溶胶—凝胶法制备C2S粉末.doc

溶胶凝胶法制备C2S粉末第18卷第2期VoI.18No.2材料科学与工程MaterialsScience&Engineering总第70期June2000文章编号:lO0b/93x(2000)020053040溶胶一凝胶法制备C:S粉末堕塑,(同济大学材料科学与工程学院,上海,200092)倚Iz7I丁0f7一,【摘要】正硅酸乙酯(TEOS)和Ca(NO)?4HO为前驱物用溶胶一凝胶法制各单矿物CS粉末=用甘油乙醇法测定CS粉末的游离CaO含量;用X射线衍射,红外光谱分析探讨了加水量,溶剂种类及热处理制度等工艺参数对CS粉末形成的影I末活粉蜷石【关键词】溶胶凝胶法;c.s粉末;水埠/用>一/中图分类号:TQI25T172_文献标识码A二PreparationofC2SPowdersbyt毒岩末,防必丰墟艇SolgelMethod/CHENHongxia,WANGPeiming(Mater.Sci.andEngSchoolofTongjiUniv.,Shangai200092tChina)AbstractThispaperdiscussesC2Spowderspreparedfromtetrathoxysiane(TEOS)andCa(NOa)2?4H2Owithsotgelmethod.CaOisdeterminedbyglycerinealcoholmethod;XRDandIR&reusedtoaria一yzetheeffectofprogressingparameters,suchaswatercontenttthetypeofsolventsandheatingsystem,0ntheCSp0wdersToconfirmitsactivity,SEMisusedtoobservetheC2Spastewhichhashydratedfortwodays.KeywordssolgelmethodIC2Spowdershydrated引言溶肢一凝胶法是一种新兴的湿化学法.它是指金属有机或无机化合物作为前驱物,经过水解,缩聚而成为溶胶,凝胶,再经过热处理成为固体化台物的方法.由于该方法具有产品纯度高,均匀度好t而且能在低于传统方法.100500C温度下烧成等优点,越来越受到各领域学者重视.在无机材料领域,玻璃和陶瓷方面应用广泛,而在胶凝材料方面的研究却鲜有报道.用谚方法生产白色水泥和彩色水泥的研究收稿日期:J999090gI俸碹日期:999126忭者筒介:胨lg76).女,江苏.同济走学博士生表明了它可以用于古有casj的系统跚.而车论文着重探讨制各单矿物C:S粉末形成过程和其水化活性,为其在高贝利特水泥方面的应用作实验阶段的准备,并可进一步研究水泥熟料矿物水化过程揭示水泥水化的奥妙.2实验2.I样昌制备2.1.1凝胶制备将前驱物正硅酸乙酯(TEos)和酵混台均匀后加人硝酸溶液:在50C左右充分搅拌?53?后,加入经过醇溶解的适量a(NO):?4HLJ,搅拌至恰当牯度,得到(:S涪胶.将溶脏静置于70C的烘箱中,陈化+段时间后形成凝脏,再经干蝶形成干凝胶.2.1.2c粉末制备将此干凝股在同温度下进行灼烧,得到c.s粉末2.13CS粉末求化cs粉末和水1:2比例混台,水化2天2.2测试方法甘油己醇法测定(s粉末中游离Ca();对干凝胶粉末和在不同温度下处理过的试样在RAX10X射线衍射仪和5DXC傅里叶变换红外光谱做进行测试.用$2360N型扫描电镜观察水化2天的c:s粉末.3结果与讨论3.】溶胶形成过程参数的影响3.1.1加水量不同加水量对溶睦状态的影响如表1所示.水的加量r(即H0/TEOS摩尔圮)来表示.当r较小时,在一定的范国内可生成透明,稳定的溶胶.随着加水量的增加,溶胶的透明度,稳定性变差=求是前驱物水解的反应物,也是缩聚反应的产物=当加水量较少时.靛水解的一fcH基团少,水解形成的一()H基团少,因而缩聚易形成低交联度的产物,即生成透明稳定的溶胶反之.州易形成高交联度产物.当加水角到定程度时,高交联度产物甚至荥集成絮凝状沉淀.由f前驱物中含有结晶水,加水屠的下限由Ca(NO1:一4HO中的结晶水决定表1加水量对Cs溶胶形成卫胶凝时间影响泣:苦样品障加水量不外.Ca(NO.j24H(与r如和CH.CH)H的摩尔比为2:1:j,催化剂为.mol/l的肖磕蒋蔽从表1还可看出加水量还影口向胶凝时间,当r>4(反应所需的化学计量值)时,脏凝时间随加水量的增加而增加.由于过篮的水冲淡了缩聚物的榷度,降低r溶胶的牯度.使胶凝时间增加这b-Si?54?(0R),TL(OR)的情况有类似的结论.3.12蓓剂种类用甲醇,乙醇,正雨醇,异丙醇作为溶剂(甲醇为溶剂时束能形成均匀,稳定的溶胶),粉末中的游离Ca0值如表2所示.由表可以看出:在相同条件下,正丙醇作为溶剂时,在相同条件下粉末中游离CaO最少,也就说明形成的CzS晟多.醇对溶胶的影响比较复杂.首先由于醇盐在水中的溶解度不大,需选用既能与水互溶叉能与醇盐互落的醇作为溶剂.(0R)一HOROH图表明醇的种类不同.三元混溶区大小有所不同,R的古C个数越少,混溶区越大.其次,醇有溶解Ca(NO)z?4HO的作用,溶解度随R中c个数的增加呈倍数减少.甲醇,乙醇,戊醇为例说明,Ca(NO):在甲醇中的溶解度为138g,在乙醇中的溶解度为51g,在戊醇中的溶解度为7.5.然而醇的加入还会改变溶液的极性.其中叉以甲醇的极性为最大,乙醇的极性敬之,而雨醇的极性更小.较低的极性有利于Cas的结台而且由Nos形成酸性的中间产物分子HN0可在凝胶化过程和热处理中除去一.裹2溶剂种类的影响1l_00JJh灼烧条件匿1藩荆种类与CzS粉末中游离CaO值关系比较乙醇和正丙醇为溶剂时粉末的x射线衍射圈2(c),(d).两图中均口一cS的衍射峰为主,而CaO和CS晶体衍射峰很低显然,用不同的溶剂都可得到含杂质很少的CzS粉末.3.2热处理制度的影响凝胶的热处理包括凝胶转化为干凝胶和干凝腔烧成粉末两个过程.在70c下处理的干凝胶的x射线衍射如图2(a)所示.凝胶中并无反应前驱物的晶体析出.这个过程的温度不宜超过溶剂的沸80C,响仰呻油8,65120号u镕50.40.30.504030.d29;dcg日在70L址理干越腔射线衍射图L醇为藩剌J,bJL烧戚籽玉x射线衍射IL醇为溶剂:l_jnc烧成琦丰x射鳗衍射罔醇为藩剂,.(d)】1?堤应x射线衍射圉(王丙醇为溶剂)图2粉末的X射线衍射图热l虬理制度有关.尽管aC:S属于高温型晶体,可能由于自700C急降至室温所需时间短,所比l15Oc下灼烧的凝胶更容易保存高温型晶体图3为700C和1150C下所得粉末的红外光谱图.两者具有相同的,0H伸缩振动(3440m),HOH(1640cm),CH(1500cm.j,NO(1400cm),NO2弯曲振动?10cm一):在700c下构烧的粉末中有硅酸钙特征吸收峰(505cra),在1150C下灼烧得到粉末的相(a)同暇收峰向高渡敷方向偏移.且在700C下烧威的粉末中有对应于舍非桥氧siOH(94lcm.),Si投有完全结台成cas】,1150下烧成的粉柬的图谱中具有更多与有关的C2s吸收峰:997cm一,850cm一.球化2天糟末的SEM如图4所示.由图可蹦看出:所制备的CS粉末在水化2天时已有相互搭接成网络状的水化产物CsH凝胶生成,据此推测用溶胶一凝胶法制备的Cs粉末的括性,说明诫方法的可行性,井可进一步研究其它水化特性.360O2800200012帅40O被第)7OCC下l啕烧的干凝腔红外光谱图tbJ1lL下曲烧的千拯艘的红外光暗图3粉束的虹外光谱图否则溶剂大量蒸发不利于凝胶内部不断进行的水解缩聚反应.同时,温度过高导致凝腔开裂,甚至完全4结论通过对溶胶一凝腔法制备的c:s粉末的初步研究,可得到下的结论:?5?图4c:S粉束水化的SEM图象正硅酸乙醋(TEOS)和Ca(NO)?4HO作为前驱物的溶脏凝睦法制备c.s溶脏过程在加水量r小于12时能生成均匀,透明稳定的凝脏,正丙醇是比较理想的溶剂.干凝脏在700C下灼烧就有少量cs生成,在I150下灼烧成定时间后能近乎完全转化为c.S粉末,而且该粉末具有水化活性.参考文献1JD.MackenzieJJofNonCryst.Sotids1982,28:】2CH.Page.C.HThombareeta1.AdvancesinCementitiousMaterials.edbySMindess,1991?p6433亲挂郁,拓南如._J硅酸盐通报1993,6:604K.Sinko,RMezei.J.JofNonCrystSolids】998.23】:】(上接第134页)位应加强台作,建立三位体的质量管理系统,加快我国生物医学材料的国产化进程.使生物医学钛合盒制品在我国得到迅速推广和应用,造福于人民.1235:参考文献MitsuoNiinomi.MechanicalpropertiesofbiomedicaltitaniumaoysJ.MaterialsScienceandEngineeringA.19g8,243:231236MatthewDonachieBiomedieMalloys.刀AdvaaeedMaterials&Processes,1998.154(1);6365汪大林.罗远伦,戴玮曩等.精密铸钍技术在义齿类铸件上的应用_J:铸造.1997.(4):3235KathyWangTheuseoftitaniumformedicalappLicationsintheUSA_J:MaterialsScienceaadEnginee6ngA.1996,213:134137YoshimitsuOkazaki.Yoshimasaho.Corrosionre3istangandcorrosionfatiguestrengthofnewtitaaium?56?alloysformediciimpLantswithoutVandAIJ.MaterialsScienceandEngineeringA?1996t213-138147新家光雄,生体用S型千y台盎的开发.耋r9南iJ1998.37(1.:843846Timeta21S.AdvancedMateriais&Processes,1998,154(3):3839罔崎髋,各种金属细胞适音性生体用新手台盎