專利名稱：一種硅酸鋯納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料化工領(lǐng)域，具體涉及一種微波水熱制備硅酸鋯納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
硅酸鋯(ZrSiO4)屬四方晶系，為島狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物。硅酸鋯因具有高熔點(diǎn)、 低熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)、優(yōu)良的化學(xué)及相穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使其可以作為高性能結(jié)構(gòu)材料(如石墨、C/C復(fù)合材料及SiC結(jié)構(gòu)陶瓷等)的高溫抗氧化涂層材料。目前，制備硅酸鋯晶體的方法主要有固相反應(yīng)法、沉淀法、水熱法以及溶膠-凝膠法等。上述方法普遍需要高溫(如固相反應(yīng)法需要1300-1600°C )或長(zhǎng)時(shí)間(如水熱法需要6-72h)來(lái)獲得預(yù)期結(jié)構(gòu)的硅酸鋯晶體。在制備硅酸鋯的研究中，C.E. Curtis 等[C. E. Curtis, H. G. Sowman. J. Am. Ceram. Soc, 1993, 36,190.]以和SiO2為原料，采用固相法，經(jīng)過(guò)1315 °C熱處理后開(kāi)始形成^^丨04，其合成率僅為2%，該法制備溫度高且合成率很低。Takao Itoh[Takao Itoh. J. Cryst Groth, 1992，125，223.]以氯氧鋯、硅溶膠為原料，通過(guò)氨水調(diào)節(jié)混合液的pH值為 9. 5，然后得到沉淀物，將沉淀物洗滌干燥，在1200°C下煅燒形成&Si04，采用沉淀法制備硅酸鋯仍需要高溫煅燒，后期處理復(fù)雜。陸彩飛等[陸彩飛，王秀峰，苗鴻雁，羅宏杰.硅酸鹽學(xué)報(bào)· 2000，28,87.)以ZrOCl2 · 8H20和NaSiO3 · 9H20為前驅(qū)體，NaF作礦化劑，去離子水為反應(yīng)介質(zhì)，采用水熱法在280°C下反應(yīng)他獲得純相^SiO4，水熱法雖然降低了合成溫度但合成時(shí)間較長(zhǎng)。江偉輝等(中國(guó)專利200710108375. X)采用工業(yè)純無(wú)水四氯化鋯、正硅酸乙酯為前驅(qū)體，通過(guò)選擇合適的礦化劑經(jīng)非水解溶膠-凝膠法在700°C低溫保溫15min合成硅酸鋯粉體，該法雖然制備時(shí)間短但制備溫度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種不僅制備成本低，而且操作簡(jiǎn)單、制備周期短不需要后期熱處理的硅酸鋯納米粉體的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按1-5 1-8的摩爾比加入蒸餾水中，并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 1-0. 6mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為1-6 2-7 ；3)將B溶液在室溫下陳化12-4 后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在40-90% ； 然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在120-220°C下反應(yīng)30-180min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C;4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在60-160°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。本發(fā)明采用微波水熱法，此方法能夠制備出質(zhì)量較高的硅酸鋯納米粉體。由于反應(yīng)在液相中完成，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)周期短，溫度低，重復(fù)性好，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，原料易得，制備成本較低，在低溫下制得晶型和尺寸可控的硅酸鋯納米粉體，所得硅酸鋯納米粉體粒徑分布窄，晶型可控采。


圖1為不同水熱溫度所合成粉體的XRD圖譜GrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 = 1 2 ；NaF ZrOCl2 · SH2O = 1 2)，其中橫坐標(biāo)為2 θ角，縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，單位為
3-. U. ο圖2為不同水熱時(shí)間所合成粉體的XRD圖譜GrOCl2 · 8Η20 NaSiO3 · 9H20 = 1 2 ；NaF ZrOCl2 · SH2O = 1 2)，其中橫坐標(biāo)為2 θ角，縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，單位為
3-. U. ο
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9Η20按1 1的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 3mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為1:2;3)將B溶液在室溫下陳化1 后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在90% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在120°C下反應(yīng)180min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在60°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。實(shí)施例2 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按3 1的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. lmol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為2:3;3)將B溶液在室溫下陳化24h后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在80% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在140°C下反應(yīng)150min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在80°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。實(shí)施例3 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按5 1的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 6mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為3 4；
4
3)將B溶液在室溫下陳化3 后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在70% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在160°C下反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在100°c下干燥得硅酸鋯納米粉體。實(shí)施例4 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按1 2的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 5mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為4 5 ；3)將B溶液在室溫下陳化4 后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在60% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在180°C下反應(yīng)90min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在120°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。實(shí)施例5 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按3 4的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 2mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為5:6;3)將B溶液在室溫下陳化24h后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在50% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在200°C下反應(yīng)60min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在140°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。實(shí)施例6 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按5 8的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 4mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩爾比為6 7 ；3)將B溶液在室溫下陳化3 后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在40% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在220°C下反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在160°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。由圖1、2可看出在210°C下反應(yīng)3h可制備出純相硅酸鋯粉體。
權(quán)利要求
1. 一種硅酸鋯納米粉體的制備方法，其特征在于1)分別將分析純的ZrOCl2· 8H20、NaSiO3 · 9H20按1-5 1-8的摩爾比加入蒸餾水中， 并不斷攪拌配制成&0C12的摩爾濃度為0. 1-0. 6mol/L的前驅(qū)液A ；2)將分析純的NaF加入到前驅(qū)液A中攪拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 · 8H20的摩爾比為1-6 2-7 ；3)將B溶液在室溫下陳化12-4 后倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在40-90%；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中，在120-220°C下反應(yīng)30-180min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在60-160°C下干燥得硅酸鋯納米粉體。
全文摘要
一種硅酸鋯納米粉體的制備方法，將ZrOCl2·8H2O、NaSiO3·9H2O加入蒸餾水中得前驅(qū)液A；將NaF加入到前驅(qū)液A中得溶液B；將溶液B在室溫下陳化后倒入水熱反應(yīng)釜中，然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C；打開(kāi)水熱反應(yīng)釜，將溶液C通過(guò)濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥得硅酸鋯納米粉體。本發(fā)明采用微波水熱法制備出了質(zhì)量較高的硅酸鋯納米粉體。由于反應(yīng)在液相中完成，反應(yīng)周期短，重復(fù)性好，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，原料易得，制備成本較低，在低溫下制得晶型和尺寸可控的硅酸鋯納米粉體，所得硅酸鋯納米粉體粒徑分布窄，晶型可控采。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102502676SQ201110375699
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者劉佳, 孫瑩, 曹麗云, 辛宇, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)