CN113461051B - 一种纳米氧化锆粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氧化锆生产领域，具体涉及一种纳米氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤：1)以ZrOCl2·8H2O为原料，加水在密闭反应釜内搅拌形成锆盐水溶液；2)在反应釜内压力和搅拌状态下加入MOH(M＝Na/K)溶液，水热反应得到乳浊液；3)将乳浊液冷却，静置陈化，得到沉淀物；将沉淀物的胶体与液体分离，洗涤后的胶体进行干燥，制得干胶；4)以所述干胶为原料，去离子水为反应介质，草酸和/或氨水调节pH值，高温、高压水热反应8～12h，湿式粉碎制得纳米级分散浆料；5)浆料经冷却、沉淀、分离、洗涤、干燥、煅烧后得到纳米氧化锆粉体；可明显减少晶粒间的团聚现象，提高纳米氧化锆粉体的物理化学性能。

Description

一种纳米氧化锆粉体的制备方法
技术领域
本发明属于氧化锆生产领域，具体涉及一种纳米氧化锆粉体的制备方法。
背景技术
氧化锆是一种具有高熔点、高沸点、高强度、耐高温、耐磨性好、抗腐蚀性能优良的金属氧化物材料。氧化锆陶瓷具有无信号屏蔽，高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能等优点。纳米氧化锆制作材料性能更加优异，不仅强度硬度高、抗热震性强、不易腐蚀、耐磨损，而且具有良好的化学稳定性，也可用作隔热材料，在电子产品、氧传感器、复合材料、催化剂等诸多领域有着广泛的应用前景。目前在用的纳米氧化锆的制备方法主要有物理法和化学法。物理法制备方法有机械粉碎法和真空冷冻干燥法，但是物理法制备氧化锆对于生产设备的要求较高，投入成本高。化学法制备氧化锆是现有技术中广为应用的生产方法，如：水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水解沉淀法和喷雾热解法等，但是制备工艺普遍有待改进，生产效率不高，工业化实现难度较大，并且制备的纳米氧化锆产物中晶粒间的团聚比较严重，纳米氧化锆粉体产品的物理化学性能不够理想，严重限制了纳米氧化锆材料的发展。
发明内容
针对上述情况，本发明提供了一种纳米氧化锆粉体的制备方法，采用这种水热法制得的纳米氧化锆产物可明显减少晶粒间的团聚现象，显著提高纳米氧化锆粉体产品的物理化学性能。
为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种纳米氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤：
1)以ZrOCl2·8H2O为原料，以去离子水为反应介质，加入密闭反应釜内，搅拌形成摩尔浓度0.4～0.8mol/L的锆盐水溶液；
2)在反应釜内压力3～15MPa条件下，搅拌状态下加入NaOH或KOH溶液溶液，水浴加热升温到100～380℃，充分反应5～8h，得到乳浊液；
3)将所述乳浊液进行冷却，静置陈化，得到沉淀物；将所述沉淀物的胶体与液体分离，并用去离子水将分离出来的胶体部分反复洗涤；洗涤后的胶体在100～180℃的烘干温度下进行充分干燥，制得干胶作为水热反应的前驱体；
4)以所述干胶为原料，以去离子水为反应介质，并且利用草酸和/或氨水调节反应介质的pH值，反应釜内压力3～10MPa，水热反应8～12h，然后将反应产物进行湿式粉碎，制得纳米级分散浆料；
5)将所述纳米级分散浆料冷却至室温，再经沉淀、分离、洗涤、干燥后，煅烧即可得到纳米氧化锆粉体。
优选地，步骤1)中，所述反应釜内设聚四氟乙烯内衬及磁力搅拌器，釜内填充比控制在60～80％。
优选地，步骤2)中，所述NaOH或KOH溶液的浓度为8mol/L，反应搅拌速度控制在300～1000rpm。
优选地，步骤3)中，所述乳浊液温度冷却至20～80℃，静置陈化时间为2～4h，反复洗涤胶体部分可较彻底地洗去胶体上残留的氯离子，利于反应介质的酸碱度调节，有助于更好地进行水热反应。
优选地，步骤4)中，所述反应介质pH值调节在3～11之间，反应温度控制在150～220℃。
优选地，步骤4)中，所述反应产物为单斜相和立方相ZrO2晶粒的混合物，pH＝3～5时，产物主要为单斜相ZrO2晶粒，pH＞5后的产物中开始出现立方相ZrO2晶粒，但后者的含量明显要少于前者的含量，所得ZrO2晶粒的生长形态大体呈椭圆形，晶粒的粒径约为12nm。
优选地，步骤5)中，所述洗涤包括水洗和醇洗，对分离出来的纳米氧化锆产物先用去离子水进行反复水洗之后，再用无水乙醇进行两次以上醇洗。
本发明还包括能够使其正常使用的其它组件，均为本领域的常规手段，另外，本发明中未加限定的装置或组件，均采用本领域的现有技术。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的纳米氧化锆粉体的制备方法，使得纳米氧化锆粉体水热法制备工艺得到显著进步，可明显减少晶粒间的团聚现象，提高纳米氧化锆粉体产品的物理化学性能，同时极大地提高了纳米氧化锆粉体的生产效率，降低了生产设备投入成本，对于纳米氧化锆粉体生产的工业化具有巨大帮助，有益于纳米氧化锆材料的推广发展。
附图说明
图1为实施例1制备的氧化锆产物的XRD图谱。
图2为实施例2制备的氧化锆产物的XRD图谱。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例，对本发明的技术方案进行清晰完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种纳米氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤：
1)以ZrOCl2·8H2O为原料，以去离子水为反应介质，加入密闭反应釜内，搅拌形成摩尔浓度0.5mol/L的锆盐水溶液；
2)在反应釜内压力3～15MPa条件下，搅拌状态下加入NaOH溶液，水浴加热升温到100℃，充分反应8h，得到乳浊液；
3)将所述乳浊液进行冷却，静置陈化，得到沉淀物；将所述沉淀物的胶体与液体分离，并用去离子水将分离出来的胶体部分反复洗涤；洗涤后的胶体在100℃的烘干温度下进行充分干燥，制得干胶作为水热反应的前驱体；
4)以所述干胶为原料，以去离子水为反应介质，并且利用草酸和/或氨水调节反应介质的pH值，反应釜内压力3～10MPa，水热反应8～12h，然后将反应产物进行湿式粉碎，制得纳米级分散浆料；
5)将所述纳米级分散浆料冷却至室温，再经沉淀、分离、洗涤、干燥后，煅烧即可得到纳米氧化锆粉体。
步骤1)中，所述反应釜内设聚四氟乙烯内衬及磁力搅拌器，釜内填充比为75％。
步骤2)中，所述NaOH溶液的浓度为8mol/L，反应搅拌速度控制在500rpm。
步骤3)中，所述乳浊液温度冷却至30℃，静置陈化时间为4h。
步骤4)中，所述反应介质pH值＝3，反应温度控制在200℃，如图1所示，水热反应产物主要为单斜相ZrO2晶粒。
步骤5)中，所述洗涤包括水洗和醇洗，对分离出来的纳米氧化锆产物先用去离子水进行反复水洗之后，再用无水乙醇进行两次以上醇洗。
实施例2
一种纳米氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤：
1)以ZrOCl2·8H2O为原料，以去离子水为反应介质，加入密闭反应釜内，搅拌形成摩尔浓度0.5mol/L的锆盐水溶液；
2)在反应釜内压力3～15MPa条件下，搅拌状态下加入KOH溶液，水浴加热升温到380℃，充分反应5h，得到乳浊液；
3)将所述乳浊液进行冷却，静置陈化，得到沉淀物；将所述沉淀物的胶体与液体分离，并用去离子水将分离出来的胶体部分反复洗涤；洗涤后的胶体在180℃的烘干温度下进行充分干燥，制得干胶作为水热反应的前驱体；
4)以所述干胶为原料，以去离子水为反应介质，并且利用草酸和/或氨水调节反应介质的pH值，反应釜内压力3～10MPa，水热反应8～12h，然后将反应产物进行湿式粉碎，制得纳米级分散浆料；
5)将所述纳米级分散浆料冷却至室温，再经沉淀、分离、洗涤、干燥后，煅烧即可得到纳米氧化锆粉体。
步骤1)中，所述反应釜内设聚四氟乙烯内衬及磁力搅拌器，釜内填充比为75％。
步骤2)中，所述KOH溶液的浓度为8mol/L，反应搅拌速度控制在500rpm。
步骤3)中，所述乳浊液温度冷却至30℃，静置陈化时间为2h。
步骤4)中，所述反应介质pH值＝11，反应温度控制在200℃，如图2所示，水热反应产物的立方相ZrO2晶粒明显增多。
步骤5)中，所述洗涤包括水洗和醇洗，对分离出来的纳米氧化锆产物先用去离子水进行反复水洗之后，再用无水乙醇进行两次以上醇洗。
本发明的技术方案并不限于上述具体实施例的限制，在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种纳米氧化锆粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以ZrOCl2·8H2O为原料，以去离子水为反应介质，加入密闭反应釜内，所述反应釜内设聚四氟乙烯内衬及磁力搅拌器，搅拌形成摩尔浓度0.4～0.8mol/L的锆盐水溶液，釜内填充比控制在60～80％；
2)在反应釜内压力3～15MPa条件下，搅拌状态下加入NaOH或KOH溶液，水浴加热升温到100～380℃，充分反应5～8h，得到乳浊液；
3)将所述乳浊液温度冷却至20～80℃，静置陈化2～4h，得到沉淀物；将所述沉淀物的胶体与液体分离，并用去离子水将分离出来的胶体部分反复洗涤；洗涤后的胶体在100～180℃的烘干温度下进行充分干燥，制得干胶作为水热反应的前驱体；
4)以所述干胶为原料，以去离子水为反应介质，并且利用草酸和/或氨水调节反应介质的pH值，所述反应介质pH值调节在3～11之间，反应温度控制在150～220℃，反应釜内压力3～10MPa，水热反应8～12h，然后将反应产物进行湿式粉碎，制得纳米级分散浆料；
5)将所述纳米级分散浆料冷却至室温，再经沉淀、分离、洗涤、干燥后，煅烧即可得到纳米氧化锆粉体，所述洗涤包括水洗和醇洗，对分离出来的纳米氧化锆产物先用去离子水进行反复水洗之后，再用无水乙醇进行两次以上醇洗。
2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述NaOH或KOH溶液的浓度8mol/L，反应搅拌速度控制在300～1000rpm。
3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆粉体的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述反应产物为单斜相和立方相ZrO2晶粒的混合物。
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