CN101550001B

CN101550001B - 钇锆复合纳米陶瓷粉体及其制备方法

Info

Publication number: CN101550001B
Application number: CN2009100490090A
Authority: CN
Inventors: 王俊; 陶景超; 刘婕妤; 陈海
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: CN101550001A

Abstract

一种超细陶瓷粉体领域的钇锆复合纳米陶瓷粉体及其制备方法，该复合纳米陶瓷粉体的组分及摩尔百分比含量为：氧化钇5％～8％，氧化锆92％～95％；制备方法包括如下步骤：将氧氯化锆溶解于乙醇中，然后在60℃～80℃下加入氧化钇；冷却，加入碳酸氢钠或者碳酸氢钾溶液，再加入丙烯酸酯，超声洗涤20～30分钟，放入高压反应釜中进行反应；反应完成后取出粉体，洗涤，即得钇锆复合纳米陶瓷粉体。本发明制备方法简单，成本低，易实现产业化生产；本发明的钇锆复合纳米陶瓷粉体具有韧性好，易烧结的特性；本发明的钇锆复合纳米陶瓷粉体几乎无晶体缺陷。

Description

钇锆复合纳米陶瓷粉体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域的陶瓷粉体及其制备方法，具体是一种钇锆复合纳米陶瓷粉体及其制备方法。

背景技术

氧化锆具有优异的物理和化学性质，是一种重要的结构和功能陶瓷材料，是一种重要的结构与功能陶瓷材料。普通氧化锆在常温至1170℃以单斜相存在，加热到1170℃～2370℃时转变为四方相，2370℃以上时由四方相转变成立方相。由于纯氧化锆的高温相随着温度的降低会转变成低温相，并伴随着5％～7％的体积膨胀。纯氧化锆的这种晶型转变和体积变化，如果作为结构陶瓷和功能陶瓷涂层材料，在受到热循环时，会造成过大的热应力，使陶瓷成品或涂层开裂和剥落失效。添加氧化钇(含量为3mol～5mol)的氧化锆将彻底改变这种状况，增加材料的韧性和热震性能。目前为止国内的企业均采用共沉淀法生产，例如广东东方锆业、江西泛美亚集团、河南焦作维纳化工。这种方法制备出的产品有结晶程度不高、粒径过大、产品性能不稳定等缺点。这些缺点大大制约了制备出的结构件和功能陶瓷的性能，因此，国内生产的粉体只能用在简单的结构件产品，而象光纤插件等高性能陶瓷产品用粉体均需依赖国外进口。本发明所采用的自发水热法恰恰解决了这些问题。

经对现有技术的文献检索发现：

Erika Furlani，Eleonora Aneggi，Stefano Maschio等人在《Journal of theEuropean Ceramic Society》(欧洲陶瓷学报)JECS-7335；No.of Pages 5发表了题为《Effects of milling on co-precipitated 3Y-PSZ powders》(球磨对共沉淀法制备3mol氧化钇稳定氧化锆粉体的影响)一文，文中提到用共沉淀法来制备“钇锆陶瓷粉体”，其粉体粒子大小在10微米左右，并未达到纳米级，因此其SEM照片中出现了相当严重的团聚。

单水维、安胜利等在《陶瓷学报》2008年3月第29卷第1期发表了《掺杂量变化对ZrO₃(Y₃O₃)陶瓷导热性能的影响》，文中提到：采用共沉淀法来制备氧化钇稳定氧化锆粉体，其粒径在2.5-3微米之间，并未达到纳米级，因此其在许多方面的应用是有限的；

中国专利CN1389405(公开日期：2003.01.08)中描述了用煅烧法制备氧化锆陶瓷粉体，这种方法容易造成团聚，粒径也偏大，而且有大量氯化氢气体排除，对环境有很大污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钇锆复合纳米陶瓷粉体及其制备方法。本发明制备方法简单，成本低，易实现产业化生产；本发明的钇锆复合纳米陶瓷粉体具有韧性好，易烧结的特性；本发明的钇锆复合纳米陶瓷粉体几乎无晶体缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的钇锆复合纳米陶瓷粉体，组分及摩尔百分比含量为：氧化钇5％～8％，氧化锆92％～95％。

所述钇锆复合纳米陶瓷粉体的颗粒粒径为20纳米～30纳米，呈致密的球形结构。

本发明所涉及的钇锆复合纳米陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将氧氯化锆溶解于乙醇中，然后在60℃～80℃下加入氧化钇；

步骤二，冷却，加入碳酸氢钠或者碳酸氢钾溶液，再加入丙烯酸酯，超声洗涤，放入高压反应釜中进行反应；

步骤三，反应完成后取出粉体，洗涤，即得钇锆复合纳米陶瓷粉体。

步骤一中，所述氧氯化锆溶液的pH值为0.24～1。

步骤二中，所述冷却具体为冷却到25℃。

步骤二中，所述丙烯酸酯，其加入量为步骤一中氧氯化锆质量百分数的0.2％～0.5％。

步骤二中，所述碳酸氢钠溶液具体为，溶液中碳酸氢钠的质量分数为5％～7％，余量为水。

步骤二中，所述碳酸氢钾溶液具体为，溶液中碳酸氢钾的质量分数为5％～7％，余量为水。

步骤三中，所述反应具体为，温度200℃～240℃，时间8～10小时，压力8Mpa～10Mpa。

步骤三中，所述洗涤具体为：16000转/分钟洗涤10分钟，重复3次。

本发明中，碳酸氢钠或者碳酸氢钾在水热的环境下会释放出OH^-离子，再加上乙醇中释放出的羟基，与氧氯化锆中的锆离子形成Zr(OH)₄、与钇离子形成Y(OH)₃，并不可逆；随后再次自发的分解为Zr⁴⁺和Y³⁺并与乙醇中浓度很大的O^2-相结合，最后形成共价健的纳米氧化钇氧化锆复合粉体。此过程均为自发并不可逆，无须人工监控，也无须先制备前驱体，再进行水热合成，因此取名自发水热法。

本发明具有如下的有益效果：其陶瓷粉体颗粒粒径为20纳米～30纳米，具有韧性好，几乎无晶体缺陷，易烧结的特性；其陶瓷粉体的经过进一步表面改性后可形成形状为球形或近球形结构，内部各组份之间结合紧密，流动性好，具有良好的输送特性，可直接应用于注塑成型光纤插件，该制备方法简单，成本低，易实现产业化生产。

附图说明

图1为制备的氧化钇稳定氧化锆粒径TEM(透射电镜)照片。

具体实施方式

以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

将总重量为35g的ZrOCl₂.8H₂O和Y₂O₃按摩尔比为95∶5，溶于100ml乙醇中，加入200ml质量百分数为5％的碳酸氢钠溶液，加入0.175g分散剂A15(丙烯酸酯)，然后用超声洗涤设备洗涤25分钟，送入高压反应釜内，在8MPa、220℃的条件下水热反应8小时；通过管道将沉淀物送入高速离心机洗涤设备中，16000转/分钟洗涤10分钟，反复3次，去处氯化纳离子和残余杂质，即得到结晶度高的纯四方相钇锆复合纳米陶瓷粉体。

本实施例得到的纳米陶瓷粉体粒径在20～30nm之间，如图1所示。

实施例2

将总重量为70g的ZrOCl₂.8H₂O和Y₂O₃按摩尔比为94∶6溶于200ml乙醇中，加入400ml质量百分数为6％浓度的碳酸氢纳混合均匀后，加入0.35g分散剂A15(丙烯酸酯)，然后用超声洗涤设备洗涤25分钟，送入高压反应釜内，在9Mpa、230℃的条件下水热反应9小时；通过管道将沉淀物送入高速离心机洗涤设备进行反复过滤3次，去处氯化纳离子和残余杂质，即得到结晶度高的纯四方相钇锆复合纳米陶瓷粉体。

本实施例得到的纳米陶瓷粉体粒径在20～30nm之间。

实施例3

将总重量为350g的ZrOCl₂.8H₂O和Y₂O₃按摩尔比为92∶8溶于1000ml去离子水中，加入2000ml质量百分数为7％浓度的碳酸氢钾混合均匀后，加入1.75g分散剂A15(丙烯酸酯)，然后用超声洗涤设备洗涤25分钟，送入高压反应釜内，在10Mpa、240℃的条件下水热反应10小时；通过管道将沉淀物送入高速离心机洗涤设备进行反复过滤3次，去处氯化钾离子和残余杂质，即得到结晶度高的纯四方相钇锆复合纳米陶瓷粉体。

本实施例得到的纳米陶瓷粉体粒径在20～30nm之间。

Claims

1.一种钇锆复合纳米陶瓷粉体的制备方法，该钇锆复合纳米陶瓷粉体的组分及摩尔百分比含量为：氧化钇5％～8％，氧化锆92％～95％，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，将pH值为0.24～1的氧氯化锆溶液溶解于乙醇中，然后在60℃～80℃下加入氧化钇；

步骤二，冷却到25℃，加入碳酸氢钠或者碳酸氢钾溶液，再加入步骤一中氧氯化锆质量百分数的0.2％～0.5％的丙烯酸酯，超声洗涤，放入高压反应釜中在温度200℃～240℃，时间8～10小时，压力8Mpa～10Mpa的环境下进行反应，所述碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的质量分数为5％～7％，余量为水，所述碳酸氢钾溶液具体为，溶液中碳酸氢钾的质量分数为5％～7％，余量为水；

步骤三，反应完成后取出粉体，在16000转/分钟洗涤10分钟，重复3次的方式进行洗涤，即得钇锆复合纳米陶瓷粉体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述钇锆复合纳米陶瓷粉体的颗粒粒径为30纳米～50纳米，呈致密的球形结构。