CN100522822C - 氧化锆颗粒呈膜的原位造型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉体合成及表面工程领域，特别涉及一种氧化锆颗粒呈膜状原位造型制备方法。本发明提供的方法是以氧氯化锆醇溶液原料，无灰份的滤纸等无灰型物质为载体，氧氯化锆与氨气直接反应得到氢氧化锆，经煅烧原位制备氧化锆薄膜，其厚度调控。本发明具有采用无灰份的滤纸等无灰型物质为载体原位制备氧化锆薄膜，充分利用了载体无灰的特性，通过对载体涂层的控制，从而调控了氧化锆薄膜的厚度；工艺流程简单，操作简便且无污染；通过对载体的更换，可直接达到对不同载体表面进行涂层的目的，使成膜工艺更简单，操作成本更低，膜形成过程中不引入其它杂质。

Description

氧化锆颗粒呈膜的原位造型制备方法

技术领域

本发明属于粉体合成及表面工程领域，特别涉及一种氧化锆颗粒呈膜状原位造型制备方法。

背景技术

随着纳米科技的发展和纳米材料研究的深入，具有力、热、声、光、电、磁等特异性能的许多低维、小尺寸、功能化的纳米结构表面层，能够显著改善材料的组织结构或赋予材料新的性能，由此发展了纳米表面工程技术。目前比较实用的纳米表面工程技术主要是纳米薄膜制备技术和纳米热喷涂技术。

所谓薄膜技术是通过某些特定工艺过程，在物体表面沉积、附着一层或多层基体材料、材质不同的薄膜，使镀膜后物体表面具有与基体材料不同性能的技术(见《纳米表面工程》，化学工业出版社，2003，147页)，其常用方法是溅射法。通过改变原靶的几何排布、开启或关闭不同的源，或者工件旋转经过不同的源，溅射法能够方便的调节薄膜组成物的顺序和各层的厚度。但是，溅射法是利用等离子体的能量将靶材物源溅射到需要成膜的基体上。因此，整个工艺过程需要消耗的能量大，成膜成本高且成膜表面并不十分平整。

热喷涂技术是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态，通过气流吹动使其雾化并高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的表面加工技术(见《纳米表面工程》，化学工业出版社，2003，172页)。相比其它表面工程技术，热喷涂技术具有技术种类多，涂层功能多等特点，是制备微/纳米结构涂层较好的技术之一，但是热喷涂颗粒的粒径相对较大，纳米颗粒材料并不能直接用于热喷涂，需要对纳米颗粒材料进行再加工才能成为热喷涂的结构喂料。这虽然解决了热喷涂的结构喂料问题，但同时也是整个喷涂工艺复杂化，涂层表面的平整度也受到颗粒粒径的影响。

现有的表面工程技术都是先制备纳米颗粒材料，再对颗粒材料进行处理，从而得到相应的涂层或镀膜。迄今为止，也未发现有关将纳米颗粒原位制备成膜的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点和不足，其一是为了得到氧化锆颗粒薄膜，逐渐取代热喷涂技术；其二是为了降低涂层或薄膜技术成本，节约能源，从而提供一种工艺简单且环保的氧化锆颗粒呈膜的原位造型制备方法。

本发明的氧化锆颗粒呈膜的原位造型制备方法包括以下步骤：

(1).配制质量浓度为0.25～10％的氧氯化锆醇溶液；

(2).将步骤(1)的氧氯化锆醇溶液滴加到载体上，或将载体浸入步骤(1)的氧氯化锆醇溶液1～2分钟后取出；

(3).将步骤(2)得到的载体置于密闭的反应器中，使载体上的氧氯化锆与通入反应器中的氨气反应，反应时间为3～10分钟；此反应器可为一密闭的有机玻璃操作箱，该操作箱中的氨气由液氨瓶提供(如图1所示)；

(4).将步骤(3)反应完成后得到的载体及其产物在电炉上加热，并使载体自燃，燃烧结束后，将产物置于马弗炉中于400～800℃煅烧1.5～2.5小时；

(5).将煅烧后的物料自然冷却后，得到氧化锆薄膜。

所述的氧氯化锆醇溶液中的醇是无水乙醇、无水聚乙二醇、无水乙二醇或它们的任意混合物。

所述载体为无灰份的滤纸或无灰型的高聚物。无灰型的高聚物是硝基纤维素或醋酸纤维素等。

所述氧化锆颗粒粒径为5～30nm，膜的厚度为1.0×10^-7m～1.0×10^-5m。

本发明提供的方法是以氧氯化锆醇溶液原料，无灰份的滤纸等无灰型物质为载体，氧氯化锆与氨气直接反应得到氢氧化锆，经煅烧原位制备氧化锆薄膜，其厚度调控。与现有的方法相比，本发明具有以下优点：

1)采用无灰份滤纸等无灰型物质为载体原位制备氧化锆薄膜，充分利用了载体无灰的特性，通过对载体涂层的控制，从而调控了氧化锆薄膜的厚度。

2)本方法工艺流程简单，操作简便且无污染。

3)本方法通过对载体的更换，可直接达到对不同载体表面进行涂层的目的，使成膜工艺更简单，操作成本更低，膜形成过程中不引入其它杂质。

附图说明

图1.本发明实施例所用反应器示意图。

图2(a).本发明实施例1中氧化锆颗粒直接原位呈膜状SEM图。

图2(b).本发明实施例1中氧化锆薄膜经挤压、破碎后的SEM图。

图3.本发明实施例2中氧化锆颗粒直接原位呈膜状SEM图。

附图标记

1.液氨瓶      2.反应器     3.载体

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

实施例1

所用反应器如图1所示。将0.2304gZrOCl₂·8H₂O溶于无水乙醇中，加热至45℃溶解后，而后用无水乙醇定容至25mL(0.0286mol/L)。滴加1滴上述溶液于干净玻棒上，并用玻棒涂抹使其均匀分布在无灰份的滤纸3(此滤纸为德国Gelbband定量过滤滤纸，直径9cm，灰份0.00005g/张，经减薄厚度为原滤纸的1/3)上，将上述滤纸放入密闭的有机玻璃反应器2的上部，使载体上的氧氯化锆与由液氨瓶1提供的氨气反应3分钟。反应结束后，将上述滤纸先置于电炉上，使滤纸燃烧，燃烧结束后，将燃烧后的产物再在马弗炉中于600℃煅烧2小时，得到氧化锆薄膜产品。经分析，氧化锆颗粒直接原位呈膜状(见图2(a))，氧化锆颗粒的粒径为5～15nm，膜的厚度为8.5×10^-7m～1.0×10^-6m。为观察薄膜厚度，对其进行挤压、破碎得图2(b)。

实施例2

所用反应器如图1所示。将0.2304gZrOCl₂·8H₂O溶于无水乙醇中，加热至45℃溶解后，而后用无水乙醇定容至25mL(0.0286mol/L)。将无灰份的滤纸3(此滤纸为德国Gelbband定量过滤滤纸，直径9cm，灰份0.00005g/张，未经减薄)浸入上述溶液3分钟后取出，并用玻棒捋去多余液体，将上述滤纸放入密闭的有机玻璃反应器2的上部，使载体上的氧氯化锆与由液氨瓶1提供的氨气反应6分钟。反应结束后，将上述滤纸先置于电炉上，使滤纸燃烧，燃烧结束后，将燃烧后的产物再在马弗炉中于500℃煅烧2.5小时，得到氧化锆薄膜产品。经分析，氧化锆颗粒直接原位呈膜状(见图3)，氧化锆颗粒的粒径为10～25nm，膜的厚度为4.5×10^-6m～6.5×10^-6m。

实施例3

所用反应器如图1所示。将0.4544gZrOCl₂·8H₂O溶于无水乙醇与无水聚乙二醇中，加热至55℃溶解后，而后用无水乙醇定容至25mL(0.0564mol/L)。将无灰型的硝基纤维素3平铺后滴入上述溶液2mL，将上述硝基纤维素放入密闭的有机玻璃反应2的上部，使载体上的氧氯化锆与由液氨瓶1提供的氨气反应10分钟。反应结束后，将上述载体先置于电炉上，使硝基纤维素燃烧，燃烧结束后，将燃烧后的产物再在马弗炉中于750℃煅烧2小时，得到氧化锆薄膜产品。经分析，氧化锆颗粒直接原位呈膜状，氧化锆颗粒的粒径为10～25nm，膜的厚度为2.5×10^-7m～4.2×10^-7m。

Claims (6)

1.一种氧化锆颗粒呈膜状的氧化锆薄膜的原位造型制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

(1)配制质量浓度为0.25～10％的氯氧化锆醇溶液；

(2)将步骤(1)的氯氧化锆醇溶液滴加到载体上，或将载体浸入步骤(1)的氯氧化锆醇溶液中后取出；

(3)将步骤(2)得到的载体置于密闭的反应器中，使载体上的氯氧化锆与通入反应器中的氨气反应；

(4)将步骤(3)反应完成后得到的载体在电炉上加热，并使载体自燃，燃烧结束后，将燃烧后的产物置于马弗炉中于400～800℃煅烧；

(5)将煅烧后的物料自然冷却后，得到氧化锆颗粒呈膜状的氧化锆薄膜；

所述的载体为无灰份的滤纸、硝基纤维素或醋酸纤维素。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(3)使载体上的氯氧化锆与通入反应器中的氨气反应的时间为3～10分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：燃烧后的产物置于马弗炉中的煅烧时间是1.5～2.5小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的氯氧化锆醇溶液中的醇是无水乙醇、无水聚乙二醇、无水乙二醇或它们的任意混合物。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的氧化锆颗粒的粒径是5～30nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的氧化锆薄膜的厚度范围是1.0×10^-7m～1.0×10^-5m。

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