專利名稱：氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬氧化物材料的制備技術，特別是一種氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法。
背景技術：
自組裝技術是指通過分子間的化學鍵或超分子作用，在一定條件下自發(fā)形成特定的有序結構，這是一種“自下而上”的制備技術，即由原子，分子及其集合體向較大尺寸合成出器件的單元結構并進而組織成器件的技術。自組裝技術具有制備簡單、不需要昂貴的儀器設備、可在分子水平控制組裝體系的結構及性質等優(yōu)點，其研究范圍廣泛，涉及無機材料、高分子材料、復合材料等許多領域。傳統(tǒng)二氧化鋯和氧化鋁陶瓷材料主要包括真空氣相沉積法、真空蒸鍍法、熱蒸發(fā)分解法、激光脈沖沉積法等方法。這些傳統(tǒng)方法存在設備工藝復雜、能耗高、污染嚴重、成本
尚等缺點ο

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，該復合陶瓷在溫和化學反應條件下自組裝制備，結構高度有序，性能優(yōu)異。本發(fā)明的技術解決方案是鋯酸丁酯及氯化鋁溶于濃鹽酸，發(fā)生水解、聚合反應生成復合前驅體；在水相中，長鏈烴基表面活性劑與有機改性劑通過van deer fells力、氫鍵相互作用形成穩(wěn)定的模板；兩者通過靜電自組裝作用結合，得鋯-鋁基膠體顆粒；熱處理膠體顆粒，形成結構有序的&02-Α1203復合陶瓷。其中，該復合陶瓷的制備方法包括以下步驟首先，在濃鹽酸中，加入鋯酸丁酯和氯化鋁，攪拌，得到透明澄清的復合前驅體溶液，平鋪于容器中；其次，將表面活性劑和改性劑溶于水，加熱攪拌，得到模板劑溶液；然后，待模板劑溶液冷卻后，均勻倒入容器中，轉移至人工智能氣候箱中，靜置自組裝，制得鋯-鋁基膠體顆粒；最后，膠體顆粒經自然干燥后， 進行熱處理，得到結構有序的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷。其中，由有機金屬醇鹽鋯酸丁酯和無機金屬鹽氯化鋁反應生成復合前驅體，鋯酸丁酯和氯化鋁的質量比為1 (0. 1-0. 2)。其中，表面活性劑含有長鏈烴基，為硬脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸或油酸。其中，改性劑為蛋白質、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙二醇。其中，表面活性劑與改性劑的質量比為(1-2) :1。其中，表面活性劑和前驅體質量比為1 :(3_6)。其中，制備復合前驅體溶液時間為lOmin，溫度為室溫；制備模板劑溶液的時間為 15min，攪拌溫度為40°C。其中，冷卻模板劑溶液至25°C，在人工智能氣候箱中靜置自組裝，自組裝溫度為21 °C。其中，鋯-鋁基膠體顆粒自然干燥后熱處理，熱處理溫度為350°C -500°C，時間為 4h-8h0本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點其一、改性劑在自組裝過程中通過化學鍵或者超分子作用力和表面活性劑作用，以阻止膠體顆粒的任意生長，同時調控膠體的尺寸大小、微觀結構、均勻性、分散性等品質參數，自組裝得到的&-A1基膠體顆粒產量較大，經過一系列材料測試表征，在納米尺度下，可明顯觀察到有序的納米結構；其二、Zr-Al基膠體顆粒經熱處理得到的^O2-Al2O3復合陶瓷具有良好的微觀結構及優(yōu)異的性能；其三、該自組裝技術具有推廣價值，可以應用于制備其它復合金屬氧化物功能納米材料。


圖1為本發(fā)明的制備流程框圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術解決方案，這些實施例不能理解為是對技術解決方案的限制。實施例1 依以下步驟制備復合陶瓷
步驟1 將1. 3g鋯酸丁酯和0. 13g氯化鋁溶于1. Og質量濃度37%的濃鹽酸中，磁力攪拌10 min，得到澄清的前驅體溶液，平鋪于容器中；
步驟2 將0. 25g表面活性劑硬脂酸鈉和0. 25g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于18. 4ml去離子H2O中，40°C磁力攪拌15min，得到混合均勻的模板劑溶液；
步驟3 待步驟2的模板劑溶液冷卻至常溫25°C，均勻倒入步驟1的容器中，將容器轉移置21°C恒溫的人工智能氣候箱中，靜置自組裝12h，得&-A1基膠體顆粒；
步驟4:將步驟3的膠體顆粒自然干燥，經350°C熱處理他，得介孔有序結構的 ZrO2-Al2O3復合陶瓷。實施例2 依以下步驟制備復合陶瓷步驟1 同實施例1的步驟1 ；
步驟2 將0. 25g表面活性劑十二烷基磺酸鈉和0. 25g蛋白質溶于18. 4ml去離子H2O 中，40°C磁力攪拌15min，得到混合均勻的模板劑溶液； 步驟3:同實施例1的步驟3;
步驟4:將步驟3的膠體顆粒自然干燥，經400°C熱處理他，得介孔有序結構的 ZrO2-Al2O3復合陶瓷。實施例3 依以下步驟制備復合陶瓷步驟1 同實施例1的步驟1 ；
步驟2 將0. 25g表面活性劑十二烷基苯磺酸和0. 125g溶于16.細1去離子H2O中，40°C 磁力攪拌15min，得混合均勻的模板劑溶液； 步驟3，同實施例1的步驟3 ；
步驟4:將步驟3的膠體顆粒自然干燥，經450°C熱處理證，得介孔有序結構的 ZrO2-Al2O3復合陶瓷。
實施例4 依以下步驟制備復合陶瓷
步驟1 將1. 3g鋯酸丁酯和0. 18g氯化鋁溶于1. Og質量濃度37%的濃鹽酸中，磁力攪拌10 min，得到澄清的前驅體溶液；
步驟2 將0. 25g表面活性劑油酸和0. 15g聚乙二醇溶于18. 4ml去離子H2O中，40°C磁力攪拌15min，得到混合均勻的模板劑溶液； 步驟3:同實施例1的步驟3;
步驟4:將步驟3的膠體顆粒自然干燥，經500°C熱處理4h，得介孔有序結構的 ZrO2-Al2O3復合陶瓷。實施例5 依以下步驟制備復合陶瓷
步驟1 將0. 65g鋯酸丁酯和0. 13g氯化鋁溶于1. Og質量濃度37%的濃鹽酸中，磁力攪拌10 min，得到澄清的前驅體溶液；
步驟2 將0. 25g表面活性劑硬脂酸鈉和0. 50g聚乙二醇溶于18. 4ml去離子H2O中， 40°C磁力攪拌15min，得到混合均勻的模板劑溶液； 步驟3:同實施例1的步驟3;
步驟4 將步驟3的膠體顆粒自然干燥，經500°C熱處理6h，得到介孔有序結構的 ZrO2-Al2O3復合陶瓷。實施例6 依以下步驟制備復合陶瓷
步驟1 將1. 3g鋯酸丁酯和0. 13g氯化鋁溶于2. Og質量濃度37%的濃鹽酸中，磁力攪拌10 min，得到澄清的前驅體溶液；
步驟2 將0. 25g表面活性劑硬脂酸鈉和0. 25g聚合物P123溶于18.細1去離子H2O中， 40°C磁力攪拌15min，得到混合均勻的模板劑溶液； 步驟3:同實施例1的步驟3; 步驟4:同實施例1的步驟4。
權利要求
1.氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于該制備方法是鋯酸丁酯及氯化鋁溶于濃鹽酸，發(fā)生水解、聚合反應生成復合前驅體；在水相中，長鏈烴基表面活性劑與有機改性劑通過van deer Walls力、氫鍵相互作用形成穩(wěn)定的模板劑溶液；兩者通過靜電自組裝作用結合，得鋯-鋁基膠體顆粒；熱處理膠體顆粒，形成結構有序的^O2-Al2O3復合陶瓷。
2.根據權利要求1所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于該制備方法的步驟是首先，在濃鹽酸中，加入鋯酸丁酯和氯化鋁，攪拌，得到透明澄清的復合前驅體溶液，平鋪于容器中；其次，將表面活性劑和改性劑溶于水，加熱攪拌，得到模板劑溶液； 然后，待模板劑溶液冷卻后，均勻倒入容器中，轉移至人工智能氣候箱中，靜置自組裝，制得鋯-鋁基膠體顆粒；最后，膠體顆粒經自然干燥后，進行熱處理，得到結構有序的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷。
3.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，由有機金屬醇鹽鋯酸丁酯和無機金屬鹽氯化鋁反應生成復合前驅體，鋯酸丁酯和氯化鋁的質量比為 1 (0. 1-0. 2)。
4.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，表面活性劑含有長鏈烴基，為硬脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸或油酸。
5.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，改性劑為蛋白質、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇。
6.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，表面活性劑與改性劑的質量比為(1-2) :1。
7.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，表面活性劑和前驅體的質量比為1 :(3-6)。
8.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，制備復合前驅體溶液時間為lOmin，溫度為室溫；制備模板劑溶液的時間為15min，攪拌溫度為 40 0C 。
9.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中，冷卻模板劑溶液至25°C，在人工智能氣候箱中靜置自組裝，自組裝溫度為21°C。
10.根據權利要求2所述的氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，其特征在于其中， 鋯-鋁基膠體顆粒自然干燥后熱處理，熱處理溫度為350°C -500°C，時間為4h-8h。
全文摘要
本發(fā)明公開了氧化鋯和氧化鋁復合陶瓷的制備方法，該制備方法是鋯酸丁酯及氯化鋁溶于濃鹽酸，發(fā)生水解、聚合反應生成復合前驅體；在水相中，長鏈烴基表面活性劑與有機改性劑通過van deer Walls力、氫鍵相互作用形成穩(wěn)定的模板劑溶液；兩者通過靜電自組裝作用結合，得鋯-鋁基膠體顆粒；熱處理膠體顆粒，形成結構有序的ZrO2-Al2O3復合陶瓷。本發(fā)明的改性劑在自組裝過程中通過化學鍵或者超分子作用力和表面活性劑作用，以阻止膠體顆粒的任意生長，同時調控膠體的尺寸大小、微觀結構、均勻性、分散性等品質參數，自組裝得到的Zr-Al基膠體顆粒產量較大，Zr-Al基膠體顆粒經熱處理得到的ZrO2-Al2O3復合陶瓷具有良好的微觀結構及優(yōu)異的性能，可以應用于其它復合金屬氧化物納米材料。
文檔編號C04B35/622GK102351532SQ20111020326
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者萬金方, 季紅軍, 董云 申請人:江蘇淮河化工有限公司