專利名稱：氧化鋯顆粒呈膜的原位造型制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉體合成及表面工程領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鋯顆粒呈膜狀原位造型制備方法。
背景技術(shù)：
隨著納米科技的發(fā)展和納米材料研究的深入，具有力、熱、聲、光、電、磁等特異性能的許多低維、小尺寸、功能化的納米結(jié)構(gòu)表面層，能夠顯著改善材料的組織結(jié)構(gòu)或賦予材料新的性能，由此發(fā)展了納米表面工程技術(shù)。目前比較實用的納米表面工程技術(shù)主要是納米薄膜制備技術(shù)和納米熱噴涂技術(shù)。
所謂薄膜技術(shù)是通過某些特定工藝過程，在物體表面沉積、附著一層或多層基體材料、材質(zhì)不同的薄膜，使鍍膜后物體表面具有與基體材料不同性能的技術(shù)(見《納米表面工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，2003，147頁)，其常用方法是濺射法。通過改變原靶的幾何排布、開啟或關(guān)閉不同的源，或者工件旋轉(zhuǎn)經(jīng)過不同的源，濺射法能夠方便的調(diào)節(jié)薄膜組成物的順序和各層的厚度。但是，濺射法是利用等離子體的能量將靶材物源濺射到需要成膜的基體上。因此，整個工藝過程需要消耗的能量大，成膜成本高且成膜表面并不十分平整。
熱噴涂技術(shù)是利用一種熱源將噴涂材料加熱至熔融狀態(tài)，通過氣流吹動使其霧化并高速噴射到零件表面，以形成噴涂層的表面加工技術(shù)(見《納米表面工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，2003，172頁)。相比其它表面工程技術(shù)，熱噴涂技術(shù)具有技術(shù)種類多，涂層功能多等特點，是制備微/納米結(jié)構(gòu)涂層較好的技術(shù)之一，但是熱噴涂顆粒的粒徑相對較大，納米顆粒材料并不能直接用于熱噴涂，需要對納米顆粒材料進(jìn)行再加工才能成為熱噴涂的結(jié)構(gòu)喂料。這雖然解決了熱噴涂的結(jié)構(gòu)喂料問題，但同時也是整個噴涂工藝復(fù)雜化，涂層表面的平整度也受到顆粒粒徑的影響。
現(xiàn)有的表面工程技術(shù)都是先制備納米顆粒材料，再對顆粒材料進(jìn)行處理，從而得到相應(yīng)的涂層或鍍膜。迄今為止，也未發(fā)現(xiàn)有關(guān)將納米顆粒原位制備成膜的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點和不足，其一是為了得到氧化鋯顆粒薄膜，逐漸取代熱噴涂技術(shù)；其二是為了降低涂層或薄膜技術(shù)成本，節(jié)約能源，從而提供一種工藝簡單且環(huán)保的氧化鋯顆粒呈膜的原位造型制備方法。
本發(fā)明的氧化鋯顆粒呈膜的原位造型制備方法包括以下步驟(1).配制質(zhì)量濃度為0.25～10％的氧氯化鋯醇溶液；(2).將步驟(1)的氧氯化鋯醇溶液滴加到載體上，或?qū)⑤d體浸入步驟(1)的氧氯化鋯醇溶液1～2分鐘后取出；(3).將步驟(2)得到的載體置于密閉的反應(yīng)器中，使載體上的氧氯化鋯與通入反應(yīng)器中的氨氣反應(yīng)，反應(yīng)時間為3～10分鐘；此反應(yīng)器可為一密閉的有機(jī)玻璃操作箱，該操作箱中的氨氣由液氨瓶提供(如圖1所示)；(4).將步驟(3)反應(yīng)完成后得到的載體及其產(chǎn)物在電爐上加熱，并使載體自燃，燃燒結(jié)束后，將產(chǎn)物置于馬弗爐中于400～800℃煅燒1.5～2.5小時；(5).將煅燒后的物料自然冷卻后，得到氧化鋯薄膜。
所述的氧氯化鋯醇溶液中的醇是無水乙醇、無水聚乙二醇、無水乙二醇或它們的任意混合物。
所述載體為無灰份的濾紙或無灰型的高聚物。無灰型的高聚物是硝基纖維素或醋酸纖維素等。
所述氧化鋯顆粒粒徑為5～30nm，膜的厚度為1.0×10-7m～1.0×10-5m。
本發(fā)明提供的方法是以氧氯化鋯醇溶液原料，無灰份的濾紙等無灰型物質(zhì)為載體，氧氯化鋯與氨氣直接反應(yīng)得到氫氧化鋯，經(jīng)煅燒原位制備氧化鋯薄膜，其厚度調(diào)控。與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1)采用無灰份濾紙等無灰型物質(zhì)為載體原位制備氧化鋯薄膜，充分利用了載體無灰的特性，通過對載體涂層的控制，從而調(diào)控了氧化鋯薄膜的厚度。
2)本方法工藝流程簡單，操作簡便且無污染。
3)本方法通過對載體的更換，可直接達(dá)到對不同載體表面進(jìn)行涂層的目的，使成膜工藝更簡單，操作成本更低，膜形成過程中不引入其它雜質(zhì)。


圖1.本發(fā)明實施例所用反應(yīng)器示意圖。
圖2(a).本發(fā)明實施例1中氧化鋯顆粒直接原位呈膜狀SEM圖。
圖2(b).本發(fā)明實施例1中氧化鋯薄膜經(jīng)擠壓、破碎后的SEM圖。
圖3.本發(fā)明實施例2中氧化鋯顆粒直接原位呈膜狀SEM圖。
附圖標(biāo)記1.液氨瓶2.反應(yīng)器3.載體具體實施方式
以下結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實施例的限制。
實施例1所用反應(yīng)器如圖1所示。將0.2304gZrOCl2·8H2O溶于無水乙醇中，加熱至45℃溶解后，而后用無水乙醇定容至25mL(0.0286mol/L)。滴加1滴上述溶液于干凈玻棒上，并用玻棒涂抹使其均勻分布在無灰份的濾紙3(此濾紙為德國Gelbband定量過濾濾紙，直徑9cm，灰份0.00005g/張，經(jīng)減薄厚度為原濾紙的1/3)上，將上述濾紙放入密閉的有機(jī)玻璃反應(yīng)器2的上部，使載體上的氧氯化鋯與由液氨瓶1提供的氨氣反應(yīng)3分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，將上述濾紙先置于電爐上，使濾紙燃燒，燃燒結(jié)束后，將燃燒后的產(chǎn)物再在馬弗爐中于600℃煅燒2小時，得到氧化鋯薄膜產(chǎn)品。經(jīng)分析，氧化鋯顆粒直接原位呈膜狀(見圖2(a))，氧化鋯顆粒的粒徑為5～15nm，膜的厚度為8.5×10-7m～1.0×10-6m。為觀察薄膜厚度，對其進(jìn)行擠壓、破碎得圖2(b)。
實施例2所用反應(yīng)器如圖1所示。將0.2304gZrOCl2·8H2O溶于無水乙醇中，加熱至45℃溶解后，而后用無水乙醇定容至25mL(0.0286mol/L)。將無灰份的濾紙3(此濾紙為德國Gelbband定量過濾濾紙，直徑9cm，灰份0.00005g/張，未經(jīng)減薄)浸入上述溶液3分鐘后取出，并用玻棒捋去多余液體，將上述濾紙放入密閉的有機(jī)玻璃反應(yīng)器2的上部，使載體上的氧氯化鋯與由液氨瓶1提供的氨氣反應(yīng)6分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，將上述濾紙先置于電爐上，使濾紙燃燒，燃燒結(jié)束后，將燃燒后的產(chǎn)物再在馬弗爐中于500℃煅燒2.5小時，得到氧化鋯薄膜產(chǎn)品。經(jīng)分析，氧化鋯顆粒直接原位呈膜狀(見圖3)，氧化鋯顆粒的粒徑為10～25nm，膜的厚度為4.5×10-6m～6.5×10-6m。
實施例3所用反應(yīng)器如圖1所示。將0.4544gZrOCl2·8H2O溶于無水乙醇與無水聚乙二醇中，加熱至55℃溶解后，而后用無水乙醇定容至25mL(0.0564mol/L)。將無灰型的硝基纖維素3平鋪后滴入上述溶液2mL，將上述硝基纖維素放入密閉的有機(jī)玻璃反應(yīng)2的上部，使載體上的氧氯化鋯與由液氨瓶1提供的氨氣反應(yīng)10分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，將上述載體先置于電爐上，使硝基纖維素燃燒，燃燒結(jié)束后，將燃燒后的產(chǎn)物再在馬弗爐中于750℃煅燒2小時，得到氧化鋯薄膜產(chǎn)品。經(jīng)分析，氧化鋯顆粒直接原位呈膜狀，氧化鋯顆粒的粒徑為10～25nm，膜的厚度為2.5×10-7m～4.2×10-7m。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋯顆粒呈膜的原位造型制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1).配制質(zhì)量濃度為0.25～10％的氧氯化鋯醇溶液；(2).將步驟(1)的氧氯化鋯醇溶液滴加到載體上，或?qū)⑤d體浸入步驟(1)的氧氯化鋯醇溶液中后取出；(3).將步驟(2)得到的載體置于密閉的反應(yīng)器中，使載體上的氧氯化鋯與通入反應(yīng)器中的氨氣反應(yīng)；(4).將步驟(3)反應(yīng)完成后得到的載體及其產(chǎn)物在電爐上加熱，并使載體自燃，燃燒結(jié)束后，將產(chǎn)物置于馬弗爐中于400～800℃煅燒；(5).將煅燒后的物料自然冷卻后，得到氧化鋯薄膜；所述的載體為無灰份的濾紙或無灰型的高聚物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的將步驟(3)載體上的氧氯化鋯與通入反應(yīng)器中的氨氣反應(yīng)時間為3～10分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的在馬弗爐煅燒時間是1.5～2.5小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的氧氯化鋯醇溶液中的醇是無水乙醇、無水聚乙二醇、無水乙二醇或它們的任意混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的無灰型的高聚物是硝基纖維素或醋酸纖維素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的氧化鋯顆粒的粒徑是5～30nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的氧化鋯薄膜的厚度范圍是1.0×10-7m～1.0×10-5m。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉體合成及表面工程領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鋯顆粒呈膜狀原位造型制備方法。本發(fā)明提供的方法是以氧氯化鋯醇溶液原料，無灰份的濾紙等無灰型物質(zhì)為載體，氧氯化鋯與氨氣直接反應(yīng)得到氫氧化鋯，經(jīng)煅燒原位制備氧化鋯薄膜，其厚度調(diào)控。本發(fā)明具有采用無灰份的濾紙等無灰型物質(zhì)為載體原位制備氧化鋯薄膜，充分利用了載體無灰的特性，通過對載體涂層的控制，從而調(diào)控了氧化鋯薄膜的厚度；工藝流程簡單，操作簡便且無污染；通過對載體的更換，可直接達(dá)到對不同載體表面進(jìn)行涂層的目的，使成膜工藝更簡單，操作成本更低，膜形成過程中不引入其它雜質(zhì)。
文檔編號B05D1/18GK101070185SQ20061001188
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者唐清, 楊瑋嬌, 季清榮, 李釩, 安震濤 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所