專利名稱：Y的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鋯粉末的制備方法，特別是具有Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋯是一種重要的陶瓷材料。用Y2O3穩(wěn)定的四方相ZrO2(Y-TZP)陶瓷具有極高的室溫強(qiáng)度和斷裂韌性。實(shí)驗(yàn)表明，Y-TZP材料的最高室溫?cái)嗔秧g性可達(dá)12MPa·m1/2，抗彎強(qiáng)度可達(dá)2500MPa，還具有極好的高溫超塑性能。目前已獲得1038％拉伸變量，使所有陶瓷材料中超塑性最好的。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Y-TZP材料的晶?？刂圃?00nm以下時(shí)，可能帶來(lái)材料性能的突變。一是強(qiáng)度有可能進(jìn)而達(dá)到極高值；二是不易造成穿晶斷裂，有利于提高材料的斷裂韌性；三是有可能實(shí)現(xiàn)常溫下超塑性。而為了得到如此超高性能的氧化鋯陶瓷，最重要的條件之一就是需要使氧化鋯粉體的粒徑小、單分散，同時(shí)還應(yīng)具備成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
目前制備納米氧化鋯粉體的方法很多，常見(jiàn)的有共沉淀法、醇鹽水解法、氯氧化鋯水解法、沉淀——水熱法、溶膠——凝膠法、乳濁液法、微乳液法等。如公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道的制備納米氧化鋯粉體的內(nèi)容有1、“納米級(jí)ZrO2(Y2O3)/Al2O3粉末的制備及其燒結(jié)性能”，《現(xiàn)代技術(shù)陶瓷》.1995，16(1)，本文采用化學(xué)共沉淀凝膠法制備了2mol％Y2O3-ZrO2-20wt％Al2O3納米級(jí)超細(xì)復(fù)合的陶瓷粉末，在常壓下對(duì)該粉末進(jìn)行了不同溫度下的燒結(jié)試驗(yàn)，利用XRD分析了粉末的相組成；用XRD-BL法計(jì)算了粉晶尺寸，用TEM研究了粉末的形貌，大小及其分布，用Archimedes法測(cè)定了燒結(jié)體的體積密度，用SEM觀察測(cè)定了燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，該法制備的粉末尺寸分布范圍窄，分散性好，粉體燒結(jié)活性高；2、“溶膠法合成ZrO2(Y2O3)納米晶超微粉研究”；《西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》.1995，13(3).研究了水基溶膠法合成ZrO2(Y2O3)納米晶超微粉體的可能性。結(jié)果表明，這種方法能夠合成粒徑為數(shù)十至數(shù)個(gè)納米的超微粉體，合成的粉體粒徑分布均勻，分散性好。通過(guò)選擇溶膠形成過(guò)程中前驅(qū)物濃度值，可以有效地控制合成的超微粉體的粒徑，濃度增大，粉體粒徑減小。合成的ZrO2(Y2O3)粉體最小粒徑為6nm，該值由溶膠中膠體粒子臨界晶核的大小所決定；3、“醇-水溶液加熱法制備納米ZrO2粉體及相關(guān)過(guò)程的研究”《無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)》.2000，15(1).本文分析了醇-水溶液加熱法制備納米ZrO2(3Y)粉體的過(guò)程及加熱溫度、時(shí)間對(duì)反應(yīng)過(guò)程及最后所得粉體的影響。研究結(jié)果表明，該法制備納米ZrO2粉體過(guò)程發(fā)生了一系列化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)使Y2O3前趨體在ZrO2前驅(qū)體中均勻分布，Y2O3在粉體煅燒期間逐漸滲透到ZrO2顆粒中使之轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较啵?、“用保護(hù)沉淀法制備納米ZrO2(Y2O3)粉體”《材料研究學(xué)報(bào)》.2002，16(2).提出了用Tween-80保護(hù)共沉淀法制備了ZrO2(Y2O3)納米粉體，用差熱分析，熱重分析，X射線衍射及透射電子顯微鏡等技術(shù)研究所了粉體的特征，結(jié)果表明在700℃燃燒0.5h后ZrO2(Y2O3)粉體的平均粒徑為3-9nm，比表面為128.5-134.5m3/g，在1250℃煅燒8h后ZrO2(Y2O3)粉體已完全形成了立方相的ZrO2大溶體，并且有非常好的燒結(jié)性能。5、“管式反應(yīng)制備氧化鋯納米晶微粉的研究”《硅酸鹽通報(bào)》.1998，17(5).本文采用管式SK-10/20型表態(tài)混合反應(yīng)器對(duì)ZrOCl2·8H2O·YCl3與NH·H2O進(jìn)行液相共沉淀反應(yīng)以制備ZrO2(Y2O3)納米晶微粉。研究了表態(tài)混合器反應(yīng)過(guò)程中的流速、混合特性和反應(yīng)濃度對(duì)粉體粒徑與粒徑分布的關(guān)系，并進(jìn)行了分析探討。6、乙二醇在絡(luò)合物溶膠-凝膠法中的作用《中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》.1999，30(2).，采用EDTA(乙二胺四乙酸)溶膠-凝膠法制備了ZrO2-8％Y2O3(摩爾分?jǐn)?shù))納米粉末，研究了乙二醇對(duì)粉末平均粒徑和團(tuán)聚體強(qiáng)度的影響機(jī)理，結(jié)果表明；在溶液中加入乙二醇，可取代氫鍵而參與EDTA絡(luò)合物分子之間的聚合反應(yīng)，改善了凝膠穩(wěn)定性，從而制得均勻透明的凝膠，并在一定程度上減少了硬團(tuán)聚；先后經(jīng)400℃，2h及700℃，2h煅燒，粉末比表面各為35m2/g，平均粒徑約28nm；7、“一種制備ZrO2納米粉末的新方法”《中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)》.1998，8(4).首次采用EDTA絡(luò)合物型溶膠-凝膠法制備平均粒徑為10mm的ZrO2-8％(摩爾分?jǐn)?shù))，Y2O3納米粉末。用DTA/TG，XRD，BET，TEM等方法對(duì)粉末進(jìn)行了表征。研究了pH值，反應(yīng)物濃度和EDTA加入量等因素對(duì)粉末比表面積的影響。8、“包覆型均分散納米粒子Y2O3/ZrO2的制備”《青島化工學(xué)院學(xué)報(bào)》.1998，19(1)文章以硫酸鋯為前驅(qū)物，尿素作為沉淀劑，通過(guò)溶膠凝膠法制得了均分散納米粒子堿式碳酸鋯，將所得納米粒子Zr-HBC懸浮在稀磷酸釔溶液中，以尿素為沉淀制得了堿式碳酸釔包覆Zr-HBC復(fù)合粒子，詳細(xì)探索了諸多因素對(duì)形成以上兩種粒子的影響，復(fù)合粒子Y-HBC/Zr-HBC經(jīng)煅燒后得Y2O3/ZrO3粒子。9、“氧化鎂和氧化釔共穩(wěn)的四方氧化鋯多晶陶瓷及制備方法”中國(guó)專利<申請(qǐng)?zhí)?amp;gt;02111146，涉及一種高強(qiáng)高韌氧化鎂、氧化釔共穩(wěn)的四方氧化鋯多晶(Mg，Y)-TZP陶瓷及其制備的工藝，其特征在于(1)組成為MgO(5-14mol％)-Y2O3(0.5-2mol％)-ZrO2；(2)是先制備上述組分的納米(Mg，Y)-TZP粉體，再加入0.5-10vol％YAS非晶態(tài)的燒結(jié)助劑，經(jīng)成粒，干壓后1250-1400℃低溫?zé)Y(jié)得到晶粒尺寸為200-400nm左右，抗彎強(qiáng)度為384-818MPa，斷裂韌性為5.2-8.3MPa·m↑[1/2]的(Mg，Y)-TZP陶瓷。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、燒結(jié)溫度低、Y2O3用量少、生產(chǎn)成本低和力學(xué)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，徹底拋棄了傳統(tǒng)(Mg，Y)-PSZ的高溫固溶和熱處理工藝。10、“一種制備粒徑可控的納米氧化鋯的方法”，中國(guó)專利<申請(qǐng)?zhí)?amp;gt;01130825，涉及用含非離子表面活性劑的反相微乳液制備納米級(jí)氧化鋯粉末的方法。首先，分別制備兩份含一種非離子表面活性劑、正己醇、環(huán)己烷、鋯鹽溶液或氨水的穩(wěn)定微乳液。然后，在強(qiáng)烈攪拌下，將含鋯鹽的微乳液與含氨水的微乳液混合，進(jìn)行水解反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)離心或過(guò)濾后，再用醇和水洗滌幾次，最后經(jīng)過(guò)干燥和焙燒而制得氧化鋯粉末。該方法的特點(diǎn)是通過(guò)控制微乳液中鋯鹽的濃度、微乳液中氨水的濃度、水與表面活性劑的比例、以及反應(yīng)溫度等條件使獲得的氧化鋯產(chǎn)物的平均粒徑大小為幾個(gè)至30nm，比表面積為幾十至300m2/g。用此法制備的氧化鋯粉末可以用做特殊功能陶瓷、氣體傳感器、催化劑或催化劑載體以及吸附劑或吸附劑載體等。11、“表面摻雜的弱團(tuán)聚的納米氧化鋯粉末的制備方法”，中國(guó)專利<申請(qǐng)?zhí)?amp;gt;99100053，本發(fā)明公開(kāi)了一種表面摻雜的弱團(tuán)聚的納米氧化鋯粉末的制備方法。所述的制備方法包括(1).以四氯化鋯為原料，將之加熱氣化，由干燥的惰性載氣攜帶進(jìn)入水解反應(yīng)器，水蒸氣及其載氣的混合氣在300-700℃均勻混合，其中，氯化鋯的氣相體積濃度為0.1-30％，發(fā)生水解反應(yīng)后，得到含納米氧化鋯的氣溶膠，該氣溶膠經(jīng)收集，得到粒度分布均勻，無(wú)硬團(tuán)聚的納米氧化鋯粉末；(2).將以上制得的納米氧化鋯粉末，在用作穩(wěn)定劑的金屬鹽溶液中浸漬，過(guò)濾，烘干，于300-800℃進(jìn)行熱分解，得到在氧化鋯粉末表面摻雜有別的金屬氧化物的納米氧化鋯粉末，此種粉末具有四方相或立方相結(jié)構(gòu)，粒度細(xì)小，形狀規(guī)整，不易團(tuán)聚，將制得的納米氧化鋯粉末，在作為穩(wěn)定劑的金屬鹽溶液中浸漬、焙燒，得到表面摻雜有其他氧化物的納米氧化鋯粉末。
從上述檢索到的這些文獻(xiàn)可以了解到，這些方法各有其特點(diǎn)，但也存在一些不足之處，如共沉淀法制備的氧化釔——氧化鋯粉體往往存在相當(dāng)多的團(tuán)聚體；醇鹽水解法原料來(lái)源困難，價(jià)格較高；氯氧化鋯水解法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)率過(guò)低；沉淀——水熱法產(chǎn)物中組分分布不均勻；微乳液法產(chǎn)量過(guò)低、無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)法等。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明人經(jīng)過(guò)艱苦的研究和試驗(yàn)，找到了一種工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、成本較低，并可大規(guī)模生產(chǎn)單分散、組分分布均勻的氧化釔穩(wěn)定四方相氧化鋯納米粉體的方法。
本發(fā)明的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的一種Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，是將氯氧化鋯配成濃度為0.2～3.0mol/L的溶液后，直接置入高壓防腐蝕反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，高壓防腐蝕反應(yīng)釜耐壓大于8Mpa，所述的水熱反應(yīng)溫度為150～260℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為4～24h，將產(chǎn)物攪拌均勻后按Y/Zr化學(xué)反應(yīng)計(jì)量比例加入氯化釔溶液，隨后緩慢滴加氨水再經(jīng)過(guò)濾，洗滌，干燥，煅燒后，制備出Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體。
以上所述的高壓防腐蝕反應(yīng)釜的材質(zhì)為純鋯或鋯合金、鈦合金、純鎳、鎳合金等。所述的高壓防腐蝕反應(yīng)釜耐壓大于8MPa。所述的水熱反應(yīng)溫度為150～260℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為4～24h。所述的氨水滴加后的溶液pH＝5～9。所述的煅燒是在400～1000℃下進(jìn)行，時(shí)間為1～2h。所述的制備得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤100nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤2.0μm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X衍射儀分析為單一的四方相，不含其他雜相。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是本發(fā)明的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體具有純度高、單分散性、組分分布均勻、晶型為四方相的特點(diǎn)，在電子信息材料、光電子領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。此外，本發(fā)明的水熱合成法工序簡(jiǎn)單，易于操作，制取的成本也較低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
下面通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的突出特點(diǎn)，僅在說(shuō)明本發(fā)明而絕不限制本發(fā)明，本發(fā)明的突出特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，決不限于下述實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、稱取323克氯氧化鋯(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去離子水后，直接置入高壓純鋯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜升溫至150℃并恒溫保持24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將產(chǎn)物攪拌均勻后加入0.2mol/l的氯化釔溶液10ml，隨后緩慢滴加氨水至溶液pH＝9后，經(jīng)過(guò)濾，洗滌，干燥，并在900℃下煅燒1h后即制備出含有3％Y2O3的ZrO2粉體。所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤80nm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X衍射儀分析為單一的四方相，不含其他雜相，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X熒光定量分析含有3％Y2O3。
實(shí)施例2、稱取323克氯氧化鋯(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去離子水后，直接置入高壓純鋯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜升溫至260℃并恒溫保持8h。待反應(yīng)釜冷卻后，將產(chǎn)物攪拌均勻后加入3mol/l的氯化釔溶液10ml，隨后緩慢滴加氨水至溶液pH＝9后，經(jīng)過(guò)濾，洗滌，干燥，并在900℃下煅燒1h后即制備出含有3％Y2O3的ZrO2粉體。所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤80nm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X衍射儀分析為單一的四方相，不含其他雜相，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X熒光定量分析含有3％Y2O3。
實(shí)施例3、稱取162克氯氧化鋯(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去離子水后，直接置入高壓純鋯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜升溫至200℃并恒溫保持12h。待反應(yīng)釜冷卻后，將產(chǎn)物攪拌均勻后加入2mol/l的氯化釔溶液10ml，隨后緩慢滴加氨水至溶液pH＝7后，經(jīng)過(guò)濾，洗滌，干燥，并在600℃下煅燒2h后即制備出含有8％Y2O3的ZrO2粉體。所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤100nm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X衍射儀分析為單一的四方相，不含其他雜相，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X熒光定量分析含有8％Y2O3。
實(shí)施例4、稱取162克氯氧化鋯(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去離子水后，直接置入高壓純鋯反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜升溫至220℃并恒溫保持20h。待反應(yīng)釜冷卻后，將產(chǎn)物攪拌均勻后加入5mol/l的氯化釔溶液10ml，隨后緩慢滴加氨水至溶液pH＝7后，經(jīng)過(guò)濾，洗滌，干燥，并在600℃下煅燒2h后即制備出含有8％Y2O3的ZrO2粉體。所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤100nm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X衍射儀分析為單一的四方相，不含其他雜相，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X熒光定量分析含有8％Y2O3。
權(quán)利要求
1.一種Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于將氯氧化鋯配成濃度為0.2～3.0mol/L的溶液后，直接置入高壓防腐蝕反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，高壓防腐蝕反應(yīng)釜耐壓大于8Mpa，所述的水熱反應(yīng)溫度為150～260℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為4～24h，將產(chǎn)物攪拌均勻后按Y/Zr化學(xué)反應(yīng)計(jì)量比例加入氯化釔溶液，隨后緩慢滴加氨水再經(jīng)過(guò)濾，洗滌，干燥，煅燒后，制備出Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的高壓防腐蝕反應(yīng)釜的材質(zhì)為純鋯或鋯合金、鈦合金、純鎳、鎳合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的高壓防腐蝕反應(yīng)釜耐壓大于8MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的氨水滴加后的溶液pH＝5～9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的煅燒溫度為400～1000℃，時(shí)間為1～2h。
6.一種如權(quán)利要求1所述的Y2O3穩(wěn)定四方相ZrO2單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的制備得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤100nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤2.0μm，所得到的Y2O3-ZrO2復(fù)合粉體采用X衍射儀分析為單一的四方相，不含其他雜相。
全文摘要
本發(fā)明涉及Y
文檔編號(hào)C04B35/622GK1528706SQ20031011122
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者徐華蕊 申請(qǐng)人:徐華蕊