專利名稱：高分散氧化鋯納米粉體的制備方法
技術領域：
本發明提供一種高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，屬于納米材料制備技術領域。
背景技術：
氧化鋯納米粉體的制備方法有多種，包括氣相法和液相法兩大類，其中液相化學 法具有更強的競爭優勢，因為與該方法相關的工業過程控制與設備的放大技術已較為成 熟，成本較低。液相法包括溶膠_凝膠法、醇鹽水解法、水熱法、乳液法及共沉淀法等，其中 溶膠-凝膠法是液相濕化學法中特別受重視的一種方法，它具有反應溫度低、工藝簡單及 易控制等優點，是一種能工業化生產的有效方法。但是溶膠_凝膠法制備過程中會產生較 嚴重的團聚現象，硬團聚的存在會降低粉體的活性和成型性能，并導致在燒制陶瓷時需要 較高的燒結溫度，材料結構不均勻，容易產生缺陷，降低制品的性能。因此，防止或減少溶 膠-凝膠法制備氧化鋯納米粉體過程中硬團聚現象的發生，以獲得粒徑符合要求、分布范 圍窄、分散性好的粒子，是目前從事該領域研究的科技人員最關心的問題之一。研究表明， 團聚體的形成與氧化鋯納米粉體的整個制備過程，從反應成核、晶核生長到水合前驅體的 洗滌、干燥和煅燒等步驟都密切相關。可見，要實現對納米粉體團聚的控制，就必須對其整 個制備過程進行控制。為了減少納米粒子的團聚，在滴定過程人們試圖在反應體系中加入 一些表面活性劑或其它有機物，使其一方面能控制反應成核過程；另一方面有機物分子吸 附在已生成的前驅體膠粒上，可以增強粒子之間的空間位阻效應，提高粒子的分散性能，但 效果不好。在洗滌過程將沉淀前驅體用無水乙醇或其它有機溶劑洗滌，以乙氧基或其它有 機官能團取代其表面吸附水，減少膠粒由于羥基架橋作用而形成的硬團聚；同時由于有機 溶劑具有較低的表面張力，也將減少脫水過程中產生的毛細管力，使粒子之間的結合強度 降低，減少團聚體的產生，但效果不好，只有在干燥過程中使用特殊的工藝才能得到分散性 好的納米粉體。在干燥過程使用超臨界干燥、真空冷凍干燥和共沸蒸餾工藝能較好消除團 聚，但超臨界干燥和真空冷凍干燥對設備要求高，設備投入大，受設備箱體大小的影響，生 產效率低；共沸蒸餾使用有機溶劑成本高，受蒸餾設備容積的影響，效率低。
發明內容
本發明的目的是提供一種能克服上述缺陷、工藝簡單、操作安全、成本低的高分散 氧化鋯納米粉體的制備方法，其技術方案為一種高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，其特征在于采用以下步驟其特征在于 采用以下步驟(1)在攪拌條件下，將沉淀劑滴定到鋯鹽溶液中，生成凝膠，然后用去離子 水將凝膠抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止；(2)向凝膠中加入莰烯，在50 70°C環境下 球磨混合形成料漿；(3)將料漿在室溫凝固成型，再把凝固的料漿放在室溫空氣環境中停 留7 10天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，700 900°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米 粉體。
所述的高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，步驟(1)中沉淀劑為0. 1 0. 5mol/L 硼氫化鈉、稀釋的氨水、1 2mol/L碳酸銨中的一種。所述的高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，步驟(1)中鋯鹽溶液為0. 1 0. 5mol/ L的氧氯化鋯溶液或硝酸鋯溶液。所述的高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，步驟(2)中凝膠與莰烯的質量比為 1 0. 5 2。本發明的工作原理是由于莰烯的熔化點較低，在45°C左右熔化，而且常溫狀態 下是固體，坯體的成型溫度低。同時，莰烯作為容易揮發的物質，在空氣中就可以自然揮發 形成孔洞，提高粉體分散性。本發明與現有技術相比，具有如下優點1、利用莰烯高于45°C為液態，室溫變成固態，且易于揮發的特性，分散氧化鋯凝 膠，制備出高分散的氧化鋯納米粉體，工藝簡單，易于工業化生產；2、本發明制備的氧化鋯納米粉體分散性好，無硬團聚，顆粒小于50nm，具有較大的 比表面積；3、不使用超臨界干燥、真空冷凍干燥和共沸蒸餾等特殊的干燥工藝，就能得到分 散性好的納米粉體，不受干燥設備容積的限制，生產效率高，設備投入少。
圖1是本發明實施例在700 °C煅燒后的XRD譜；圖2是本發明實施例在700 V煅燒后的SEM照片。
具體實施例方式實施例1(1)3. 2g的&0C12 *8H20溶于100ml的水配置成0. lmol/L氧氯化鋯溶液，在攪拌條 件下，將0. 2mol/L硼氫化鈉溶液滴定到氧氯化鋯溶液中，生成凝膠，然后將凝膠用去離子 水抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止，得到12g凝膠；(2)向凝膠中加入12g莰烯，在50°C 環境下球磨混合形成料漿；(3)在室溫凝固成型，將凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7 天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，700°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。通過XRD測試，可見粉體晶體類型為單斜相；通過SEM測試，可見氧化鋯納米粉體 粒徑在40nm左右，無硬團聚，具有較高分散性。實施例2(1)4. 3g的Zr (N03)4 5H20溶于100ml的水配置成0. lmol/L硝酸鋯溶液，在攪拌 條件下，將0. 5mol/L硼氫化鈉溶液滴定到硝酸鋯溶液中，生成凝膠，然后將凝膠用去離子 水抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止，得到20g凝膠；(2)向凝膠中加入20g莰烯，在50°C 環境下球磨混合形成料漿；(3)在室溫凝固成型，將凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7 天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，700°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。實施例3(1)9. 6g的&0C12 8H20溶于100ml的水配置成0. 3mol/L氧氯化鋯溶液，在攪拌 條件下，將lmol/L碳酸銨溶液滴定到氧氯化鋯溶液中，生成凝膠，然后將凝膠用去離子水抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止，得到45g凝膠；(2)向凝膠中加入90g莰烯，在60°C 環境下球磨混合形成料漿；(3)在室溫凝固成型，將凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7 天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，800°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。實施例4(1) 12. 9g的& (N03) 4 5H20溶于100ml的水配置成0. 3mol/L硝酸鋯溶液，在攪 拌條件下，將2mol/L碳酸銨溶液滴定到硝酸鋯溶液中，生成凝膠，然后將凝膠用去離子水 抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止，得到54g凝膠；(2)向凝膠中加入108g莰烯，在60°C 環境下球磨混合形成料漿；(3)在室溫凝固成型，將凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7 天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，800°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。實施例5(1) 16g的&0C12 8H20溶于100ml的水配置成0. 5mol/L氧氯化鋯溶液，在攪拌 條件下，將稀釋的氨水液滴定到氧氯化鋯溶液中，生成凝膠，然后將凝膠用去離子水抽濾洗 滌數次，直至洗液顯中性為止，得到60g凝膠；(2)向凝膠中加入30g莰烯，在70°C環境下球 磨混合形成料漿；(3)在室溫凝固成型，將凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7天，待莰 烯完全揮發后放到燒結爐中，900°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。實施例6(1)21. 5g的&(N03)4 *5H20溶于100ml的水配置成0. 5mol/L硝酸鋯溶液，在攪拌 條件下，將稀釋的氨水滴定到硝酸鋯溶液中，生成凝膠，然后將凝膠用去離子水抽濾洗滌數 次，直至洗液顯中性為止，得到90g凝膠；(2)向凝膠中加入45g莰烯，在70°C環境下球磨混 合形成料漿；(3)在室溫凝固成型，將凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7天，待莰烯完 全揮發后放到燒結爐中，900°C煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。
權利要求
一種高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，其特征在于采用以下步驟(1)在攪拌條件下，將沉淀劑滴定到鋯鹽溶液中，生成凝膠，然后用去離子水將凝膠抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止；(2)向凝膠中加入莰烯，在50～70℃環境下球磨混合形成料漿；(3)將料漿在室溫凝固成型，再把凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7～10天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，700～900℃煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。
2.如權利要求1所述的高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，其特征在于步驟(1)中 沉淀劑為0. 1 0. 5mol/L硼氫化鈉、稀釋的氨水、1 2mol/L碳酸銨中的一種。
3.如權利要求1所述的高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，其特征在于步驟(1)中 鋯鹽溶液為0. 1 0. 5mol/L的氧氯化鋯溶液或硝酸鋯溶液。
4.如權利要求1所述的高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，其特征在于步驟(2)中 凝膠與莰烯的質量比為1 0.5 2。
全文摘要
本發明提供一種高分散氧化鋯納米粉體的制備方法，屬于納米材料制備技術領域，其特征在于采用以下步驟(1)在攪拌條件下，將沉淀劑滴定到鋯鹽溶液中，生成凝膠，然后用去離子水將凝膠抽濾洗滌數次，直至洗液顯中性為止；(2)向凝膠中加入莰烯，在50～70℃環境下球磨混合形成料漿；(3)將料漿在室溫凝固成型，再把凝固的料漿放在室溫空氣環境中停留7～10天，待莰烯完全揮發后放到燒結爐中，700～900℃煅燒，即得高分散氧化鋯納米粉體。本發明得到的氧化鋯納米粉體，分散性好，無硬團聚，顆粒小于50nm，工藝簡單，操作安全，成本低，易于產業化。
文檔編號B82B3/00GK101851005SQ20101018257
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者周立娟, 孟凡濤, 牛金葉, 田貴山, 魏春城 申請人:山東理工大學