專利名稱：多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及氧化鋯基熱障氧化物納米粉體材料及其制備方法。
技術背景氧化鋯粉體是一種重要的陶瓷原料，具有比表面積高、穩定性好的特點， 用其制備的氧化鋯陶瓷，具有高化學穩定性、高熱穩定性、高斷裂韌性、高離 子電導率、高熱膨脹系數和低熱導率等，在生物醫學材料、高溫發熱材料、結 構材料、固體電解質材料和熱障涂層材料等領域有著廣泛的應用。純的氧化鋯 有三種晶體形態單斜相、四方相和立方相。它們之間的相互轉化過程如下單斜相^^四方相^%立方相^%液相 920-1050°C氧化鋯單斜相與四方相之間的相變伴隨著3% 5%的體積變化，這一晶型 轉變在氧化鋯陶瓷的制備中可能引起材料開裂，使其應用受到限制，因此常將 一些穩定劑摻雜到氧化鋯中，得到穩定的氧化鋯材料；目前應用的7 8wt.%Y203-Zr02粉體，制備成陶瓷材料后，在高溫條件下相穩定性差。采用 水熱法制備多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體，但制備條件苛刻，成本高， 產率低為20% 60%;也有采用溶膠-凝膠法和醇鹽水解法制備多組元氧化鋯 基熱障氧化物納米粉體，但存在原料價格高、產率低為30% 60%、反應時間 長的問題。發明內容本發明目的是為了解決現有技術中制備多組元氧化鋯基熱障氧化物納米 粉體的方法存在工藝復雜、成本高、產率低的問題，而提供一種多組元氧化鋯 基熱障氧化物納米粉體材料及其制備方法。本發明中多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的分子式為LnxZ^02垂 其中Ln-Nd、 Sm、 Gd、 Sc或Yb， 0.05《x《0.50。制備多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體按以下步驟實現 一、按比例將 含5 50摩爾Li^+的溶液和含50 95摩爾Zr"的溶液混合攪拌，然后加入表面活性劑，攪拌l 5h得混合溶液；二、將混合溶液以5 100mL/min的速率 滴加到沉淀劑中，反應時間為30 150min，得沉淀物；三、將沉淀物放入離 心機中，用去離子水離心洗滌，然后用無水乙醇離心洗滌，離心機轉速為 2000 9000r/min;四、將離心洗滌后的沉淀物在50 15(TC的條件下烘干，再 球磨1 5h，然后在500 1000°C、空氣氣氛下煅燒2 6h，得多組元氧化鋯 基熱障氧化物納米粉體；步驟一中L,為Nd3+、 Gd3+、 Sm3+、 Sc3+、 Yb"中的 一種或幾種的組合；步驟一表面活性劑為吐溫80、聚乙二醇400、聚乙二醇 20000、聚乙烯醇中的一種或兩種的組合，表面活性劑的加入量為0.005 0.1 摩爾；步驟二沉淀劑為可溶性氫氧化物、可溶性碳酸鹽、可溶性碳酸氫鹽或氨 水。本發明中制備的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體，粒徑為10 20nm， 粒度分布均勻，分散性好；通過引入不同的稀土氧化物，增加了相穩定性；本 發明制備工藝簡單、流程少，所用原料價格低，降低了成本，產率高達70% 95%，可工業化生產。
圖1為具體實施方式
十一中制備所得多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉 體的透射電鏡圖。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的分子 式為LnxZn.x02-x/2，其中Ln-Nd、 Sm、 Gd、 Sc或Yb， 0.05《jc《0.50。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是多組元氧化鋯基 熱障氧化物納米粉體的粒徑為10 20nm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是多組元氧化鋯基 熱障氧化物納米粉體的粒徑為12 15nm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式制備多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體按 以下步驟實現 一、按比例將含5 50摩爾LnS+的溶液和含50 95摩爾Zr" 的溶液混合攪拌，然后加入表面活性劑，攪拌l 5h得混合溶液；二、將混合 溶液以5 100mL/min的速率滴加到沉淀劑中，反應時間為30 150min，得沉 淀物；三、將沉淀物放入離心機中，用去離子水離心洗滌，然后用無水乙醇離心洗滌，離心機轉速為2000 9000r/min;四、將離心洗滌后的沉淀物在50 150。C的條件下烘干，再球磨1 5h，然后在500 1000°C、空氣氣氛下煅燒2 6h，得多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體；步驟一中Ln"為Nd3+、 Gd3+、 Sm3+、 Sc3+、 Yl^+中的一種或幾種的組合；步驟一表面活性劑為吐溫80、聚乙 二醇400、聚乙二醇20000、聚乙烯醇中的一種或兩種的組合，表面活性劑的 加入量為0.005 0.1摩爾；步驟二沉淀劑為可溶性氫氧化物、可溶性碳酸鹽、 可溶性碳酸氫鹽或氨水。本實施方式中Ln"為兩種或兩種以上物質組成時按任意比混合；表面活性 劑為兩種物質組成時按任意比混合。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中Ln3+ 溶液中溶質為Ln03、 Ln(N03)3'6H20、 LnCl3或Ln(CH3COOH)3'5H20。其它步 驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中Zr4+ 溶液中溶質為 ZrOC03'8H20 、 ZrO(N03)2'2H20 、 ZrOCl2'8H20或 ZrO(CH3COO)2 。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同-。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中按比例 將含40摩爾Lr^+的溶液和含60摩爾Z,的溶液混合攪拌，然后加入表面活性 劑，攪拌3h得混合溶液。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中將混合 溶液以50mL/min的速率滴加到沉淀劑中，反應時間為80min。其它步驟及參 數與具體實施方式
四相同。本實施方式反應過程中溶液的pH值為7 13。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟三中將沉淀 物放入離心機中，用去離子水離心洗滌10 20次，然后用無水乙醇離心洗滌 1 3次，離心機轉速為5000r/min。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟四中將離心 洗滌后的沉淀物在100。C的條件下烘干，再球磨3h，然后在800。C、空氣氣氛 下煅燒4h。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十一本實施方式制備多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體按以下步驟實現 一、按比例將含50摩爾Nd^的溶液和含50摩爾Zr"的溶液 混合攪拌，然后加入0.05摩爾吐溫80,攪拌3h得混合溶液；二、將混合溶液 以50mL/min的速率滴加到沉淀劑中，反應時間為60min，得沉淀物；三、將 沉淀物放入離心機中，用去離子水離心洗滌15次，然后用無水乙醇離心洗滌 2次，離心機轉速為4000r/min;四、將離心洗滌后的沉淀物在8(TC的條件下 烘干，再球磨2h，然后在60(TC、空氣氣氛下煅燒3h，得多組元氧化鋯基熱 障氧化物納米粉體。本實施方式所得多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體，由圖1中看出，多 組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的粒徑為10 20nm，粒度分布均勻，分散 性好；經測試產率高達95%。
權利要求
1、多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體，其特征是多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的分子式為LnxZr1-xO2-x/2，其中Ln＝Nd、Sm、Gd、Sc或Yb，0.05≤x≤0.50。
2、 根據權利要求1所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體，其特征 在于多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的粒徑為10 20nm。
3、 根據權利要求1所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體，其特征 在于多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的粒徑為12 15nm。
4、 如權利要求1所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體按以下步驟 制備 一、按比例將含5 50摩爾L^+的溶液和含50 95摩爾Zr"的溶液混 合攪拌，然后加入表面活性劑，攪拌1 5h得混合溶液；二、將混合溶液以5 100mL/min的速率滴加到沉淀劑中，反應時間為30 150min，得沉淀物；三、 將沉淀物放入離心機中，用去離子水離心洗滌，然后用無水乙醇離心洗滌，離 心機轉速為2000 卯00r/min;四、將離心洗滌后的沉淀物在50 15(TC的條 件下烘干，再球磨1 5h，然后在500 1000°C、空氣氣氛下煅燒2 6h，得 多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體；步驟一中Lr^+為Nd3+、 Gd3+、 Sm3+、 S^+、Yb"中的一種或幾種的組合；步驟一表面活性劑為吐溫80、聚乙二醇400、 聚乙二醇20000、聚乙烯醇中的一種或兩種的組合，表面活性劑的加入量為 0.005 0.1摩爾；步驟二沉淀劑為可溶性氫氧化物、可溶性碳酸鹽、可溶性碳 酸氫鹽或氨水。
5、 根據權利要求4所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的制備方 法，其特征在于步驟一中Lr^+溶液中溶質為Ln203、 Ln(N03)3.6H20、 LnCl3或 Ln(CH3COOH)35H2Oo
6、 根據權利要求4所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的制備方 法，其特征在于步驟一中Zr"溶液中溶質為ZrOC03.8H20、 ZrO(N03)2.2H20、 ZrOCl2.8H20或ZrO(CH3COO)2。
7、 根據權利要求4所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的制備方 法，其特征在于步驟一中按比例將含40摩爾Ln"的溶液和含60摩爾Zr"的溶液混合攪拌，然后加入表面活性劑，攪拌3h得混合溶液。
8、 根據權利要求4所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的制備方 法，其特征在于步驟二中將混合溶液以50mL/min的速率滴加到沉淀劑中，反 應時間為80min。
9、 根據權利要求4所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的制備方 法，其特征在于步驟三中將沉淀物放入離心機中，用去離子水離心洗滌10 20次，然后用無水乙醇離心洗滌1 3次，離心機轉速為5000r/min。
10、 根據權利要求4所述的多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的制備方 法，其特征在于步驟四中將離心洗滌后的沉淀物在IO(TC的條件下烘干，再球 磨3h，然后在80(TC、空氣氣氛下煅燒4h。
全文摘要
多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體材料及其制備方法，它涉及一種氧化鋯基熱障氧化物納米粉體材料及其制備方法。它解決了現有技術中制備多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體的方法存在工藝復雜、成本高、產率低的問題。其方法一、將含Ln<sup>3+</sup>的溶液和含Zr<sup>4+</sup>的溶液混合后加表面活性劑攪拌，得混合溶液；二、向混合溶液中滴加沉淀劑，反應后得沉淀物；三、將沉淀物離心洗滌；四、離心洗滌后的沉淀物經烘干、球磨、煅燒后得多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體。本發明多組元氧化鋯基熱障氧化物納米粉體材料及其制備方法，工藝簡單、降低了成本、產率高達70％～95％。
文檔編號C04B35/48GK101234898SQ20081006405
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月3日 優先權日2008年3月3日
發明者劉占國, 玉 周, 歐陽家虎 申請人:哈爾濱工業大學