[发明专利]一种制备β-Li2TiO3小球的湿化学方法

说明书

技术领域

本发明属于间接湿法制备氚增殖用小球的技术领域，具体涉及一种制备β-Li₂TiO₃小球的湿化学方法。

背景技术

偏钛酸锂(β-Li₂TiO₃)因其具有可观的锂原子密度、化学稳定性与热导率高、氚溶解度低、与结构材料具有良好的兼容性，而且在低温下有着优良的氚释放性能及低活化的特点，被视为最具有前途的固态氚增殖剂候选材料之一。目前，已报道多种不同的β-Li₂TiO₃小球的制备方法。如，X.W.Wu等人发表了一种采用间接湿法制备β-Li₂TiO₃小球的文章。在柠檬酸与Li₂TiO₃粉体摩尔比为1:1、1050℃下烧结6h的条件下，制备出直径为1.2mm左右、表面晶粒尺寸为2～3μm、相对密度达到91％T.D.的Li₂TiO₃小球。又如，中国专利公告第CN101510450A号报道了一种制备聚变堆包层中陶瓷氚增殖剂的方法。该方法过程较复杂，需先选择一种凝胶体系和体系的溶剂制备预混液，加入分散剂和陶瓷粉体，球磨制备浆料后滴入与溶剂互斥的介质中，在界面张力作用下液滴自行成球，制备出粒径为0.1～2mm的Li₂TiO₃小球。再如，中国专利公告第CN102731111A报道了一种陶瓷微球的新型制备方法。该方法采用粉末包覆法制备出直径为0.2～3mm的陶瓷微球，但未能保证小球的球形度及相对密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备β-Li₂TiO₃小球的湿化学方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，利用本发明方法制备的β-Li₂TiO₃小球形貌规整，有很好的球形度，粒径较小且分布均匀，相纯度高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备β-Li₂TiO₃小球的湿化学方法，包括以下步骤：

1)按照Li﹕Ti的摩尔比为(1.85～2.25)﹕1称取TiO₂粉体和LiOH·H₂O粉体，将二者加入高压容器中，然后向高压容器中加入蒸馏水，混合均匀，并控制Li⁺浓度为0.1～2mol/L；

2)将步骤1)的高压容器在100～180℃下水热反应20～30h后干燥得到β-Li₂TiO₃的水热前驱体；

3)将步骤2)得到的β-Li₂TiO₃水热前驱体研磨均匀后烧结制成β-Li₂TiO₃粉体；

4)利用H₂O₂水溶液溶解步骤3)得到的β-Li₂TiO₃粉体，其中，每0.5～2mLH₂O₂水溶液溶解0.1～2gβ-Li₂TiO₃粉体，然后加入螯合剂及添加剂，制成悬浮液；

5)将步骤4)得到的悬浮液置于水浴中加热浓缩至固相粉体占浆料质量的28％～50％；

6)将步骤5)浓缩后的浆料在室温下滴入丙酮与四氯化碳的混合凝胶浴中，控制凝胶浴中丙酮与四氯化碳体积比介于0.4﹕3～0.5﹕3，形成湿凝胶球；

7)将步骤6)得到的湿凝胶球在室温下放置使其充分固化；

8)将步骤7)固化后的凝胶球干燥得到干凝胶球；

9)将步骤8)的干凝胶球置于加热装置中升温至200～350℃，保温1～12h，然后升温至800～1000℃，保温10～24h，得到β-Li₂TiO₃小球。

进一步地，所述的高压容器材料为聚四氟乙烯、哈氏合金或不锈钢，压力范围为2～100MPa。

进一步地，步骤1)中按照蒸馏水占高压容器容积为10％～80％的体积比向高压容器中加入蒸馏水。

进一步地，步骤2)中干燥温度为40～80℃，干燥时间为30～50h；步骤3)中烧结温度为700～900℃，烧结时间为12～36h。