一种Y<sub>4</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub>晶
专利名称：一种Y<sub>4</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub> 晶须的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种形貌可控的Y4Si3O12的制备方法，具体涉及一种Y4Si3O12晶须的制备方法。
背景技术：
硅酸钇材料自身具备的结构特点及一系列优异的物理化学性能，如低弹性模量、低高温氧气渗透率、低线膨胀系数、低高温挥发率、耐化学腐蚀等特性，使其成为一种高性能结构材料，被广泛应用于航空航天领域。硅酸钇存在三种晶相结构，分别是13105、￥231207及 Y4Si3O1215目前，虽然关于Y4Si3O12的文献报道非常少，其晶格常数也还尚未见报道，但由于其熔点高达1950°C，具有极低的高温氧气渗透率，同时Y4Si3O12的热膨胀系数 (4. 31 X Kreir1^SiC 内涂层的热膨胀系数(4. 5 X lOl—1)非常接近[Sun ZQ, Zhou YC, WangJY, et al. y -Y2Si2O7,amachinable silicate ceramic:mechanical properties andmachinability. TheAmerican Ceramic Society, 2007, 90 (8) : 2535-2541.]，并且Y4Si3O12 与SiC 之间有很好的物理化学相容性[Ogura Y, Kondo M, Morimoto T. Oxygenpermeabilityof Y2SiO5. Materials Transactions [J], 2001, 42(6) : 1124-1130.]，因而被认为是以 SiC为内涂层的复合涂层结构中最理想的外涂层材料之一，在高温防氧化材料方面有着广泛的应用前景。黄剑锋等已在C/C-SiC表面成功制备出梯度Y2SiO5A2Si2O7A4Si3O12高温抗氧化涂层[Huang JF, Zeng XR, Li HJ, et al. SiC/yttrium silicate/glassmulti-layer oxidation protective coating for carbon/carbon composites[J].Carbon, 2004，42(11) :2356-2359.]以及梯度 Y2SiO5A2Si2O7A4Si3O12/ 玻璃层高温抗氧化涂层[Huang JF, Li HJ, Zeng XR. Yttrium silicate oxidation protection coatingfor SiC coated carbon/carbon composites[J]. Ceramics International, 2006, 32(4):417-421.]，其中梯度￥讲05八讲207/%513012/玻璃涂层可以在1600°C的静态空气中有效保护C/C复合材料200h，涂层C/C氧化失重小于0. 65%。且有文献[Wang Ya-qin, HuangJian-feng, Cao Li-Yun et al “Preparation and phase composition optimization ofyttrium silicates multi-composition coating for SiC pre-coated carbon/carboncomposites” J. Compos. Mater. 2011, 46(4) :409-415.]报道可利用复相娃酸乾涂层的综合优势解决内外涂层间热膨胀系数失配而导致的涂层抗氧化失效问题。又依据晶须增韧陶瓷的思想，及Y4Si3O12与SiC内涂层非常良好的物理化学相容性,Y4Si3O12晶须在用于增韧SiC内涂层的高温防氧化涂层制备领域具有很大前景。
发明内容
本发明的目的是采用溶剂热法实现对形貌可控、高纯且粒度较为均一的Y4Si3O12晶须的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I: (I. 2 I. 8)的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 36、. 86mol/L的溶液，用NaOH溶液调节其pH=7 9，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I: (0. 4 I. 5) : (0. 05 0. 09)的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌0. 5^2h,混合均匀，然后超声反应f 3h，超声功率为30(T500W，得到溶液B ;3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为40飞0%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在14(T210°C反应48 72h ；4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤:T5次，最后在5(T80°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。所述步骤I) NaOH溶液的浓度为3mol/L。本发明Y4Si3O12晶须的制备方法工艺控制简单，成本较低，制备温度低且不需要后期晶化处理，一定程度上避免了后期热处理过程中可能导致的晶粒长大、粗化或卷曲等缺陷。可以实现形貌控制，能制备出高纯且粒度较为均一的Y4Si3O12晶须。由于Y4Si3O12的熔点高达1950°C，Y4Si3O12的热膨胀系数(4. 31 X KT6IT1)与SiC的热膨胀系数(4. SXlO-6K-1)极为接近，且与SiC之间有很好的物理化学相容性，本发明制备出的Y4Si3O1^e0须是以SiC为内涂层的复合涂层结构中最理想的外涂层晶须增韧材料之一，可有效提高涂层的抗氧化性能。此外，Y4Si3O12晶须在电子工业、信息技术领域具有广阔的应用前景。
图I为本发明在水热温度140°C下所制备正硅酸钇(Y2SiO5)晶须的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I :I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I :1. 2 的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 36mol/L的溶液，用浓度为3mol/L的NaOH溶液调节其pH=7，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I :0. 4 :0. 05的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌0. 5h，混合均匀，然后超声反应lh，超声功率为500W，得到溶液B ;3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为40%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在210°C反应48h ；
4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤3次，最后在50°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。
实施例2 I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I :1. 8 的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 86mol/L的溶液，用浓度为3mol/L的NaOH溶液调节其pH=9，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I :1. 5 :0. 09的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌2h，混合均匀，然后超声反应3h，超声功率为300W，得到溶液B ；3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为60%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在140°C反应72h ；4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤5次，最后在80°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。由图I可以看出通过实施例2中描述的方法，可以得到的Y4Si3O12晶须，其特征为晶须直径约为l(T200nm，晶须长度约为3飞u m。实施例3 I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I :1. 5 的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 61mol/L的溶液，用浓度为3mol/L的NaOH溶液调节其pH=8，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+:EDTA :HEPE=1 :0. 95 :0. 07的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌lh，混合均匀，然后超声反应2h，超声功率为400W，得至IJ溶液B ；3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为50%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在175°C反应60h ；
4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤4次，最后在65°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。
权利要求
1.一种Y4Si3O12晶须的制备方法，其特征在于 1)取分析纯的Y(NO)3· 6H20、Na2SiO3 · 9H20，按照Y Si=I: (I. 2 I. 8)的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为O. 36、. 86mol/L的溶液，用NaOH溶液调节其pH=7 9，得到溶液A ; 2)向溶液A中按Y3+EDTA =HEPE=I: (O. 4 I. 5) : (O. 05 O. 09)的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌O. 5 2h，混合均匀，然后超声反应l 3h，超声功率为30(T500W，得到溶液B ; 3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为40飞0%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在14(T210°C反应48 72h ； 4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤3飞次，最后在5(T80°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。
2.根据权利要求I所述的Y4Si3O12晶须的制备方法，其特征在于所述步骤DNaOH溶液的浓度为3mol/L。
全文摘要
一种Y4Si3O12晶须的制备方法，将Y(NO)3·6H2O和Na2SiO3·9H2O溶于无水乙醇中得到溶液A；向溶液A中加入EDTA和HDPE磁力搅拌、超声反应得到溶液B；将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，恒温反应后离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇清洗，最后干燥得到Y4Si3O12晶须。本发明Y4Si3O12晶须的制备方法工艺控制简单，成本较低，制备温度低且不需要后期晶化处理，一定程度上避免了后期热处理过程中可能导致的晶粒长大、粗化或卷曲等缺陷。可以实现形貌控制，能制备出高纯且粒度较为均一的Y4Si3O12晶须。
文档编号C30B29/34GK102677174SQ20121014007
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者曹丽云, 杨柳青, 王雅琴, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学
技术领域：
本发明涉及一种形貌可控的Y4Si3O12的制备方法，具体涉及一种Y4Si3O12晶须的制备方法。
背景技术：
硅酸钇材料自身具备的结构特点及一系列优异的物理化学性能，如低弹性模量、低高温氧气渗透率、低线膨胀系数、低高温挥发率、耐化学腐蚀等特性，使其成为一种高性能结构材料，被广泛应用于航空航天领域。硅酸钇存在三种晶相结构，分别是13105、￥231207及 Y4Si3O1215目前，虽然关于Y4Si3O12的文献报道非常少，其晶格常数也还尚未见报道，但由于其熔点高达1950°C，具有极低的高温氧气渗透率，同时Y4Si3O12的热膨胀系数 (4. 31 X Kreir1^SiC 内涂层的热膨胀系数(4. 5 X lOl—1)非常接近[Sun ZQ, Zhou YC, WangJY, et al. y -Y2Si2O7,amachinable silicate ceramic:mechanical properties andmachinability. TheAmerican Ceramic Society, 2007, 90 (8) : 2535-2541.]，并且Y4Si3O12 与SiC 之间有很好的物理化学相容性[Ogura Y, Kondo M, Morimoto T. Oxygenpermeabilityof Y2SiO5. Materials Transactions [J], 2001, 42(6) : 1124-1130.]，因而被认为是以 SiC为内涂层的复合涂层结构中最理想的外涂层材料之一，在高温防氧化材料方面有着广泛的应用前景。黄剑锋等已在C/C-SiC表面成功制备出梯度Y2SiO5A2Si2O7A4Si3O12高温抗氧化涂层[Huang JF, Zeng XR, Li HJ, et al. SiC/yttrium silicate/glassmulti-layer oxidation protective coating for carbon/carbon composites[J].Carbon, 2004，42(11) :2356-2359.]以及梯度 Y2SiO5A2Si2O7A4Si3O12/ 玻璃层高温抗氧化涂层[Huang JF, Li HJ, Zeng XR. Yttrium silicate oxidation protection coatingfor SiC coated carbon/carbon composites[J]. Ceramics International, 2006, 32(4):417-421.]，其中梯度￥讲05八讲207/%513012/玻璃涂层可以在1600°C的静态空气中有效保护C/C复合材料200h，涂层C/C氧化失重小于0. 65%。且有文献[Wang Ya-qin, HuangJian-feng, Cao Li-Yun et al “Preparation and phase composition optimization ofyttrium silicates multi-composition coating for SiC pre-coated carbon/carboncomposites” J. Compos. Mater. 2011, 46(4) :409-415.]报道可利用复相娃酸乾涂层的综合优势解决内外涂层间热膨胀系数失配而导致的涂层抗氧化失效问题。又依据晶须增韧陶瓷的思想，及Y4Si3O12与SiC内涂层非常良好的物理化学相容性,Y4Si3O12晶须在用于增韧SiC内涂层的高温防氧化涂层制备领域具有很大前景。
发明内容
本发明的目的是采用溶剂热法实现对形貌可控、高纯且粒度较为均一的Y4Si3O12晶须的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I: (I. 2 I. 8)的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 36、. 86mol/L的溶液，用NaOH溶液调节其pH=7 9，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I: (0. 4 I. 5) : (0. 05 0. 09)的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌0. 5^2h,混合均匀，然后超声反应f 3h，超声功率为30(T500W，得到溶液B ;3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为40飞0%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在14(T210°C反应48 72h ；4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤:T5次，最后在5(T80°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。所述步骤I) NaOH溶液的浓度为3mol/L。本发明Y4Si3O12晶须的制备方法工艺控制简单，成本较低，制备温度低且不需要后期晶化处理，一定程度上避免了后期热处理过程中可能导致的晶粒长大、粗化或卷曲等缺陷。可以实现形貌控制，能制备出高纯且粒度较为均一的Y4Si3O12晶须。由于Y4Si3O12的熔点高达1950°C，Y4Si3O12的热膨胀系数(4. 31 X KT6IT1)与SiC的热膨胀系数(4. SXlO-6K-1)极为接近，且与SiC之间有很好的物理化学相容性，本发明制备出的Y4Si3O1^e0须是以SiC为内涂层的复合涂层结构中最理想的外涂层晶须增韧材料之一，可有效提高涂层的抗氧化性能。此外，Y4Si3O12晶须在电子工业、信息技术领域具有广阔的应用前景。
图I为本发明在水热温度140°C下所制备正硅酸钇(Y2SiO5)晶须的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I :I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I :1. 2 的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 36mol/L的溶液，用浓度为3mol/L的NaOH溶液调节其pH=7，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I :0. 4 :0. 05的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌0. 5h，混合均匀，然后超声反应lh，超声功率为500W，得到溶液B ;3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为40%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在210°C反应48h ；
4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤3次，最后在50°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。
实施例2 I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I :1. 8 的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 86mol/L的溶液，用浓度为3mol/L的NaOH溶液调节其pH=9，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+ EDTA =HEPE=I :1. 5 :0. 09的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌2h，混合均匀，然后超声反应3h，超声功率为300W，得到溶液B ；3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为60%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在140°C反应72h ；4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤5次，最后在80°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。由图I可以看出通过实施例2中描述的方法，可以得到的Y4Si3O12晶须，其特征为晶须直径约为l(T200nm，晶须长度约为3飞u m。实施例3 I)取分析纯的 Y(NO)3 6H20、Na2SiO3 9H20，按照 Y Si=I :1. 5 的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为0. 61mol/L的溶液，用浓度为3mol/L的NaOH溶液调节其pH=8，得到溶液A ；2)向溶液A中按Y3+:EDTA :HEPE=1 :0. 95 :0. 07的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌lh，混合均匀，然后超声反应2h，超声功率为400W，得至IJ溶液B ；3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为50%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在175°C反应60h ；
4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤4次，最后在65°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。
权利要求
1.一种Y4Si3O12晶须的制备方法，其特征在于 1)取分析纯的Y(NO)3· 6H20、Na2SiO3 · 9H20，按照Y Si=I: (I. 2 I. 8)的摩尔比溶于无水乙醇中，配制成Y3+浓度为O. 36、. 86mol/L的溶液，用NaOH溶液调节其pH=7 9，得到溶液A ; 2)向溶液A中按Y3+EDTA =HEPE=I: (O. 4 I. 5) : (O. 05 O. 09)的摩尔比加入分析纯的EDTA和HDPE作为模板剂，在室温下磁力搅拌O. 5 2h，混合均匀，然后超声反应l 3h，超声功率为30(T500W，得到溶液B ; 3)将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制填充比为40飞0%，然后将反应釜放入恒温反应器中，在14(T210°C反应48 72h ； 4)待反应体系自然冷却至室温，离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇各自洗涤3飞次，最后在5(T80°C的电热鼓风干燥箱中干燥得到Y4Si3O12晶须。
2.根据权利要求I所述的Y4Si3O12晶须的制备方法，其特征在于所述步骤DNaOH溶液的浓度为3mol/L。
全文摘要
一种Y4Si3O12晶须的制备方法，将Y(NO)3·6H2O和Na2SiO3·9H2O溶于无水乙醇中得到溶液A；向溶液A中加入EDTA和HDPE磁力搅拌、超声反应得到溶液B；将溶液B置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，恒温反应后离心分离，先后用蒸馏水及无水乙醇清洗，最后干燥得到Y4Si3O12晶须。本发明Y4Si3O12晶须的制备方法工艺控制简单，成本较低，制备温度低且不需要后期晶化处理，一定程度上避免了后期热处理过程中可能导致的晶粒长大、粗化或卷曲等缺陷。可以实现形貌控制，能制备出高纯且粒度较为均一的Y4Si3O12晶须。
文档编号C30B29/34GK102677174SQ20121014007
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者曹丽云, 杨柳青, 王雅琴, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学
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