溶膠-凝膠法合成高產率的硅酸鋯粉體的制作方法
【專利摘要】溶膠-凝膠法合成高產率的硅酸鋯粉體。一種硅酸鋯粉體的制備方法，以氧氯化鋯、正硅酸乙酯為原料，以硝酸鐵為催化劑，添加水和乙醇作為溶劑。先將一定量的正硅酸乙酯與水、乙醇按一定的比例混合，然后在堿性條件下水解；將溶液pH調為7后加入氧氯化鋯和硝酸鐵的水溶液，在堿性條件下水解得到前驅體溶膠。再將溶膠經過回流、干燥等處理工藝得到硅酸鋯干凝膠，最后將干凝膠粉碎、煅燒，得到硅酸鋯粉體。與現有的溶膠-凝膠法相比，其合成硅酸鋯粉體的溫度更低，產率高，并且工藝簡單、便于操作。
【專利說明】溶膠-凝膠法合成高產率的硅酸鋯粉體
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溶膠凝膠法合成硅酸鋯粉體的方法。
【背景技術】
[0002]硅酸鋯是鋯英石的主要成分，具有許多獨特的性能。如熱穩定性好、熱導率低、熱膨脹系數小，并且其強度在1400°C的高溫也不衰減，同時燒結硅酸鋯具有比莫來石和氧化鋯更好的抗熱震性能，這些性能使得硅酸鋯成為高溫結構陶瓷的重要候選材料。然而自然界中存在的硅酸鋯通常含有很多雜質，純度較低，使得硅酸鋯在低溫下即會分解。因此，對于高溫應用，合成高純硅酸鋯粉體就顯得非常重要。在此處鍵入【背景技術】描述段落。
[0003]目前，制備硅酸鋯粉體的方法主要有固相反應法、沉淀法、水熱法以及溶膠-凝膠法等。其中，固相法合成溫度高，且制備的硅酸鋯粉體純度低、粒徑大；沉淀法粒子粒徑較寬，分散性較差，容易引入雜質離子；水熱法對反應設備要求苛刻，操作難度大，難以大規模工業化生產；溶膠-凝膠法是當前合成硅酸鋯粉體的研究熱點之一。
[0004]在制備娃酸錯的研究中，CurtisC.E.等[C.E.Curtis, H.G.Sowman.Journalof the American ceramic society, 1993, 36,190.]以 ZrO2 和 SiO2 為原料用固相法制備硅酸鋯，1315°C 開始形成 ZrSiO4,在 1500°C下產率達到 85% ；Takao Itoh 等[Takao Itoh.Cryst Growth, 1992,125, 223.]以氧氯化鋯硅溶膠為原料采用沉淀法在1200°C煅燒開始形成鋯英石；杜春生等[杜春生，葛志平，楊正方，袁啟明，陳玉如.硅酸鹽學報，1999，27，346.]采用溶膠-凝膠法，添加晶種，在1100°C煅燒開始有ZrSiO4生成，至1200°C時合成率為40%。董雪亮[董雪亮，滕元成，曾沖盛，任雪譚.中國粉體技術，2010, 16，4]等用溶膠-凝膠法制備硅酸鋯，通過添加晶種，合成溫度降低到1200°C。W.P.C.M.Alahakoon [W.P.C.M.Alahakoon, S.E.Burrows, A.P, Howes, B.S.B.Karunaratne, Μ.E.Smith, R.Dobedor.Journal of the European Ceramic Society, 2010, 30, 2515.]等研究了 Fe、Al對鋯石制備的影響，結果表明Fe能促進ZrSiO4的結晶，Al能促進致密化。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種工藝簡單、易控、低成本合成硅酸鋯粉體的方法。
[0006]為達到上述目的，本發明采用的技術方案，其特征是:以氧氯化鋯、正硅酸乙酯為原料，以硝酸鐵為催化劑，添加水和乙醇作為溶劑，通過溶膠-凝膠法獲得硅酸鋯干凝膠，然后經過粉碎、煅燒，得到硅酸鋯粉體。
[0007]在上述方案中，先將一定量的正硅酸乙酯與水、乙醇按一定的比例混合，在堿性條件下水解；然后將溶液PH調為7，之后加入氧氯化鋯和硝酸鐵的水溶液，在堿性條件下水解得到前驅體溶膠。
[0008]在上述方案中，優化的正硅酸乙酯與水、乙醇比例按體積比為:正硅酸乙酯:水:乙醇=1:3~6:3~6。
[0009]在上述方案中，優化的氧氯化鋯的濃度為0.f lmol.!/1。[0010]在上述方案中，優化的正硅酸乙酯、氧氯化鋯、硝酸鐵比例按摩爾比為:正硅酸乙酯:氧氯化錯:硝酸鐵=1:0.1~1:0.01~0.08。
[0011]在上述方案中，優化的水解溫度為3(T70°C，優化的煅燒制度為:800-1500?保溫I~6h，升溫速率:2~10。。.mirT1。
[0012]本發明采用溶膠-凝膠法制備硅酸鋯粉體，其合成硅酸鋯粉體的溫度為80(Ti50(rc，與現有的合成技術相比，合成溫度降低，并且工藝簡單、便于操作，反應周期短，溫度低，重復性好，適合工業化生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1實施實例I的XRD圖譜，其中橫坐標為2 Θ角，縱坐標為衍射峰強度，單位為
a.u.；
圖2實施實例2的XRD圖譜，其中橫坐標為2 Θ角，縱坐標為衍射峰強度，單位為a.u.； 圖3實施實例3的XRD圖譜，其中橫坐標為2 Θ角，縱坐標為衍射峰強度，單位為a.u.； 圖4為實施實例I的SEM圖像；
圖5為本發明的工藝流程圖。
[0014]具體實施方法 實施例1
氧氯化鋯(ZrOCl2.8H20)、正硅酸乙酯(Si (OC2H5) 4)、硝酸鐵(Fe (NO3) 3)、氨水、無水乙醇和鹽酸均為分析純。向反應容器中加入Si (OC2H5)4溶液，再依次加入蒸餾水和無水乙醇，它們的體積比為V (Si (OC2H5) 4): V (H2O): V (C2H5OH) =1:4:6。將反應容器放在磁力攪拌器上保持50°C恒溫加熱并不斷攪拌，逐滴加入氨水至Si (OC2H5)4充分水解產生大量絮狀物，然后緩慢滴加鹽酸溶液調節pH=7。將濃度為0.7 mol/L ZrOCl2.8H20與Fe (NO3) 3的混合溶液加入反應容器中并充分混合，物質的量比為n(ZrOCl2.8H20): η (Si (OC2H5)4):η (Fe (NO3) 3) =1:1:0.06，逐滴滴入氨水至ZrOCl2.8Η20充分水解產生溶膠，將溶膠在干燥箱中70°C下烘干形成干凝膠，最后將干凝膠粉碎煅燒。其煅燒制度為:升溫速率:5°C在1200°C下保溫4h，合成率91.20%，合成的硅酸鋯粉體見附圖1。
[0015]實施例2
氧氯化鋯(ZrOCl2.8H20)、正硅酸乙酯(Si (OC2H5) 4)、硝酸鐵(Fe (NO3) 3)、氨水、無水乙醇和鹽酸均為分析純。干凝膠的制備與實施例1相同。但其煅燒制度為:升溫速率:5°C ^irT1,在1300°C下保溫4h，合成率92.31%，合成的硅酸鋯粉體見附圖2。
[0016]實施例3
氧氯化鋯(ZrOCl2.8H20)、正硅酸乙酯(Si (OC2H5) 4)、硝酸鐵(Fe (NO3) 3)、氨水、無水乙醇和鹽酸均為分析純。干凝膠的制備與實施例1相同。但其煅燒制度為:升溫速率:5°C ^irT1,在1400°C下保溫4h，合成率91.68%，合成的硅酸鋯粉體見附圖3。
【權利要求】
1.一種溶膠-凝膠法合成硅酸鋯粉體的方法，其特征是:以氧氯化鋯、正硅酸乙酯為原料，以硝酸鐵為催化劑，添加水和乙醇作為溶劑，通過溶膠-凝膠法獲得硅酸鋯干凝膠，然后經過粉碎、煅燒，得到硅酸鋯粉體。
2.根據權利要求1所述合成硅酸鋯的方法，其特征是:先將一定量的正硅酸乙酯與水、乙醇按一定的比例混合，在堿性條件下水解；然后將溶液PH調為7，之后加入氧氯化鋯和硝酸鐵的水溶液，在堿性條件下水解得到前驅體溶膠。
3.根據權利要求1所述合成硅酸鋯的方法，其特征是:正硅酸乙酯與水、乙醇的比例按體積比為:正硅酸乙酯:水:乙醇=1:3~6:3~6。
4.根據權利要求1所述合成硅酸鋯的方法，其特征是:氧氯化鋯的濃度為.0.1~ImoleL-10
5.根據權利要求1所述合成硅酸鋯的方法，其特征是:正硅酸乙酯、氧氯化鋯、硝酸鐵的比例按摩爾比為:正硅酸乙酯:氧氯化鋯:硝酸鐵=1:0.1~:ο.Ο1~Ο.08。
6.根據權利要求1所述合成硅酸鋯的方法，其特征是:煅燒條件為:溫度800~1500.c，保溫I~6h。
【文檔編號】C01B33/20GK103922354SQ201410167366
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】李友芬, 胡剛 申請人:北京化工大學