CN1065256A - 加醇聚结法制备氧化锆细粉技术 - Google Patents

加醇聚结法制备氧化锆细粉技术 Download PDF

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Abstract

加醇聚结法是陶瓷粉末制备技术领域中的一种 新型方法，为了避免一般制粉方法对团聚体形状和大 小无法控制或需要用有机锆盐而造成成本昂贵等缺 点，本发明用无机锆盐作原料，制备成氧化锆的水溶 胶，然后向水溶胶中加入醇或酮析出球形颗粒，经洗 涤、干燥、煅烧后生成氧化锆球状颗粒粉料，粉料的粒 度分布范围窄小。用此法可制造出平均粒径为0.44 微米的球形氧化锆粉料。

Description

加醇聚结法是陶瓷粉末制备技术领域中的一种新型方法。
氧化锆粉料作为一种陶瓷原料，广泛应用于电子陶瓷和工程结构陶瓷领域中。为获得高性能、质量稳定的陶瓷产品，要求所用的氧化锆粉料是高纯的，颗粒应为球形，细小，而且大小要均匀。
工业上普遍采用的沉淀法是用碱液作沉淀剂，从锆盐的水溶液中沉淀出含水氧化锆（氢氧化锆），然经过洗涤、干燥和煅烧，制得氧化锆粉末，沉淀剂加入的不均匀性，所生成的氢氧化锆沉淀呈团聚状态，最终得到的氧化锆颗粒大小不均匀，形状不规则，用溶胶-凝胶法可以实现含水氧化锆均匀地生成。然而凝胶中的阴离子杂质很难在干燥前除去，这种凝胶干燥后形成硬团聚体，使粉料失去超细、均匀的特性。如采用锆的有机盐，并用有机溶剂代替水，则费用大增。很难实现商业化生产。
本发明是以锆的无机盐为原料，首先制成水溶胶，然后加入醇或酮，使溶液介质的介电常数降低，从而促使氧化锆胶粒互相聚结而呈球形颗粒析出。通过调节溶胶中氧化锆胶粒的浓度，可控制聚结的程度，从而达到控制所析出的颗粒的大小。由于以降低胶体介质的介电常数使胶粒聚结过程进行得比较缓慢，因此颗粒从溶胶中析出是比较均匀的，所生成的颗粒大小就比较均匀。这样生成的颗粒，经洗涤除去阴离子杂质后，再经干燥和煅烧，便形成氧化锆球形颗粒。
本发明的理论基础是胶体的化学中普遍承认的DLVO理论1，即胶粒能稳定存在于溶胶中需要在胶粒之间存在足够大的势叠，其大小与介质的介电常数有关。降低介质的介电常数，可降低势叠，使胶粒在热运动作用下互相集结成较大的粒子析出。从金属无机盐水溶液中通过均匀沉淀或水解形成球形微粒已有不少报道2，3，但在那些方法中金属盐类溶液的浓度都相当低，通常不高于0.05M，否则会生成形状不规则的颗粒3。在本发明中，溶胶的浓度可高达0.5M，因而实用价值高，此外也曾有报道将锆的无机盐溶液喷入乙醇或丙醇中，使盐溶液滴脱水而成球形颗粒4，然而这种方法是通过机械（喷雾）方式成球的，颗粒的形状大小取决于喷嘴的设计和喷射工艺的控制，大规模工业化生产则需要设计制造复杂的喷雾设备，同时要消耗大量的醇。而本发明所用设备同一般的溶液沉淀设备并无差别，比较简单，工艺过程也容易控制。
用锆的无机盐，如氯氧锆、硫酸锆或硝酸锆溶于水中，再缓慢地加入氢氧化铵，配制成含氧化锆0.5至0.1克分子/公斤的透明水溶胶，其PH值控制在1.6至2.0之间，然后在不断搅拌下加入乙醇，正丙醇，异丙醇，丙酮，或它们的混合物，直至出现白色沉淀，用蒸馏水和丙醇反复洗涤沉淀物以除去副产物铵盐，沉淀物在70至90℃下干燥，再在电炉内经600至800℃煅烧，最终产物是球状颗粒的氧化锆粉末，颗粒大小取决于氧化锆溶胶的浓度，浓度高的颗粒大并且分布范围较宽，浓度低的颗粒小，分布范围窄。
同通常的沉淀法比较，本发明制得的是球状颗粒，并且粒度小而均匀，所消耗的氢氧化铵溶液远低于沉淀法，但本发明要使用较大量的醇或酮，在工业化生产中，这些醇或酮可通过蒸馏回收，循环使用。
实例1
用氯氧锆（ZrOCl2·8H2O）4.03克溶入36克水中，往制成水溶液中缓慢加入12%浓度的氢氧化铵水溶液，并不断搅拌，使PH值达1，70～1.80，并补充适量水，使最后得的透明氧化锆溶胶中氧化锆浓度为0.25克分子/公斤。向所制得的溶胶中加入正丙醇，并不断搅拌，直至出现白色沉淀。静止澄清，析出澄清液，再加入与清液等量的正丙醇，洗涤2次。然后将沉淀物置于抽滤器上用蒸馏水反复洗涤，直至用硝酸银水溶液检查滤液不出现白色氯化银沉淀。再用正丙醇冲洗滤饼2次。将滤饼置于80℃烘箱内通风干燥，然后置于电炉内650℃下煅烧4小时。所得粉料的比表面积为23米2/克，平均粒径为1.10微米，98.5%的颗粒小于1.8微米。
实例2
工艺过程与实例1相同，但氯氧锆用量减少，使生成的透明氧化锆溶胶中氧化锆浓度为0.18克分子/公斤。最后煅烧温度为700℃，保温4小时。所得粉料的比表面积为13米2/克，平均粒径为0.44微米，99%的颗粒小于0.6微米。
参考文献
1.R.J.Hunter  Foundations  of  Colloid  Science  Clarendon  Press  Oxford  1987
2.E.Matijevie“Monodispersed  Colloids：
Artand  Science”Langrmuir.Vol.2（1）12-20（1986）
3.D.Sordeletand  and  M.Akinc“Preparation  of  SphericalMonosiged Y2O3precursor Particles”J.Colloid lnterface Science vol 122（1）47-59（1988）
4.M.P.O Toole and R.J.Card“Y2O3-ZrO2Powder Syn-thesis via Alcohol Dehydration of Aqueous Salt Solutions”Am.Cer.Soc.Bull.Vol.66（10）1486-1489（1987）

Claims (3)

1、加醇聚结法制备氧化锆细粉技术，其特征在于该工艺包括：
(1)用无机锆盐作原料，先制成水溶液，再加入氢氧化铵制成氧化锆的水溶胶。
(2)向氧化锆的水溶胶加入醇或酮，生成锆的沉淀物。
(3)用醇和水反复洗涤沉淀物，再经干燥和煅烧，生成球状颗粒的氧化锆粉末
2、根据权利1所述的加醇聚结法制备氧化锆粉技术，其特征在于：
（1）无机锆盐可以是氯氧锆，硫酸锆、硝酸锆。
（2）氧化锆水溶胶的浓度为0.5至0.1克分子/公斤，PH值范围为1.6至2.0。
（3）向水溶胶中加入的醇或酮可以是乙醇、正丙醇、异丙醇、丙酮或它们的混合物。
（4）经洗涤的沉淀物在70至90℃下干燥，在600至800℃下的煅烧。
3、根据权利1，2所述的加醇聚结法制备氧化锆细粉技术，其特征在于：
（1）以氯氧锆（ZrOCl2·8H2O）为原料，加水和氢氧化铵水溶液，制成氧化锆含量为0.18克分子/公斤的透明水溶胶，其PH＝1.75。
（2）在上述水溶胶中加入正丙醇至出现白色沉淀。
（3）用正丙醇洗上述沉淀，再用蒸馏水洗至用硝酸银水溶液检查不出滤液中有氯离子存在，然后再用正丙醇洗二次。
（4）沉淀物于80℃下干燥，700℃下煅烧。
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