[发明专利]一种射频等离子体制备石英玻璃微球的方法

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种新型石英玻璃微球的制备方法，特别是用射频等离子体加热制备石英玻璃微球的方法，其工艺步骤为：将实验用石英砂颗粒进行筛分，筛出目标粒径范围的颗粒；然后以1～10g/min的下料速度通入氩等离子火焰中，加热后在管内下落过程中急速冷却，得到球形石英玻璃微球。本发明工艺流程短、成本低、经济效益高，节能环保。

技术领域

本发明属于一种新型石英玻璃微球的制备方法，特别是使用射频等离子体加热制备石英玻璃微球，属于材料技术领域。

背景技术

玻璃微珠是直径在数微米至数毫米粒径范围内的玻璃(或陶瓷)球体，有实心、空心、多孔玻璃微珠之分，具有光学性能好、球形透镜特性、抗冲击性能强、滚动性好、导热系数低、质轻等特点，已广泛用于城市交通标志、汽车牌号、回射幕布、喷吹技术、填充材料、保温材料等领域。

常用的几种制备实心玻璃微球的方法有粉末法、溶液法、火焰漂浮法。其中，粉末法的基本原理是将玻璃粉碎成要求的颗粒，经过筛分，在一定温度下通过均匀加热区，使玻璃颗粒熔融，在表面张力作用下形成微珠。粉末法生产的关键是选择空气喷嘴，喷嘴所形成的气流可以确保微珠能上升到顶部，使重的粒子沉在底部。粉末法的优点是能制造硬质玻璃微珠，球径易于控制，得球率高；缺点是生产周期长，产量低，成本高，能耗大。

溶液法是将玻璃配合料熔化成玻璃液，用高速气流喷吹，玻璃液滴由于表面张力形成微珠。熔液法的优点是生产成本低，产量高；缺点是球径不易控制，会产生纤维或棉状杂质或带尾巴状的微珠等。

火焰漂浮法是将无色的碎玻璃粉碎成所需的粒度，并通过布料器将玻璃粉末均匀地投入到特制的成珠炉中，在热态的高温气流中加热熔融，在玻璃表面张力作用下形成球状的玻璃珠。为防止微珠间的相互粘连，在粒子受热成珠的同时处于飘浮状态，再经过必要的冷却、回收、分级，最终得到所需要的不同粒径的玻璃微珠。火焰漂浮法的优点是成本较低，经济效应明显；缺点是成球率较小，产量较低。

针对以上生产玻璃微球的不足，CN105793205A专利使用等离子体进行预熔/熔融玻璃配料，制备出了球形的玻璃中间颗粒，其采用二氧化硅、氧化铝、氧化钠等多种组分混合物，多种混合物的组分使其均化不易完成，其冷却采用切向气流喷吹进行冷却，使成品分散，不易收集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种新型制备石英玻璃微球的方法，通过射频等离子体高温进行加热，减少了矿物燃料的使用和温室气体的排放，通过系统内部的净化和气体纯度的控制，极大减小了生产中杂质的引入，保证玻璃微球的成品率。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种射频等离子体制备石英玻璃微球的方法，工艺步骤如下：

(1)将石英砂颗粒进行筛分，筛分出目标粒径范围150～500目的石英砂颗粒；

(2)将步骤(1)筛分出的石英砂颗粒以1～10g/min的下料速度通入等离子体炬中，被RF氩等离子火焰加热熔融，之后在安设于等离子体炬下方的换热器内下落过程中被快速冷却，得到石英玻璃微球。

按上述方案，所述等离子体炬通入氩气作为中心气体，通过使用射频电流加热中心气体使其电离产生等离子体火焰。其中，中心气体流量为15～30L/min，射频电流频率为2～5MHz，等离子体火焰的功率为30～40KW，等离子体炬内的压力控制为1.5～15pisa。

按上述方案，所述等离子体炬通入鞘气作为保护气体，鞘气由体积比为8：3的氩气和氢气组成，保护气体的总流量为55L/min，相当于40L/min(Ar)+15L/min(H₂)。鞘气中氢气的加入可以增大气体的热导率，使等离子火焰与粒子之间具有更好的传热效果。