CN101628733A - 一种常压低温制备氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氧化物粉末的制备技术，具体为一种常压低温制备氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末的方法。该方法首先在共沉淀合成氧化锆前驱体的过程中加入添加剂和稳定剂，而后将前驱体在常压下低温煅烧便可获得氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末。本发明的主要特点是在常压低温下煅烧能够获得氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末，且单斜相含量可通过调整煅烧条件、改变稳定剂和添加剂含量来精确控制。

Description

一种常压低温制备氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末的方法

技术领域：

本发明涉及氧化物粉末的制备技术，具体为一种常压低温制备氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末的方法。

背景技术：

以氧化锆作为基体的陶瓷材料具有许多重要的特性，包括优越的耐火性和化学稳定性、良好的机械性能、较高的断裂强度和硬度、较大的离子导电率、高温下热传导率低热膨胀系数大、能够将介电特性和热稳定性及抗热震特性完美结合。由于上述优良的特性，氧化锆基陶瓷材料在结构陶瓷和功能陶瓷领域都有着重要的应用，譬如利用相变增强而制作的耐磨损构件、发动机、机床零件、切割和研磨工具；利用电解特性制成的固体氧化物燃料电池和高温水蒸气电解电池；作为催化剂用于清洁汽车尾气和碳氢化合物的氧化；超导薄膜和硅基体间的缓冲层；现代集成电路中的栅极电介质；压电和介电陶瓷；氧传感器、定氧探头；颜料；热障涂层；光学镀膜；核废料储存等等。

在实际生产中，共沉淀法具有生产工艺简单、原料成本低廉、所得粉体性能良好等诸多优点，故该方法被广泛应用于制备纳米/亚微米级氧化锆粉末。另一方面，在常压下，氧化锆有三种相组成：单斜、四方、立方。它们的转化规律为：

虽然单斜相在1170℃以下是热力学稳定相，但是，几乎所有的非定形氧化锆前驱体更加容易首先转变为四方相或立方相，而后在600℃以上煅烧才逐渐转变为单斜相发生马氏体相变。也就是说，含水的非定形氧化锆在结晶过程中，非稳定状态的四方或立方氧化锆晶体比热力学稳定的单斜氧化锆晶体相更加容易生成。所以，很难在较低温度下获得单斜氧化锆晶体。研究表明，添加氧化钇、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化铝等稳定剂后，增加了从立方相和四方相到单斜相马氏体相变的势垒，故高温稳定的立方相和四方相在室温下能够以稳定或亚稳定的形式存在，所以存在稳定剂的非定形氧化锆一般只能在大于600℃的煅烧条件下才能够转变为单斜氧化锆晶体，如氧化镁部分稳定氧化锆马氏体相变的温度大于800℃。

发明内容：

本发明首先在共沉淀合成氧化锆前驱体的过程中加入添加剂和稳定剂，而后将前驱体置于常压下经300-800℃煅烧便可获得单斜相含量可控制的氧化镁部分稳定氧化锆粉末。具体实施方法是：

1.将包括添加剂在内的如下原料溶解于含有分散剂的水溶液或者醇水溶液：

A：含锆原料，如ZrOCl₂·8H₂O或者Zr(NO₃)₂·2H₂O等；

B：含镁原料，如Mg(NO₃)₂·6H₂O或者MgCl₂·6H₂O等；

C：含铝、硅、钙、锂等元素的添加剂，如Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO₃)₂·4H₂O、AlCl₃、Na₂SiF₆、CaCl₂、LiCl等。

其中，各物质转化为氧化物后，它们在煅烧后粉末中的摩尔百分含量分别为：

ZrO₂：80-98％；MgO：2-10％；Al₂O₃：0-6％，SiO₂：0-5％；CaO：0-5％；Li₂O：0-5％.

2.待原料完全溶解后，在采用强烈搅拌的条件下通过如下两种方式获得氢氧化物沉淀：

A：直接加入氨水或者氢氧化钠溶液，使各种元素同时均匀沉淀；

B：加热溶液至一定温度(50-75℃)，使溶液中锆元素完全生成沉淀后，继续搅拌一定时间后(0-5小时)，加入氨水或者氢氧化钠溶液，使其它元素在锆沉淀的周围均匀析出。

3.将沉淀用去离子水反复清洗，再用酒精多次清洗后得到非定形氧化锆前驱体。

4.将前驱体80-120℃干燥后，在一定温度下(300-800℃)经过一定时间(0-48小时)煅烧后即可获得氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末。

本发明具有以下优点：

(1)常压下采用较低的煅烧温度便可获氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末；

(2)合成粉末中的单斜相含量能通过调整煅烧条件、改变稳定剂和添加剂含量来精确控制。

附图说明：

图1不同条件下合成粉末的衍射结果(a)不含添加剂400℃煅烧后的粉末，(b)含添加剂350℃煅烧后的粉末，(c)含添加剂400℃煅烧后的粉末

具体实施方式：

下面通过具体实施例进一步阐述本发明的特点，必须声明的是本发明绝非只局限于该实施例。

实例

按照一定配比将ZrOCl₂·8H₂O、Mg(NO₃)₂·6H₂O以及添加剂Al(NO₃)₃·9H₂O、Na₂SiF₆、CaCl₂、LiCl溶解于含有聚乙二醇分散剂的醇水溶液中，其中醇水溶液的乙醇和水的体积比为5∶1；待原料完全溶解后，在采用强烈搅拌的条件下缓慢将溶液加热至75℃，当锆元素完全生成沉淀后，继续搅拌半小时；接着，加入氨水直至pH值为10；而后，将获得的沉淀用去离子水反复清洗，经AgNO₃试纸检测沉淀中无Cl^-后，再用酒精多次清洗得到非定形氧化锆前驱体。然后，将前驱体105℃干燥后在一定条件下煅烧即可获得合成粉末。

图1为不同条件下合成粉末的衍射结果，其中(a)为不含添加剂400℃煅烧后的粉末，(b)为含添加剂350℃煅烧后的粉末，(c)为含添加剂400℃煅烧后的粉末。从图上可以看出，不含添加剂的试样400℃煅烧后，获得的粉末中不存在单斜相，都为四方相和立方相，即在煅烧过程中没有发生马氏体相变。虽然含有添加剂的(b)试样的煅烧温度仅为350℃，在粉末中仍能够检测到单斜氧化锆的存在。随着煅烧温度的提高，粉末中单斜相的含量进一步增加。如400℃条件下煅烧试样中单斜相的含量已有明显提高。

从实施例可以看出，本发明在常压下经过低温煅烧便可获得氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末，工艺控制简单，适合大规模工业生产。

Claims (2)

1.一种常压低温制备氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末的方法，包括添加剂的选择，引入方法、添加量以及煅烧条件。其特征在于：

1)添加剂的种类：各种含铝、硅、钙、锂等元素的物质，且它们溶解于水后呈中性或者酸性。如Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO₃)₂·4H₂O、AlCl₃、Na₂SiF₆、CaCl₂、LiCl等。

2)添加剂引入方法：利用共沉淀法，在溶解原料的初始阶段加入各种添加剂，使它们均匀分散。

3)添加量：要求添加剂各元素的氧化物在煅烧后粉末中的摩尔百分含量分别为Al₂O₃：0-6％，SiO₂：0-5％；CaO：0-5％；Li₂O：0-5％。

4)煅烧条件：一定温度(300-800℃)下加热一段时间(0-48小时)。

2.根据权利要求1所述的常压低温制备氧化镁部分稳定单斜氧化锆粉末的方法，其特征在于合成粉末中单斜相的含量可通过调整煅烧条件、改变稳定剂和添加剂含量来精确控制。

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