一种氧化锆粉体、其制品及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锆粉体、其制品及制备方法。所述氧化锆粉体，其特征在于，所述氧化锆粉体其主要组分为ZrO2+HfO2+MxOy，其中MxOy为金属氧化物，其含量占主要组分的摩尔百分比小于或等于15％，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种，所述主要组分占氧化锆粉体的质量百分比在90％以上，主要组分之外的其他金属氧化物每种占所述氧化锆粉体的质量分数小于或等于0.01％。所述方法，包含两次在特定pH值下进行固液分离的除杂步骤。所述氧化锆粉体制备的压制体，纯度高，机械性能好，用于制备陶瓷材料，放射性低，能用作生物陶瓷材料，如义齿、人工骨骼等。

Zirconia powder, its product and preparation method

The present invention discloses a zirconia powder, its product and preparation method. The zirconia powder, which is characterized in that the zirconium oxide powder, its main component is ZrO2+HfO2+MxOy, wherein MxOy is a metal oxide, the content of total molar percentage of main components of less than or equal to 15%, one or more M from yttrium, calcium and magnesium, cerium, praseodymium, vanadium, molybdenum and titanium element, the main component percentage of zirconia powder was more than 90%, the main components of other metal oxides outside each accounted for the mass fraction of zirconia powder is less than or equal to 0.01%. The method comprises two steps of removing impurities in solid-liquid separation at a specific pH value. The pressed powder prepared by the zirconia powder has high purity and good mechanical property, and is used for preparing ceramic materials with low radioactivity, and can be used as bioceramic materials, such as artificial teeth, artificial bones, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆粉体、其制品及制备方法
本专利技术属于生物材料领域，更具体地，涉及一种氧化锆粉体、其制品及制备方法。
技术介绍
氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。氧化锆陶瓷，一般采用氧化锆粉体成型制得。目前氧化锆粉体，其制备方法主要有化学法、电熔法、共沉淀法等方法。然而现有技术制备氧化锆粉体，金属杂质含量较高，导致氧化锆晶体的形态和放射性不能得到有效控制，影响陶瓷结构体的机械性能和生物相容性，不能满足精密陶瓷对纯度的要求，尤其是不能作为生物陶瓷而用作义齿、人工骨骼等方面。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种氧化锆粉体、其制品及制备方法，其目的在于通过两次固液分离手段尽可能的除去氧化锆粉体制备过程中的杂质，提供一种新的氧化锆粉体制备方法及氧化锆粉体，由此解决现有的氧化锆粉体纯度不高，放射性较高，不能满足精密陶瓷要求，不能作为生物陶瓷等方面的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种氧化锆粉体，所述氧化锆粉体主要组分为ZrO2+HfO2+MxOy，其中MxOy为金属氧化物，其含量占主要组分的摩尔百分比小于或等于15％，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种，所述主要组分占氧化锆粉体的质量百分比在90％以上，主要组分之外的其他金属氧化物每种占所述氧化锆粉体的质量分数小于或等于0.01％。优选地，所述氧化锆粉体，其所述其他金属氧化物为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化铯、氧化钴、氧化锶、氧化钋、氧化镭、氧化铀、氧化钍、氧化钚以及氧化钫。优选地，所述氧化锆粉体，其中氯元素质量百分比低于或等于0.05％。优选地，所述氧化锆粉体，依据ISO13356：2008测得的比放射活度小于或等于100Bq/kg。优选地，所述氧化锆粉体，其四方和立方晶相的含量大于或等于90％。按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述氧化锆粉体的制备方法，包括以下步骤：(1)将锆前驱体溶液加热发生化学反应，使得锆阳离子转化成氧化锆、氢氧化锆或其水合物，反应至锆阳离子转化率大于或等于90％，制得含锆反应混合物；所述锆前驱体溶液，其锆阳离子浓度小于或等于5.0mol/L；(2)将步骤(1)中制得的含锆反应混合物，调节pH小于或等于2.0，然后进行固液分离处理，得到含锆固体和溶液A；(3)将步骤(2)中制得的含锆固体用纯水配制成质量浓度在5％至70％之间的含锆浆液，并按照所需化学计量比向所述含锆浆液中添加金属氧化物MxOy的前驱体，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种；(4)将步骤(3)中制得的含锆浆液，调节pH值大于或等于6.0，然后进行固液分离处理，得到主要组分前体固体和溶液B；(5)将步骤(4)中制得的主要组分前体固体干燥并煅烧，洗涤造粒后即制得所述氧化锆粉体。优选地，所述制备方法，其步骤(1)所述锆前驱体为氯氧化锆、氯化锆、硝酸锆、硫酸锆、碳酸锆和磷酸锆等的一种或多种的组合。优选地，所述制备方法，其所述步骤(1)反应温度在40℃至400℃之间，压力在0.1MPa至3.25MPa之间；优选温度在50℃至250℃之间，压力在0.1MPa至1.2MPa之间；更优选温度在80℃至150℃之间，压力在0.1MPa至0.5MPa之间。优选地，所述制备方法，其所述步骤(5)煅烧温度在600℃至1100℃之间，升温速率在200℃/h至1200℃/h之间，维持煅烧最高温度0.5小时至5小时。按照本专利技术的另一方面，提供了一种压制体，由本专利技术提供的氧化锆粉体压制而成，其主要组分为ZrO2+HfO2+MxOy，其中MxOy为金属氧化物，其含量小于或等于15摩尔％，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种，所述主要组分占氧化锆粉体的质量百分比在90％以上，主要组分之外的其他金属氧化物每种占所述氧化锆粉体的质量分数小于或等于0.01％。优选地，所述压制体，依据ISO13356：2008测得的其比放射活度小于或等于100Bq/kg。优选地，所述压制体，按ISO18754测得的密度大于或等于6.0g/cm3，依据ASTME112测得的晶粒大小在30纳米至400纳米之间。按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述压制体的制备方法，所述压制体由所述的氧化锆粉体压制烧结制得，烧结温度在1100℃至1600℃之间，烧结时间0.5小时至10小时。按照本专利技术的另一方面，提供了一种陶瓷材料，包括所述的压制体。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的氧化锆粉体，其纯度高，各种金属氧化物杂质相对于现有的氧化锆粉体明显减少，因此其放射性明显低于现有的氧化锆材料，用于制备精密陶瓷，如生物陶瓷等材料，具有明显的机械性能优势，如密度、硬度，以及安全性能优势，如放射性等。(2)本专利技术提供氧化锆粉体制备方法在化学法合成氧化锆过程中，可以通过调控锆前驱体加热反应后溶液的pH≤2.0，使得除锆以外的金属杂质以阳离子的形式溶解于反应液中，然后通过固液分离的办法去除锆前驱体中所含的大部分金属阳离子；然后，将回收的含锆固体分散在纯水中形成浆液，添加钇等添加物的前驱体，调控浆液的pH≥6.0，使钇等添加物转化为氢氧化物沉淀，再进行第二次固液分离以除去锆和钇等添加物以外的阴离子和阳离子。(3)本专利技术提供氧化锆粉体制备方法，通过除去杂质阴离子，一方面可以显著减少后续煅烧过程中源自阴离子的有毒和腐蚀性气体的释放，并减轻这些气体对生产设备的腐蚀作用；另一方面，还可以提高其压制成型和烧结性能，有利于制得相对密度更高、强度和韧性更好的陶瓷烧结体。(4)本专利技术提供的压制体机械性能好，密度高，另外具有较高纯度、较低的放射性和较好的烧结性能。(5)本专利技术提供的陶瓷材料，纯度高，机械性能好，能应用于精密陶瓷，如生物陶瓷领域。附图说明图1是实施例1制得的氧化锆粉体的X-射线衍射图谱；图2是实施例1和比较例11制得的煅烧前的氧化锆前体的X-射线衍射图谱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的氧化锆粉末，其主要组分为ZrO2+HfO2+MxOy，其中MxOy为金属氧化物，其占主要组分的摩尔百分比小于或等于15摩尔％，优选在2摩尔％至8摩尔％之间，更优选在2.5摩尔％至3.5摩尔％之间，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种，所述主要组分占氧化锆粉体的质量百分比在90％以上。其他金属氧化物，如二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化铯、氧化钴、氧化锶、氧化钋、氧化镭、氧化铀、氧化钍、氧化钚、氧化钫等，每种占所述氧化锆粉体的质量分数小于或等于0.01％，优选小于或等于0.005％，更优选小于或等于0.001％；氯元素质量百分比低于或等于0.05％。所述氧化锆粉体，依据ISO13356：2008测得的比放射活度低于或等于100Bq/kg，优选低于或等于50Bq/kg。其四方和立方晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锆粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将锆前驱体溶液加热发生化学反应，使得锆阳离子转化成氧化锆、氢氧化锆或其水合物，反应至锆阳离子转化率大于或等于90％，制得含锆反应混合物；所述锆前驱体溶液，其锆阳离子浓度小于或等于5.0mol/L；(2)将步骤(1)中制得的含锆反应混合物，调节pH小于或等于2.0，然后进行固液分离处理，得到含锆固体和滤溶液A；(3)将步骤(2)中制得的含锆固体用纯水配制成质量浓度在5％至70％之间的含锆浆液，并按照所需化学计量比向所述含锆浆液中添加金属氧化物MxOy的前驱体，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种；(4)将步骤(3)中制得的含锆浆液，调节pH值至大于或等于6.0，然后进行固液分离处理，得到主要组分前体固体和溶液B；(5)将步骤(4)中制得的主要组分前体固体干燥并煅烧，洗涤造粒后即制得所述氧化锆粉体。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将锆前驱体溶液加热发生化学反应，使得锆阳离子转化成氧化锆、氢氧化锆或其水合物，反应至锆阳离子转化率大于或等于90％，制得含锆反应混合物；所述锆前驱体溶液，其锆阳离子浓度小于或等于5.0mol/L；(2)将步骤(1)中制得的含锆反应混合物，调节pH小于或等于2.0，然后进行固液分离处理，得到含锆固体和滤溶液A；(3)将步骤(2)中制得的含锆固体用纯水配制成质量浓度在5％至70％之间的含锆浆液，并按照所需化学计量比向所述含锆浆液中添加金属氧化物MxOy的前驱体，M选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种；(4)将步骤(3)中制得的含锆浆液，调节pH值至大于或等于6.0，然后进行固液分离处理，得到主要组分前体固体和溶液B；(5)将步骤(4)中制得的主要组分前体固体干燥并煅烧，洗涤造粒后即制得所述氧化锆粉体。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锆前驱体为氯氧化锆、氯化锆、硝酸锆、硫酸锆、碳酸锆和磷酸锆中的一种或多种的组合，反应温度在40℃至400℃之间，压力在0.1MPa至3.25MPa之间。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述温度在50℃至250℃之间，所述压力在0.1MPa至1.2MPa之间。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：游志雄，
申请(专利权)人：武汉拓柏仕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42