專利名稱：一種制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，用該方法制備的粉末具有均勻的顆粒分布，致密的結(jié)構(gòu)，主要用于制備高強(qiáng)度、高密度的結(jié)構(gòu)陶瓷。
背景技術(shù)：
已有的制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法有均勻沉淀法、共沉淀法、加熱水解法等。
均勻沉淀法把氯氧化鋯與尿素溶液混合均勻，將其加熱到70℃以上，尿素發(fā)生分解，分解反應(yīng)方程式如下
隨著尿素的不斷分解，產(chǎn)生的氨水使溶液的PH值不斷升高，到一定程度，溶液突然黏度變大，產(chǎn)生沉淀，是由于長(zhǎng)大過(guò)程的不可控制性，最后形成的沉淀是一種空間網(wǎng)格狀凝膠，過(guò)濾和洗滌非常困難，很難用于大規(guī)模生產(chǎn)。
共沉淀法即先將鋯鹽在水中制成一定濃度的溶液，稱為溶液B；再將氨水稀釋到一定濃度，稱為溶液A。采用正滴法(即將溶液A加入到溶液B中)或反滴法(將溶液B加入到溶液A中)，進(jìn)行反應(yīng)，得到凝膠狀沉淀。將這種凝膠洗滌、煅燒得到超細(xì)粉末，此方法的缺點(diǎn)是顆粒度大小不均勻、成分分布不均勻。特別是反滴法，在很短的時(shí)間內(nèi)形成大量核心，成核和長(zhǎng)大基本上是在瞬間、交叉完成的，沒(méi)有辦法將成核和長(zhǎng)大完全分開(kāi)。由此可以推斷，一次顆粒的大小也是不均勻的，并且一次顆粒和比表面積的大小控制基本只能依靠煅燒溫度和時(shí)間來(lái)控制，延長(zhǎng)煅燒時(shí)間在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，一般情況下，控制煅燒溫度是唯一手段。其后果是造成顆粒結(jié)晶的不完善，一次顆粒內(nèi)部存在孔洞。
水解法即將氯氧化鋯水溶液加熱到一定溫度，使氯化氫不斷揮發(fā)出來(lái)，在PH值升高到一定程度后，溶液中自發(fā)成核形成結(jié)晶核心，制備的超細(xì)粉末大小不一致，另外就是其加熱時(shí)間長(zhǎng)，通常需要5-10天，耗費(fèi)大量能源，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，用該方法制備出的氧化鋯一次顆粒大小可控、均勻一致，品質(zhì)高且制備成本低、效率高。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于利用共沉淀的方法使氨水和鋯鹽在溶液中反應(yīng)，產(chǎn)生的沉淀在經(jīng)過(guò)洗滌、過(guò)濾后，加入到氯氧化鋯溶液中使沉淀產(chǎn)生膠溶，把溶膠作為結(jié)晶核心，加熱使溶膠進(jìn)一步水解產(chǎn)生沉淀，將水解物洗滌、煅燒、研磨，制備出一次顆粒大小可控、均勻一致的納米氧化鋯超細(xì)粉末。
本發(fā)明的目的還可以這樣實(shí)現(xiàn)上述制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于依次按下述步驟操作i)將氨水與氯氧化鋯分別制備成均勻溶液A和B，將溶液B加入到溶液A中，使PH＝7，得到氫氧化鋯的沉淀；ii)將沉淀充分洗滌、過(guò)濾，加入到氯氧化鋯溶液中，加熱至沸騰，使它們充分反應(yīng)，發(fā)生膠溶；iii)用離心的方法將溶膠和未膠溶的沉淀物分離，得到均勻的氫氧化鋯溶膠；iv)將此溶膠作為水解反應(yīng)的晶種，加熱到80-105℃之間，連續(xù)慢慢加入氯氧化鋯溶液，補(bǔ)充水解消耗的鋯離子，最后得到粒度均勻、大小可控的氫氧化鋯沉淀物，v)將沉淀物洗滌、煅燒、研磨、噴霧干燥得到納米氧化鋯超細(xì)粉末。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將共沉淀法與加熱水解法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而解決了結(jié)晶成核和長(zhǎng)大無(wú)法控制，一次顆粒的大小不均勻的問(wèn)題。在本發(fā)明中，加入外來(lái)結(jié)晶核心后，不再發(fā)生自發(fā)成核，晶核的數(shù)量是一定的，最終顆粒的大小可通過(guò)水解時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制。此方法的另一優(yōu)點(diǎn)是依靠加入外來(lái)晶核代替自發(fā)成核，節(jié)省了自發(fā)成核的孕育時(shí)間，把直接水解法所需要的時(shí)間縮短到原來(lái)的1/2，大大提高了效率。


附圖為本發(fā)明氧化鋯超細(xì)粉末的X射線衍射圖譜具體實(shí)施方式
本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，將共沉淀法與加熱水解法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提出了一種制備高品質(zhì)低成本的超細(xì)氧化鋯粉末的方法。其基本工藝過(guò)程是，利用共沉淀的方法使氨水和鋯鹽在溶液中反應(yīng)，產(chǎn)生的沉淀在經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌后，加入氯氧化鋯使沉淀產(chǎn)生膠溶，把溶膠作為結(jié)晶核心，加熱使溶膠進(jìn)一步水解產(chǎn)生沉淀，將水解物洗滌、煅燒、研磨，制備出一次顆粒大小可控、均勻一致的氧化鋯顆粒。關(guān)鍵步驟有1)用加氨水的方法使鋯鹽溶液發(fā)生沉淀，洗滌、過(guò)濾沉淀物；2)將干凈的沉淀物加入氯氧化鋯溶液中，加熱使之發(fā)生膠溶；3)離心沉降，把沒(méi)有膠溶的沉淀物去掉，得到均勻的溶膠；4)將上述溶膠加熱水解，制備出大小均勻的納米氧化鋯顆粒。
根據(jù)目前研究，在氧化鋯中摻雜氧化釔等其它氧化物可獲得穩(wěn)定的四方相結(jié)構(gòu)的氧化鋯，可提高氧化鋯的材料強(qiáng)度和斷裂韌性，故可在氧化鋯溶液中加入氧化釔溶液制成混合溶液制備高性能的納米氧化鋯超細(xì)粉末。
實(shí)施例1依次按下述步驟操作i)將氯氧化鋯制備成濃度1.0M的溶液B，將14M的氨水稀釋成1.0M的溶液A，在不斷攪拌條件下，將溶液A加入到溶液B中，產(chǎn)生氫氧化鋯的沉淀，到PH＝7.0中止，老化12小時(shí)；ii)將沉淀用去離子水充分洗滌，直到用硝酸銀檢測(cè)不到白色沉淀為止，得到沉淀C；取氯氧化鋯溶解在去離子水中，得到溶液D；把沉淀C加入到溶液D中，加水到鋯離子的濃度達(dá)到1.0M，在攪拌條件下，加熱到沸騰，直到全部沉淀發(fā)生膠溶；iii)離心沉降，分離出未膠溶的沉淀物把溶膠裝入密閉容器，在分離因數(shù)3600的離心機(jī)上沉降1小時(shí)，得到溶膠E；iv)將溶膠E加熱到沸騰，不斷緩慢加入溶液B，保持加入量與水解量相等，在達(dá)到預(yù)期的一次顆粒大小后，停止加入，保持沸騰，直到溶液中的鋯離子水解完畢；在加熱過(guò)程中，水分不斷蒸發(fā)，需要經(jīng)常補(bǔ)充水，使溶液體積保持不變；v)將水解產(chǎn)物用去離子水洗滌、過(guò)濾，800℃×5h煅燒，得到顆粒狀氧化鋯，用球磨機(jī)將顆粒氧化鋯加水研磨，粒度達(dá)到0.2-0.3μm，噴霧干燥得到成品。
實(shí)施例2依次按下述步驟操作i)按下述比例制備氯氧化鋯和氯化釔混合溶液和制備氨水溶液將322克氯氧化鋯與可折合為氧化釔6.4克的43克氯化釔溶液，混合制備成濃度1.0M的溶液B，將14M的氨水稀釋成1.0M的溶液A，在不斷攪拌條件下，將溶液A加入到溶液B中，產(chǎn)生氫氧化鋯的沉淀，到PH＝7.0中止，老化12小時(shí)；ii)將沉淀用去離子水充分洗滌，直到用硝酸銀檢測(cè)不到白色沉淀為止，得到沉淀C；取氯氧化鋯966克溶解在去離子水中，得到溶液D；把沉淀C加入到溶液D中，加水到鋯離子的濃度達(dá)到1.0M，在攪拌條件下，加熱到沸騰，直到全部沉淀發(fā)生膠溶；iii)離心沉降，分離出未膠溶的沉淀物把溶膠裝入密閉容器，在分離因數(shù)3600的離心機(jī)上沉降1小時(shí)，得到溶膠E；iv)將溶膠E加熱到沸騰，不斷緩慢加入溶液B，保持加入量與水解量相等，在達(dá)到預(yù)期的一次顆粒大小后，停止加入，保持沸騰，直到溶液中的鋯離子水解完畢；在加熱過(guò)程中，水分不斷蒸發(fā)，需要經(jīng)常補(bǔ)充水，使溶液體積保持不變；v)將水解產(chǎn)物用去離子水洗滌、過(guò)濾，800℃×5h煅燒，得到顆粒狀氧化鋯，用球磨機(jī)將顆粒氧化鋯加水研磨，粒度達(dá)到0.2-0.3μm，噴霧干燥得到成品；煅燒后，氧化鋯顆粒的XRD如附圖所示，全部由四方相構(gòu)成；將噴霧干燥的粉體在200Mpa下冷等靜壓，1500℃燒結(jié)2小時(shí)，檢測(cè)密度為6.07。
權(quán)利要求
1.一種制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于利用共沉淀的方法使氨水和鋯鹽在溶液中反應(yīng)，產(chǎn)生的沉淀在經(jīng)過(guò)洗滌、過(guò)濾后，加入到氯氧化鋯溶液中使沉淀產(chǎn)生膠溶，把溶膠作為結(jié)晶核心，加熱使溶膠進(jìn)一步水解產(chǎn)生沉淀，將水解物洗滌、煅燒、研磨，制備出一次顆粒大小可控、均勻一致的納米氧化鋯超細(xì)粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于依次按下述步驟操作i)將氨水與氯氧化鋯分別制備成均勻溶液A和B，將溶液B加入到溶液A中，使PH＝7，得到氫氧化鋯的沉淀；ii)將沉淀充分洗滌、過(guò)濾，加入到氯氧化鋯溶液中，加熱至沸騰，使它們充分反應(yīng)，發(fā)生膠溶；iii)用離心的方法將溶膠和未膠溶的沉淀物分離，得到均勻的氫氧化鋯溶膠；iv)將此溶膠作為水解反應(yīng)的晶種，加熱到80-105℃之間，連續(xù)慢慢加入氯氧化鋯溶液，補(bǔ)充水解消耗的鋯離子，最后得到粒度均勻、大小可控的氫氧化鋯沉淀物，v)將沉淀物洗滌、煅燒、研磨、噴霧干燥得到納米氧化鋯超細(xì)粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于依次按下述步驟操作i)將氯氧化鋯制備成濃度1.0M的溶液B，將14M的氨水稀釋成1.0M的溶液A，在不斷攪拌條件下，將溶液A加入到溶液B中，產(chǎn)生氫氧化鋯的沉淀，到PH＝7.0中止，老化12小時(shí)；ii)將沉淀用去離子水充分洗滌，直到用硝酸銀檢測(cè)不到白色沉淀為止，得到沉淀C；取氯氧化鋯溶解在去離子水中，得到溶液D；把沉淀C加入到溶液D中，加水到鋯離子的濃度達(dá)到1.0M，在攪拌條件下，加熱到沸騰，直到全部沉淀發(fā)生膠溶；iii)離心沉降，分離出未膠溶的沉淀物把溶膠裝入密閉容器，在分離因數(shù)3600的離心機(jī)上沉降1小時(shí)，得到溶膠E；iv)將溶膠E加熱到沸騰，不斷緩慢加入溶液B，保持加入量與水解量相等，在達(dá)到預(yù)期的一次顆粒大小后，停止加入，保持沸騰，直到溶液中的鋯離子水解完畢；在加熱過(guò)程中，水分不斷蒸發(fā)，需要經(jīng)常補(bǔ)充水，使溶液體積保持不變；v)將水解產(chǎn)物用去離子水洗滌、過(guò)濾，800℃×5h煅燒，得到顆粒狀氧化鋯，用球磨機(jī)將顆粒氧化鋯加水研磨，粒度達(dá)到0.2-0.3μm，噴霧干燥得到成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于依次按下述步驟操作i)按下述比例制備氯氧化鋯和氯化釔混合溶液和制備氨水溶液將322克氯氧化鋯與可折合為氧化釔6.4克的43克氯化釔溶液，混合制備成濃度1.0M的溶液B，將14M的氨水稀釋成1.0M的溶液A，在不斷攪拌條件下，將溶液A加入到溶液B中，產(chǎn)生氫氧化鋯的沉淀，到PH＝7.0中止，老化12小時(shí)；ii)將沉淀用去離子水充分洗滌，直到用硝酸銀檢測(cè)不到白色沉淀為止，得到沉淀C；取氯氧化鋯966克溶解在去離子水中，得到溶液D；把沉淀C加入到溶液D中，加水到鋯離子的濃度達(dá)到1.0M，在攪拌條件下，加熱到沸騰，直到全部沉淀發(fā)生膠溶；iii)離心沉降，分離出未膠溶的沉淀物把溶膠裝入密閉容器，在分離因數(shù)3600的離心機(jī)上沉降1小時(shí)，得到溶膠E；iv)將溶膠E加熱到沸騰，不斷緩慢加入溶液B，保持加入量與水解量相等，在達(dá)到預(yù)期的一次顆粒大小后，停止加入，保持沸騰，直到溶液中的鋯離子水解完畢；在加熱過(guò)程中，水分不斷蒸發(fā)，需要經(jīng)常補(bǔ)充水，使溶液體積保持不變；v)將水解產(chǎn)物用去離子水洗滌、過(guò)濾，800℃×5h煅燒，得到顆粒狀氧化鋯，用球磨機(jī)將顆粒氧化鋯加水研磨，粒度達(dá)到0.2-0.3μm，噴霧干燥得到成品；煅燒后，氧化鋯顆粒全部由四方相構(gòu)成；將噴霧干燥的粉體在200Mpa下冷等靜壓，1500℃燒結(jié)2小時(shí)，檢測(cè)密度為6.07。
全文摘要
一種制備氧化鋯超細(xì)粉末的方法，其特征在于利用共沉淀的方法使氨水和鋯鹽在溶液中反應(yīng)，產(chǎn)生的沉淀在經(jīng)過(guò)洗滌、過(guò)濾后，加入到氯氧化鋯溶液中使沉淀產(chǎn)生膠溶，把溶膠作為結(jié)晶核心，加熱使溶膠進(jìn)一步水解產(chǎn)生沉淀，將水解物洗滌、煅燒、研磨，制備出一次顆粒大小可控、均勻一致的納米氧化鋯超細(xì)粉末。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)晶成核和長(zhǎng)大過(guò)程無(wú)法控制，一次顆粒的大小不均勻的問(wèn)題，制備出的氧化鋯一次顆粒大小可控、均勻一致，品質(zhì)高且制備成本低、效率高。
文檔編號(hào)C01G23/047GK1623905SQ200410064520
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者駱樹(shù)立 申請(qǐng)人:河北鵬達(dá)新材料科技有限公司