本發(fā)明涉及噴射共沉淀制備高分散性納米氧化物粉體的連續(xù)方法，屬于納米粉體制備的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

透明陶瓷是具備一般普通陶瓷的性能的同時(shí)還擁有透光性能，這使得透明陶瓷天然占有更多的優(yōu)越性能，應(yīng)用前景更加廣闊?，F(xiàn)在已廣泛應(yīng)用在窗口材料、激光材料、無機(jī)閃爍材料、光電材料、透明裝甲和熒光陶瓷等領(lǐng)域?，F(xiàn)已制備出氧化鋁、氧化釔、氧化鎂、尖晶石和yag等一系列的透明陶瓷。在透明陶瓷粉體的制備過程中較高的燒結(jié)活性，對(duì)透明陶瓷的透過率有顯著影響。同時(shí)，要獲得透過率較高的透明陶瓷，往往需要非常小的晶粒尺寸。因此，合成高燒結(jié)活性納米粉體對(duì)制備透明陶瓷至關(guān)重要。

透明陶瓷粉體的制備包括制備前驅(qū)體和煅燒兩大工藝步驟。在透明陶瓷粉體制備的方法中，沉淀法被廣泛采用。沉淀法制備粉體包括前驅(qū)體制備、干燥和煅燒。沉淀法通過將溶液中所需要的金屬離子沉淀得到前驅(qū)體，再將前驅(qū)體通過一定溫度干燥并且煅燒分解獲得所需要的金屬氧化物。工藝很簡(jiǎn)單，方便操作，成本低廉，制備出的粉體顆粒尺寸小，往往只有納米級(jí)，均勻性好，活性較高。

但是在制備粉體過程中，沉淀劑和母液的直接接觸發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生溶液中的沉淀物分布不均勻的現(xiàn)象，過多的局部沉淀物將會(huì)覆蓋住溶液中未參與反應(yīng)的金屬離子，不僅會(huì)影響最終獲得的粉體形狀，而且有時(shí)會(huì)使得反應(yīng)不能持續(xù)進(jìn)行，大大增加了了實(shí)驗(yàn)人員的操作難度。在實(shí)驗(yàn)過程中，常用的沉淀劑有碳酸氫銨、氨水和尿素，還有硫酸銨作為分散劑的添加量。溶液的ph值也會(huì)影響前驅(qū)體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)ph值可以獲得較好形狀的粉體，沉淀后溶液的ph值過大或過小都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的ph值由人工測(cè)定，或者人工控制沉淀劑量，這些方法對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的技術(shù)要求很高，實(shí)驗(yàn)過程中往往很難實(shí)時(shí)測(cè)得溶液的ph值，而且測(cè)量結(jié)果不夠精確，人工控制實(shí)驗(yàn)裝置的開關(guān)在時(shí)效性也有一定難度，實(shí)驗(yàn)過程也很復(fù)雜，往往需要重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)人員的勞動(dòng)量很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為有效解決制備透明陶瓷氧化物粉體過程中參與反應(yīng)的金屬離子與前驅(qū)體分布不均勻、反應(yīng)溶液的ph值難以測(cè)定，及無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)等問題，本發(fā)明設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了噴射共沉淀制備納米氧化物粉體的連續(xù)方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)用了空氣壓縮機(jī)、減壓閥、過濾器、泵、噴嘴、單片機(jī)、ph測(cè)試器、攪拌器、陶瓷過濾膜等實(shí)驗(yàn)裝置，此方法可有效解決制備納米氧化物粉體過程中前驅(qū)體分布不均勻、粉體團(tuán)聚等問題，極大地提高了反應(yīng)過程中的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的沉淀過程和固液分離，且設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、過程可控、成品率高。

本發(fā)明是由如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

噴射共沉淀制備高分散性納米氧化物粉體的連續(xù)方法，其特征在于：沉淀反應(yīng)過程、干燥過程、煅燒過程的納米氧化物粉體制備中，采用噴射共沉淀連續(xù)裝置實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體的連續(xù)制備和固液分離。

進(jìn)一步，采用連續(xù)裝置的壓縮空氣過濾系統(tǒng)以伯努利方程原理對(duì)沉淀劑溶液進(jìn)行泵送；所述壓縮空氣過濾系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)與減壓閥、過濾器、t型轉(zhuǎn)接閥和噴嘴之間用導(dǎo)管以次串聯(lián)連接；所述的過濾器有3～5個(gè)；所述的沉淀劑溶液置放于容器一之中；所述的泵一左右兩端均安裝導(dǎo)管，泵一左端導(dǎo)管深入容器一中的沉淀劑溶液底部，泵一右端導(dǎo)管和t型轉(zhuǎn)接閥相連。

進(jìn)一步，所述泵送后的沉淀劑溶液經(jīng)霧化噴嘴以霧滴形式進(jìn)入金屬離子溶液中進(jìn)行沉淀反應(yīng)，并通過連續(xù)裝置的ph檢測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制。其中金屬離子溶液一置放于容器二之中，所述的攪拌器安裝在容器二中央，攪拌器位于溶液一底部；所述的ph測(cè)試器一端連接有探測(cè)線，探測(cè)線深入溶液一液面下；所述的單片機(jī)安裝在ph測(cè)試器上，單片機(jī)與泵一之間用導(dǎo)線連接，通過控制泵一的流量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液ph的實(shí)時(shí)反饋控制；所述的霧化噴嘴位于容器二正上方，高度高于溶液一液面直徑的1/3～2/3，霧化噴嘴直徑為1～10μm。

進(jìn)一步，通過連續(xù)裝置的陶瓷過濾系統(tǒng)對(duì)所述沉淀反應(yīng)后的沉淀固液混合物進(jìn)行分離，并將過濾液泵送回金屬離子鹽溶液中，其中過濾溶液二置放于容器三之中；陶瓷過濾系統(tǒng)中陶瓷過濾膜上端為倒圓臺(tái)形狀，安裝在容器三上方，陶瓷過濾膜孔徑為1～2nm的納濾膜，泵三左右兩端均安裝導(dǎo)管，泵三左端導(dǎo)管深入溶液一液面底部，泵三右端導(dǎo)管口位于陶瓷過濾膜上方；所述的泵二左右兩端均安裝導(dǎo)管，泵二輸入端導(dǎo)管深入溶液二液面底部，泵二輸出導(dǎo)管口位于容器二上方；所述的開孔位于容器三壁上，開孔直徑為1～3cm左右，用于連接減壓裝置，便于加速陶瓷過濾膜過濾過程；所述的容器三分為兩個(gè)部分，兩個(gè)部分通過連通裝置連接。

進(jìn)一步，在沉淀反應(yīng)過程中，各個(gè)參數(shù)范圍分別是：沉淀劑溶液是碳酸氫銨和氨水，濃度為1.5～1.92mol/l；金屬離子鹽溶液是硝酸釔或硝酸鋁溶液，金屬離子溶液濃度范圍為0.1～3mol/l；泵一送速率2～20ml/min，泵二、泵三送速率15～60ml/min，以便于更多成核，而避免過度晶核長(zhǎng)大。最終沉淀的ph值范圍為4～8(依照體系不同而精確控制在±照體系范圍內(nèi))，空氣壓縮機(jī)的壓強(qiáng)100kpa～800kpa。

進(jìn)一步，將沉淀反應(yīng)后分離得到的前驅(qū)體粉體進(jìn)行去離子水和乙醇溶液洗滌各3～5次，其中去離子溶液添加3～10wt％的硫酸銨等分散劑，避免在清洗過程中發(fā)生團(tuán)聚；清洗后的干燥過程采用真空冷凍干燥，干燥溫度范圍為－10℃～－50℃，干燥時(shí)間為16h～24h，氣壓范圍為1.3～13pa，避免普通干燥過程中毛細(xì)管力存在而引發(fā)的顆粒團(tuán)聚。

進(jìn)一步，在干燥后粉體的煅燒過程中，煅燒溫度為800℃～1400℃，時(shí)間為2～5h，即可得到高分散性納米氧化物粉體。

進(jìn)一步，氧化物粉體范圍特別包括稀土氧化釔粉體、釔鋁石榴石粉體、氧化鋁粉體，得到的氧化物粉體分散性好、燒結(jié)活性高、顆粒尺寸在50～200nm范圍。

有益效果

1.本發(fā)明提供了噴射共沉淀制備高分散性納米氧化物粉體的連續(xù)方法，對(duì)設(shè)備要求低、成本低、效率高。適合規(guī)?；笈可a(chǎn)。這種制備方法非常適合連續(xù)制備高分散性納米氧化物粉體，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化。反應(yīng)溶液中安裝的攪拌器可使溶液內(nèi)部分布均勻，防止沉淀物過多而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不可持續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)狀。由于不含沉淀物的金屬離子溶液繼續(xù)回流參與反應(yīng)，使得溶液中反應(yīng)物的利用率大幅度提高。

2.噴射共沉淀制備高分散性納米氧化物粉體的連續(xù)方法可以有效解決生產(chǎn)陶瓷粉末過程中化學(xué)反應(yīng)溶液中ph值不可控制的問題。單片機(jī)與ph測(cè)試器在生產(chǎn)透明陶瓷前驅(qū)體過程中，可自動(dòng)根據(jù)溶液內(nèi)的ph值選擇反應(yīng)是否繼續(xù)進(jìn)行。生產(chǎn)機(jī)制高度自動(dòng)化，有效地減少了對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的技術(shù)要求，提高了效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明連續(xù)裝置的示意圖。

其中：1、連續(xù)裝置；2、空氣壓縮機(jī)；3、減壓閥；4、過濾器；5、容器一；6、沉淀劑溶液；7、泵一；8、t型轉(zhuǎn)接閥；9、噴嘴；10、ph測(cè)試器；11、單片機(jī)12、導(dǎo)線；13、探測(cè)線；14、攪拌器；15、金屬離子溶液一；16、容器二；17、泵二；18、泵三；19、陶瓷過濾膜；20、開孔；21、過濾溶液二；22、容器三。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例及附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：y2o3透明陶瓷粉體

配制濃度為3.0mol/l的硝酸釔溶液，盛裝在容器二(16)內(nèi)，配制濃度為1.5mol/l的碳酸氫銨和氨水溶液作為沉淀劑溶液(6)，碳酸氫銨與氨水的摩爾濃度比為1：2，盛裝在容器一(5)內(nèi)。實(shí)驗(yàn)人員打開空氣壓縮機(jī)(2)，空氣壓縮機(jī)壓強(qiáng)300kpa，空氣壓縮機(jī)(2)工作，空氣進(jìn)入連續(xù)裝置(1)，空氣從導(dǎo)管流入減壓閥(3)，減壓閥(3)將壓力調(diào)至適當(dāng)大小，空氣流入四級(jí)過濾器(4)與t型轉(zhuǎn)接閥(8)，其中，過濾器(4)將空氣中雜質(zhì)過濾干凈。泵一(7)將容器一(5)中的沉淀劑(6)(碳酸氫銨和氨水，碳酸氫銨與氨水的摩爾濃度比為1：2)以速率2ml/min吸入，沉淀劑(6)流經(jīng)t型轉(zhuǎn)接閥(8)，與空氣相遇?？諝獾膲毫⒊恋韯?6)通過導(dǎo)管鼓入噴嘴(9)處，噴嘴(9)直徑為5μm。噴嘴(9)將沉淀劑(6)噴灑至容器二(16)中的金屬離子溶液一(15)(硝酸釔溶液)內(nèi)。沉淀劑溶液與金屬離子溶液一反應(yīng)生成前驅(qū)體。容器二(16)中的攪拌器(14)將攪拌金屬離子溶液一(15)，使其溶液內(nèi)部反應(yīng)物分布均勻，攪拌速率為500r/min。與此同時(shí)，ph測(cè)試器(10)將通過探測(cè)線(13)將所得溶液的ph值測(cè)得，并將所測(cè)值反饋給單片機(jī)(11)。泵三(18)將帶有前驅(qū)體的溶液吸入，泵三(18)的抽濾速度為15ml/min，通過導(dǎo)管注入陶瓷過濾膜(19)中，前驅(qū)體將在陶瓷過濾膜(19)表面析出，溶液其余物質(zhì)將會(huì)從陶瓷過濾膜(19)中透過，流入容器三(22)內(nèi)。同時(shí)，由于開孔(20)的存在，容器三(22)與大氣連通，從而容器三(22)左右兩個(gè)部分中過濾溶液二(21)液面上方的氣壓相同。泵二(17)抽濾速度為15ml/min，泵二(17)將容器三(22)中的過濾溶液二(21)吸入，通過導(dǎo)管將不含前驅(qū)體的過濾溶液二(21)注入容器二(16)中，如此循環(huán)往復(fù)。直至ph測(cè)試器(10)測(cè)得容器二(16)中的金屬離子溶液一(15)ph達(dá)到一定值(ph＝7.8)時(shí)，單片機(jī)(11)將向泵一(7)發(fā)出信號(hào)，泵一(7)停止工作，以阻止ph值繼續(xù)升高，直至沉淀過程結(jié)束，泵二(17)和泵三(18)關(guān)閉，實(shí)驗(yàn)人員將從陶瓷過濾膜(19)上得到前驅(qū)體。

得到前驅(qū)體后，將得到的前驅(qū)體用去離子水清洗3次，無水乙醇清洗3次，以充分去除殘留的酸根離子等雜質(zhì)，去離子水與溶液體積比為1:1，其中去離子溶液添加3wt％的硫酸銨等分散劑，避免在清洗過程中發(fā)生團(tuán)聚。無水乙醇與溶液的體積比為1:2。將清洗后的前驅(qū)體采用真空冷凍干燥16h，氣壓為1.3pa，干燥溫度為－30℃。

干燥后，將所得前驅(qū)體在馬弗爐中1250℃下煅燒5h。得到高分散性納米近球狀氧化釔粉體。得到的氧化物粉體分散性好、燒結(jié)活性高、顆粒尺寸在50nm范圍。

實(shí)施例2：yag透明陶瓷粉體

按n(al):n(y)＝5:3的比例配制硝酸鋁溶液，濃度為1.0mol/l，盛裝在容器二(16)內(nèi)，配置碳酸氫銨溶液作為沉淀劑(6)，碳酸氫銨濃度為1.92mol/l，盛裝在容器一(5)內(nèi)；實(shí)驗(yàn)人員打開空氣壓縮機(jī)(2)，空氣壓縮機(jī)壓強(qiáng)100kpa，空氣壓縮機(jī)(2)工作，空氣進(jìn)入連續(xù)裝置(1)，空氣從導(dǎo)管流入減壓閥(3)，減壓閥(3)將壓力調(diào)至適當(dāng)大小，空氣流入四級(jí)過濾器(4)與t型轉(zhuǎn)接閥(8)，其中，過濾器(4)將空氣中雜質(zhì)過濾干凈。泵一(7)將容器一(5)中的沉淀劑(6)以速率10ml/min吸入，沉淀劑(6)流經(jīng)t型轉(zhuǎn)接閥(8)，與空氣相遇?？諝獾膲毫⒊恋韯?6)通過導(dǎo)管鼓入噴嘴(9)處，噴嘴(9)直徑為6μm。噴嘴(9)將沉淀劑(6)噴灑至容器二(16)中的金屬離子溶液一(15)內(nèi)。沉淀劑溶液與金屬離子溶液一反應(yīng)生成前驅(qū)體。容器二(16)中的攪拌器(14)將攪拌金屬離子溶液一(15)，使其溶液內(nèi)部反應(yīng)物分布均勻，攪拌速率為500r/min。與此同時(shí)，ph測(cè)試器(10)將通過探測(cè)線(13)將所得溶液的ph值測(cè)得，并將所測(cè)值反饋給單片機(jī)(11)。泵三(18)將帶有前驅(qū)體的溶液吸入，泵三(18)的抽濾速度為30ml/min，通過導(dǎo)管注入陶瓷過濾膜(19)中，前驅(qū)體將在陶瓷過濾膜(19)表面析出，溶液其余物質(zhì)將會(huì)從陶瓷過濾膜(19)中透過，流入容器三(22)內(nèi)。同時(shí)，由于開孔(20)的存在，容器三(22)與大氣連通，從而容器三(22)左右兩個(gè)部分中過濾溶液二(21)液面上方的氣壓相同。泵二(17)抽濾速度為30ml/min，泵二(17)將容器三(22)中的過濾溶液二(21)吸入，通過導(dǎo)管將不含前驅(qū)體的過濾溶液二(21)注入容器二(16)中，如此循環(huán)往復(fù)。直至ph測(cè)試器(10)測(cè)得容器二(16)中的金屬離子溶液一(15)ph達(dá)到一定值(ph＝7)時(shí)，單片機(jī)(11)將向泵一(7)發(fā)出信號(hào)，泵一(7)停止工作，以阻止ph值繼續(xù)升高，直至沉淀過程結(jié)束，泵二(17)和泵三(18)關(guān)閉，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，實(shí)驗(yàn)人員將從陶瓷過濾膜(19)上得到前驅(qū)體。

得到前驅(qū)體后，將得到的前驅(qū)體用去離子水清洗4次，無水乙醇清洗4次，以充分去除殘留的酸根離子等雜質(zhì)，去離子水與溶液體積比為1:1，其中去離子溶液添加5wt％的硫酸銨等分散劑，避免在清洗過程中發(fā)生團(tuán)聚。無水乙醇與溶液的體積比為1:2。將清洗后的前驅(qū)體采用真空冷凍干燥20h，氣壓為5.0pa，干燥溫度為－40℃。

干燥后，將所得前驅(qū)體在馬弗爐中1400℃煅燒4h。得到高分散性納米近球狀yag粉體。得到的氧化物粉體分散性好、燒結(jié)活性高、顆粒尺寸在200nm范圍。

實(shí)施例3：al2o3透明陶瓷粉體

實(shí)驗(yàn)人員配制濃度為0.1mol/l的硝酸鋁溶液，盛裝在容器二(16)內(nèi)，配制濃度為1.5mol/l的碳酸氫銨溶液作為沉淀劑溶液(6)，盛裝在容器一(5)內(nèi)。實(shí)驗(yàn)人員打開空氣壓縮機(jī)(2)，空氣壓縮機(jī)壓強(qiáng)500kpa，空氣壓縮機(jī)(2)工作，空氣進(jìn)入連續(xù)裝置(1)，空氣從導(dǎo)管流入減壓閥(3)，減壓閥(3)將壓力調(diào)至適當(dāng)大小，空氣流入四級(jí)過濾器(4)與t型轉(zhuǎn)接閥(8)，其中，過濾器(4)將空氣中雜質(zhì)過濾干凈。泵一(7)將容器一(5)中的沉淀劑(6)(碳酸氫銨溶液)以速率20ml/min吸入，沉淀劑(6)流經(jīng)t型轉(zhuǎn)接閥(8)，與空氣相遇。空氣的壓力將沉淀劑(6)通過導(dǎo)管鼓入噴嘴(9)處，噴嘴(9)直徑為8μm。噴嘴(9)將沉淀劑(6)噴灑至容器二(16)中的金屬離子溶液一(15)(硝酸鋁溶液)內(nèi)。沉淀劑溶液與金屬離子溶液一反應(yīng)生成前驅(qū)體。容器二(16)中的攪拌器(14)將攪拌金屬離子溶液一(15)，使其溶液內(nèi)部反應(yīng)物分布均勻，攪拌速率為300r/min。與此同時(shí)，ph測(cè)試器(10)將通過探測(cè)線(13)將所得溶液的ph值測(cè)得，并將所測(cè)值反饋給單片機(jī)(11)。泵三(18)將帶有前驅(qū)體的溶液吸入，泵三(18)的抽濾速度為60ml/min，通過導(dǎo)管注入陶瓷過濾膜(19)中，前驅(qū)體將在陶瓷過濾膜(19)表面析出，溶液其余物質(zhì)將會(huì)從陶瓷過濾膜(19)中透過，流入容器三(22)內(nèi)。同時(shí)，由于開孔(20)的存在，容器三(22)與大氣連通，從而容器三(22)左右兩個(gè)部分中過濾溶液二(21)液面上方的氣壓相同。泵二(17)抽濾速度為60ml/min，泵二(17)將容器三(22)中的過濾溶液二(21)吸入，通過導(dǎo)管將不含前驅(qū)體的過濾溶液二(21)注入容器二(16)中，如此循環(huán)往復(fù)。直至ph測(cè)試器(10)測(cè)得容器二(16)中的金屬離子溶液一(15)ph達(dá)到一定值(ph＝4.2)時(shí)，單片機(jī)(11)將向泵一(7)發(fā)出信號(hào)，泵一(7)停止工作，以阻止ph值繼續(xù)升高，直至沉淀過程結(jié)束，泵二(17)和泵三(18)關(guān)閉，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，實(shí)驗(yàn)人員將從陶瓷過濾膜(19)上得到前驅(qū)體。

得到前驅(qū)體后，將得到的前驅(qū)體用去離子水清洗5次，無水乙醇清洗5次，以充分去除殘留的酸根離子等雜質(zhì)，去離子水與溶液體積比為1:1，其中去離子溶液添加10wt％的硫酸銨等分散劑，避免在清洗過程中發(fā)生團(tuán)聚。無水乙醇與溶液的體積比為1:2。將清洗后的前驅(qū)體采用真空冷凍干燥24h，氣壓為13.0pa，干燥溫度為－50℃。

干燥后，將所得前驅(qū)體在馬弗爐中800℃煅燒2h。得到高分散性納米近球狀al2o3粉體。得到的氧化物粉體分散性好、燒結(jié)活性高、顆粒尺寸在100nm范圍。