 预期这种加热方式可以改善烧结活性， 从 而大大缩短钙钛锆石型陶瓷固化体的制备时间。 本发明针对传统制备钙钛锆石的工艺复杂 且耗时长、 能耗高的特点， 开发一种用微波加热一步法烧结钙钛锆石型人造岩石固化体的 新方法。 发明内容 0006 为了解决现有技术中存在的缺点和不足之处， 本发明首要目的在于提供一种钙钛 锆石型陶瓷固化体。 0007 本发明的另。

9、一目的在于提供上述钙钛锆石型陶瓷的制备方法。 0008 本发明的另一目的在于提供上述钙钛锆石型陶瓷的应用。 0009 本发明的目的通过下述技术方案来实现： 0010 一种钙钛锆石型陶瓷固化体， 将钙化合物、 纳米二氧化钛和氧化锆混合， 加入溶剂 和氧化锆磨球进行球磨混合， 干燥后过筛得到混合粉体； 再将混合粉体进行干压成型成陶 胚， 将陶胚升温至11001400进行微波烧结， 降温至8001000后随炉冷却制得。 0011 优选地， 所述钛酸钙、 纳米二氧化钛、 氧化锆的质量比为(3642)： (3238)： (19 25)。 说明书 1/3 页 3 CN 111138190 A 3 0012。

10、 优选地， 所述钙化合物为钛酸钙、 硝酸钙、 氢氧化钙或氧化钙中的一种以上。 0013 优选地， 所述纳米二氧化钛的粒径为1550nm； 所述钙钛锆石型陶瓷的粒径范围 为57 m。 0014 优选地， 所述溶剂为无水乙醇或丙酮。 0015 优选地， 所述球磨的时间为1224h； 所述过筛的孔径为100200目。 0016 优选地， 所述干压成型的压力为3050MPa。 0017 优选地， 所述升温的速率为2050/min， 所述烧结的时间为10min1h。 0018 所述的钙钛锆石型陶瓷固化体的制备方法， 包括以下具体步骤： 0019 S1.将钛酸钙、 纳米二氧化钛粉、 和氧化锆中混合放入球磨。

11、罐中加入溶剂和球磨介 质混合， 干燥后过筛得到混合粉体； 0020 S2.将混合粉体在3050MPa进行干压成型处理， 得到陶胚； 0021 S3.将陶胚放入微波烧结炉升温至11001400进行烧结， 降温至8001000后 随炉冷却， 制得钙钛锆石型陶瓷固化体。 0022 所述的钙钛锆石型陶瓷固化体在处理高放型固体核废料领域中的应用。 0023 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果： 0024 1.本发明的钙钛锆石型陶瓷的粒径为57 m， 较传统工艺制得的钙钛锆石型陶瓷 晶粒(1012 m)更为细密， 且样品烧结得更为均匀。 0025 2.本发明的微波烧结工艺耗时少， 耗能低， 安全卫生。

12、无污染， 工艺简单， 生产成本 低； 实现低能耗、 均匀率高、 晶粒细密的样品的快速烧结。 附图说明 0026 图1为实施例1制得的钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)的XRD图。 0027 图2为采用实施例1制得的CaZrTi2O7的SEM照片。 具体实施方式 0028 下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容， 但不应理解为对本发明的限制。 若未特别指明， 实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。 除非特别 说明， 本发明采用的试剂、 方法和设备为本技术领域常规试剂、 方法和设备。 0029 本发明实施例中所述的钛酸钙、 纳米二氧化钛粉、 氧化锆纯度应大于99。 00。

13、30 实施例1 0031 按质量比38： 34： 22取钛酸钙、 纳米二氧化钛(粒径为60nm)、 氧化锆各原料。 上述混 合粉体加入无水乙醇和氧化锆磨球中， 在辊式球磨机上混合20h， 干燥后得到的混合粉体经 过干压30MPa成型， 得到陶胚， 然后将陶胚放入微波烧结炉内， 以40/min升温到1400， 保 温10min， 以40/min降温到800后随炉冷却， 制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7) 0032 图1为本实施例制得的钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)的XRD图。 从图1中可知， 反应完全， 没有杂质相生成， 所得样品为CaZrTi2O7纯相。 图2为本实施例。

14、制得的钙钛锆石型 陶瓷固化体截面的SEM照片， 从图2中可看出， 制得样品孔洞较少， 较为致密且均匀。 0033 实施例2 0034 与实施例1不同的在于： 所述钛酸钙、 纳米二氧化钛(粒径为60nm)、 氧化锆的质量 说明书 2/3 页 4 CN 111138190 A 4 比为40： 36： 24， 烧结工艺的条件： 以30/min升温到1400， 保温10min， 以30/min降温到 800后随炉冷却， 制得样品的主相为CaZrTi2O7， 制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)， 电镜结果显示样品烧结均匀。 0035 实施例3 0036 与实施例1不同的在于： 以氢氧化钙粉体。

15、， 纳米二氧化钛粉(粒径为60nm)， 氧化锆 粉体作为原料， 按氢氧化钙40g、 纳米二氧化钛36g、 氧化锆24g的比例取各原料。 烧结工艺 是： 以30/min升温到1300， 保温1h， 以30/min降温到800后随炉冷却， 制得钙钛锆石 型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)， 电镜结果显示样品的孔洞较少， 烧结较为均匀。 0037 实施例4 0038 与实施例1不同的在于： 所述氧化钙粉体， 纳米二氧化钛(粒径为60nm)， 氧化锆粉 体作为原料， 按钛酸钙40g、 纳米二氧化钛36g、 氧化锆24g的比例取各原料。 烧结工艺是： 以 30/min升温到1300， 保温30min， 。

16、以30/min降温到800后随炉冷却， 制得钙钛锆石型 陶瓷固化体(CaZrTi2O7)， 电镜结果显示样品的孔洞较少， 烧结较为均匀。 0039 实施例5 0040 与实施例1不同的在于： 所述钛酸钙、 纳米二氧化钛(粒径为60nm)、 氧化锆的质量 比为40： 36： 24； 烧结工艺是： 以20/min升温到1200， 保温1h， 以20/min降温到800后 随炉冷却， 制得钙钛锆石型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)， 其主相为CaZrTi2O7， 含有少量钛酸钙 杂质， 电镜结果显示样品的孔洞较少， 烧结较不均匀。 0041 实施例6 0042 与实施例1不同的在于： 以硝酸钙粉体，。

17、 纳米二氧化钛粉(粒径为60nm)， 氧化锆粉 体作为原料， 按硝酸钙40g、 纳米二氧化钛粉36g、 氧化锆24g的比例取各原料。 烧结工艺是： 以40/min升温到1200， 保温30min， 以40/min降温到800后随炉冷却， 制得钙钛锆石 型陶瓷固化体(CaZrTi2O7)， 其主相为CaZrTi2O7， 含有较多钛酸钙杂质， 电镜结果显示样品 的孔洞较多且不均匀。 0043 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合和简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 111138190 A 5 图1 图2 说明书附图 1/1 页 6 CN 111138190 A 6 。