CN1190077A - 金属氧化物超细粉体的水溶胶制备技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超细粉体的制备方法,特指用于陶瓷、电子、化工等行业的金属氧化物超细粉体的制备技术。它是将欲制备的金属氧化物相应金属的可溶性无机盐配制成前驱物水溶液,加入具有升华或分解特性的分散剂和沉淀缓释剂,在50～90℃时保温1～10小时,使其形成溶胶,然后直接将溶胶在400～1200℃煅烧0.5～4小时,即制得金属氧化物的纳米级超细粉体,不再需要经过球磨等后加工工序,所得粉体具有无团聚、高纯度和高烧结性等特性。

Description

金属氧化物超细粉体的水溶胶制备技术

本发明涉及一种超细粉体的制备方法，特别指广泛用于陶瓷、电子、化工等行业的金属氧化物超细粉体的制备技术。

在公知的已有技术中，金属氧化物超细粉体的制备方法的研究报导，经检索见到有：《中国发明专利公报》CN1088559A，“聚乙二醇凝胶法合成稳定的立方系纳米晶陶瓷粉技术”和《功能材料》1995，26(5)P427“超细BaTiO₃和掺钇半导BaTiO₃陶瓷的溶胶一凝胶法制备及其表征”。在上述公开技术中前者在其制备过程中，采用金属的有机物溶液，在有机介质中进行凝胶过程，其最终产物金属氧化物超细粉体在氧化物种类和其它特性存在着一些不足之处。后者存在着粉体团聚而需要经过球磨等后加工步骤才能得到粒径符合要求的金属氧化物的超细粉体。

本发明的目的是研究提供一种新颖的金属氧化物超细粉体的制备技术，它能制备所得粉体无团聚现象并具有高纯度和高烧结性特征，粉体粒度达到纳米级(nm)。在制备过程中不采用金属有机物作为前驱物，也不需要进行球磨等后加工步骤以克服现有技术的不足之处。

本实用新型的实施方案是选用欲制备超细粉体金属氧化物的相应金属的可溶性无机盐配制成合适浓度的前驱物水溶液，加入具有升华或分解特性的分散剂：NH₄Cl、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、(NH₄)₂CO₃或NH₄HCO₃，沉淀缓释剂CO(NH₂)₂或NH₄OH，在50～90℃之间保温1～10小时，使其形成溶胶，然后直接将溶胶在400～1200℃煅烧0.5～4小时，即制得金属氧化物的超细粉体。

本发明的优点是提供了一种用于单元或多组元金属氧化物超细粉体的方法简单而新颖制备技术，用本发明方法获得的粉体具有无团聚、高纯度和高烧结性等特性，制得粉体的粒径达到纳米级(nm)，并且可以根据粉体的不同用途选择适当的工艺参数，获得所要求的粉体，不再需要经过球磨等后加工过程。由于本发明选择具有升华或分解特性的分散荆，保证煅烧以后的粉体具有高分散性和高纯度。本发明的方法改变了目前已有技术通用的在沉淀过程中为使胶粒分散性更好而采用的加入有机分散剂、清除电解质等步骤。本发明的方法中没有沉淀后胶体的清洗和干燥工序，因而消除了由此而引起的胶粒的聚缩、团聚现象。

实施例1：

本实施例是掺杂稳定剂Y₂O₃的ZrO超细粉体的制备。用于结构材料和高温磁流体发电机电极和氧离子导体。

将1份(当量)ZrOCl₂.8H₂O(含YCl₃，其加入量可由粉体Y₂O₃成分换算而得)配制成0.5～4N的水溶液，在其中加入1份沉淀剂CO(NH₂)₂，2～3份的分散剂NH₄Cl，将由此配制的反应溶液置于恒温水浴器中90℃保温1～5小时，即可由胶凝过程转化为溶胶。将溶胶盛于坩涡中直接置于600～800℃的加热炉内煅烧0.5～2小时，坩埚中的溶胶即分解为ZrO₂(Y₂O₃)粉体，粉体为无团聚，超细粒径粉体的平均粒径小于10nm。用该粉体烧结陶瓷，经1300℃，0.5小时空气中常压烧结，密度高达99％，致密化温度比普通粉体低300～500℃。

本发法同样适用于制备掺杂碱土金属氧化物和稀土金属氧化物的ZrO₂、CeO₂和HfO₂陶瓷粉体。

实施例2：

本实施例为制备YBaCuO高温超导陶瓷超细粉体，典型的氧化物高温超导陶瓷为YBa₂Cu₃O_7-x(0＜X＜1)，超导临界温度大于77K，其粉体制造过程为由超导陶瓷的化学计量成份分别称取YCl₃、BaCl₂、CuCl₂前驱物，加水配制成2～4N的混合溶液，在溶液中加入1份(当量)沉淀剂CO(NH₂)₂，1～5份的分散剂NH₄Cl。将该溶液置于恒温水浴器中，60～90℃保温5～10小时，经反应后生成的溶胶在加热炉内于600～900℃煅烧0.5～2小时后，即可得到化学计量成份的YBaCuO超细粉体(粉体粒径小于50nm)。该粉体经980℃烧结可得高温超导体。

本实施例同样适用于其它类型的氧化物超导陶瓷粉体的制备。

实施例3：

本实施例是制备γ-Fe₂O₃铁氧体超细粉体。

以1份(当量)FeCl₃为前驱物，配制成2～4N的溶液，并加入1～3份NH₄Cl分散剂，1份CO(NH₂)₂沉淀剂。随后将其置于60～90℃的恒温水浴器中保持5～10小时经胶凝过程形成溶胶，然后将溶胶于加热炉中400～900℃范围煅烧1～4小时，即可得到平均粒径低于8nm的高纯γ-Fe₂O₃粉体，比表面积大于120m²/g，该粉体尤其适合于制造γ-Fe₂O₃气体敏感元件以及用于高性能磁带的r-Fe₂O₃铁氧体粉体。

用同样的方法，可用于制备多种多组元的铁氧体粉体。

实施例4：

本实施例是制备MgO超细粉体。

以MgCl₂为前驱物，配制成0.5～2N浓度的水溶液，在溶液中加入铵盐分散剂，(NH₄)₂CO₃或NH₄NO₃，加入量为MgCl₂的1～5倍(当量)。于混合液中加入与MgCl₂等当量的氨水(NH₄OH)沉淀剂，随着生成的Mg(OH)₂沉淀胶粒增多，溶液逐渐形成溶胶，将溶胶置于400～600℃炉中煅烧0.5～1小时可得MgO粉体，所得粉体粒径在5～50nm范围，粉体无团聚。

实施例5：

本实施例是制备TiO₂超细粉体。

以液态TiCl₄为前驱物，加蒸馏水配制成1N的水溶液，在溶液中加入铵盐分散剂(NH₄)₂SO₄，加入量是TiCl₄的0.5～2份(当量)。待其完全溶解后逐渐缓慢滴入与TiCl₄等当量的NH₄OH沉淀剂，待形成Ti(OH)₄胶粒的溶胶后，将溶胶盛于坩埚置于250～900℃的空气炉中煅烧0.5小时以上，取出坩埚即得TiO₂粉体，粉体团聚强度小于100MPa，粒径在5～100nm范围，为单粉散体系，可以用于制备TiO₂陶瓷、BaTiO₃陶瓷的原料以及各种结构陶瓷、复合材料，电子材料的添加组元。

实施例6：

本实施例适用于制备Al₂O₃、LaCrO₃、BaTiO₃或SnO₂等多种不同超细粉体。

制备以上粉体的基本过程均为：选取适当的可溶性无机盐(氯盐或硝酸盐等)1份(当量)配制成浓度为2～4N的水溶液，加入1～5份(当量)的NH₄Cl或NH₄HCO₃分散剂和1份的CO(NH₂)₂沉淀缓释剂，经50～90℃恒温1～10小时的胶凝过程生成溶胶，对溶胶进行400～1200℃煅烧0.5～4小时，即可得到纳半级(nm)超细粉体。

本实施例适用于这样一类金属氧化物或多组元的金属氧化物：它们的氢氧化物应该不溶于水或微溶于水。

Claims (4)

1、一种金属氧化物超细粉体的水溶胶制备技术，其特征在于：它是将金属氧化物的相应金属的可溶性无机盐配成前驱物水溶液，加入分散剂和沉淀缓释剂，在50～90℃之间保温1～10小时，使其形成溶胶，然后直接将溶胶在400～1200℃煅烧0.5～4小时，即制得金属氧化物的超细粉体。

2.如权利要求1所述的金属氧化物超细粉体的水溶胶制备技术，其特征在于，所述的金属氧化物为：ZrO₂、掺杂碱土金属氧化物和稀土金属化物的多组元ZrO₂、CeO₂和HfO₂，YBaCaO和其它的氧化物超导陶瓷、γ-Fe₂O₃、Al₂O₃、LaCrO₃、BaTiO₃、SnO₂、TiO₂或MgO。

3、如权利要求1所述的金属氧化物超细粉体的水溶胶制备技术，其特征在于，所述的分散剂为NH₄Cl、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、(NH₄)₂CO₃或NH₄HCO₃。

4、如权利要求1所述的金属氧化物超细粉体的水溶胶制备技术，其特征在于，所述的沉淀缓释剂为CO(NH₂)₂或NH₄OH。