CN1631590A - 加水分解法制备氧化锆超细粉体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加水分解法制备氧化锆超细粉体的方法,它是采用加水分解法合成氧化锆湿凝胶,再通过低温低压干燥、焙烧等过程制得氧化锆超细粉体的方法。利用本发明提供的方法,可以得到粒径小,粒度分布范围窄的球形氧化锆超细粉体,可用于合成精细陶瓷、催化剂等领域。

Description

加水分解法制备氧化锆超细粉体
技术领域
本发明公开了一种加水分解法制备氧化锆超细粉体的方法,属无机化学品合成及新材料领域。
背景技术
氧化锆(ZrO2)基陶瓷是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。随着电子和新材料工业的发展以及电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等在航空、航天、机械、化工、电子、汽车、能源等高科技领域的广泛应用,作为其原料的ZrO2粉体的用量越来越大。
氧化锆(ZrO2)基精细陶瓷材料要求原料粉体具有均匀、超细(0.1~0.5μm)的特点,因此,对粉体的制备过程要求较高。目前,该类材料的制备多采用湿化学合成法,其中包括均匀共沉淀法、水解法、溶胶一凝胶法、水热合成法、微乳法等液相合成。
黄岳祥等人在论文《不同工艺制备的水和氧化锆凝胶之特征》(《硅酸盐学报》1993年第5期32~37页)中采用的水解沉淀法是通过长时间地沸腾锆盐溶液,将水解生成的挥发性酸HCl不断蒸发出去,再经过滤、洗涤、干燥、焙烧等过程制得ZrO2粉体。工艺流程为:锆盐溶液经水解沉淀(约100℃下沸腾48小时)、过滤、洗涤、干燥(100~120℃)及焙烧(700~900℃)得ZrO2粉,其中ZrOCl2浓度控制在0.2~0.3mol/L。该法的优点是操作简便,缺点是反应时间较长(48小时),耗能较大,所得粉体有团聚现象。
罗天勇等人的发明专利《一种水解硝酸氧锆制备二氧化锆纳米粉体工艺》(申请号:03109840.1)公开了在浓硝酸氧锆的水溶液中加入碳纳米管回流煮沸、烘干、烧结后得到7~20纳米的二氧化锆纳米粉体的工艺过程。该工艺的缺点是需使用价格较高的碳纳米管,而获得的纳米粒子有团聚现象。罗天勇等人还在发明专利《用双液相水解法制备二氧化锆纳米粉》(申请号:03109841.x)中公开了将水解过程移入双液相中,水油共沸来实现氯氧化锆或硝酸氧锆的水解。该工艺过程需加入大量的溶剂,使得后处理过程复杂。
发明内容
本发明的目的是公开一种水解时间短,对设备的要求条件较低,工艺条件缓和,易于实现工业化的制备氧化锆超细粉体的方法,通过加水分解法合成氧化锆湿凝胶,在经低温低压干燥制得成品。制备过程包括如下步骤:
将纯度大于99.5%的氯氧化锆晶体溶于水中,配成摩尔浓度为0.05~5.0mol/L的溶液;用5%~25%的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中,当溶液pH值达到1~3时,停止滴加氨水;在搅拌条件下,加入10%~50%的双氧水溶液,双氧水与氯氧化锆的质量比为0.2~0.5∶1,升温至溶液沸腾,保持24h,结束水解反应,自然冷却至室温;加氨水调pH值至8~12,得到乳白色悬浊液,用去离子水或蒸馏水洗涤至溶液无氯离子;水洗结束后,将滤饼加入到无水乙醇中,无水乙醇与氯氧化锆的质量比为5~10∶1,搅拌成为乳浊液,过滤,得到氧化锆醇凝胶;将制得的氧化锆醇凝胶再加入无水乙醇中,无水乙醇与氯氧化锆的质量比为2~5∶1,搅拌成为乳浊液,放入压力反应釜中,加热至100~150℃,压力控制在0.5~1.0MPa之间,待压力降至0.5MPa以下时,快速把乙醇蒸汽排空,用气体吹扫残留的乙醇,所使用的气体可以是空气或氮气,最后得到疏松无团聚的白色粉末;将上述粉末放在高温炉中,500~1000℃下焙烧1~8小时,冷却至室温,即得到无硬团聚的球形氧化锆超细粉体。粒径、粒径分布以及比表面积测量是在粒径测试仪上进行。
本发明方法采用加水分解法制得氧化锆醇凝胶,然后在低温低压条件下,对氧化锆醇凝胶进行干燥,获得粒度分布范围窄、粒径小、无硬团聚的球形氧化锆超微粒子,该粉体烧结性能优异,适用于制备高性能精细陶瓷、催化剂材料;本方法水解时间短,对设备的要求条件较低,工艺条件缓和,易于实现工业化。
附图说明
图1氧化锆超细粉体的SEM电镜图
具体实施方式
下面给出加水分解法制备氧化锆超细粉体的几个具体实施例,所获得的氧化锆超细粉体的SEM电镜图如图1所示。
实施例1:
称取100g氯氧化锆晶体(纯度99.5%)溶于950ml水中,配成0.31mol/L氯氧化锆水溶液;用17%的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中,当溶液pH值达到2.0时,停止滴加氨水;在搅拌下加入30%双氧水溶液100mL,然后升温至溶液沸腾,保持24h,结束水解反应,自然冷却至室温;用氨水调pH值至8,得到乳白色悬浊液,过滤,用蒸馏水洗涤至溶液无氯离子;水洗结束后,将滤饼加入到800mL无水乙醇中,搅拌使成为乳浊液,过滤,再用400mL无水乙醇浸泡,搅拌使成为乳浊液;放入压力反应釜中,加热,当压力达到0.8MPa时,开始缓慢放空,使压力维持在0.5~0.8MPa之间,待压力降至0.5MPa以下时,快速把乙醇蒸汽排空,最后用空气吹扫残余的乙醇,停止加热,最后得到疏松的白色粉末;将此粉末在800℃下焙烧2小时,即得到37.5g白色的氧化锆超细粉末。重量收率97.5%,平均粒径0.16μm,粒径为0.1~0.2μm之间的粒子占88.2%,0.1~0.3μm之间的粒子占99.3%,比表面积31.4m2/g。
实施例2:
称取100g氯氧化锆晶体(纯度99.5%)溶于950mL水中,配成0.31mol/L氯氧化锆水溶液;用17%的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中,当溶液pH值达到2.2时,停止滴加氨水;在搅拌下加入50%双氧水溶液50mL,然后升温至溶液沸腾,保持24h,结束水解反应,自然冷却至室温;用氨水调pH值至9,得到乳白色悬浊液,过滤,用去离子水洗涤至溶液无氯离子;水洗结束后,将滤饼加入到800mL无水乙醇中,搅拌使成为乳浊液,过滤,再加入400mL无水乙醇,搅拌使成为乳浊液;放入压力反应釜中,加热,当压力达到0.8MPa时,开始缓慢放空,使压力维持在0.5~0.8MPa之间,待压力降至0.5MPa以下时,快速把乙醇蒸汽排空,最后用空气吹扫残余的乙醇,停止加热,最后得到疏松的白色粉末;将此粉末在750℃下焙烧3小时,即得到37.7g白色的氧化锆超细粉末。重量收率98.02%,平均粒径0.13μm,粒径为0.1~0.2μm之间的粒子占98.2%,比表面积42.6m2/g。
实施例3:
称取150g氯氧化锆晶体(纯度99.5%)溶于950mL水中,配成0.46mol/L氯氧化锆水溶液;用17%的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中,当溶液pH值达到1.9时,停止滴加氨水;在搅拌下加入30%双氧水溶液150mL,然后升温至溶液沸腾,保持24h,结束水解反应,自然冷却至室温;用氨水调pH值至8.5,得到乳白色悬浊液,过滤,用去离子水洗涤至溶液无氯离子;水洗结束后,将滤饼加入到1500mL无水乙醇中,搅拌至均匀状态,过滤,再加入600mL无水乙醇,搅拌使成为乳浊液;放入压力反应釜中,加热,当压力达到0.8MPa时,开始缓慢放空,使压力维持在0.5~0.8MPa之间,待压力降至0.5MPa以下时,快速把乙醇蒸汽排空,最后用氮气吹扫残余的乙醇,停止加热,最后得到疏松的白色粉末;将此粉末在800℃下焙烧3小时,即得到49.8g白色的氧化锆超细粉末。重量收率94.9%,平均粒径0.21μm,粒径为0.1~0.3μm之间的粒子占94.5%,比表面积18.6m2/g。
通过上述试验可以看出,采用本发明方法,即加水分解-低温低压干燥法制备的氧化锆超细粉末无硬团聚,粒径适中,粒径分布范围窄,呈均匀球形状,适合于精细陶瓷材料、催化剂材料的使用。

Claims (3)

1.一种加水分解法制备氧化锆超细粉体,其特征在于:将纯度大于99.5%的氯氧化锆晶体溶于水中,配制成0.05~5.0mol/L的氯氧化锆水溶液,用10%~25%的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中,当溶液pH值达到1~3时,停止滴加;在搅拌条件下,加入20%~50%的双氧水溶液,双氧水与氯氧化锆的质量比为0.2~0.5∶1,升温至溶液沸腾,保持24h,结束水解反应,自然冷却至室温;加氨水调pH值至8~12,得到乳白色悬浊液,过滤,用水洗涤至溶液无氯离子;水洗结束后,将滤饼加入到无水乙醇中,无水乙醇与氯氧化锆的质量比为5~10∶1,搅拌使成为乳浊液;过滤,再加入无水乙醇,无水乙醇与氯氧化锆的质量比为2~5∶1,搅拌使成为乳浊液;将该乳浊液放入压力反应釜中加热,当压力达到0.5~1.0MPa时,开始缓慢放空,使压力维持在0.5~1.0MPa之间,待压力降至0.5MPa以下时,快速把乙醇蒸汽排空,最后用惰性气体吹扫除去残余的乙醇,停止加热,最后得到疏松的白色粉末;将此粉末在500~1000℃下焙烧1~8小时,即得到无团聚的白色氧化锆超细粉体。
2.如权利要求1所述的加水分解法制备氧化锆超细粉体,其特征在于所述制备过程中所使用的水可以是蒸馏水,也可以是去离子水。
3.如权利要求1所述的加水分解法制备氧化锆超细粉体,其特征在于所述吹扫气体可以是空气或氮气。
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