Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Y‑ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体及其制备方法，粉体是由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系，协同稳定氧化锆的四方晶相，最终形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝。本发明专利技术的Y‑ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，是由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系协同从稳定氧化锆的四方晶相，形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝，从而进一步提高了氧化锆复合陶瓷的韧性及抗老化能力。

Y-ZrO2 coated Al2O3 nano composite powder and preparation method

The invention provides a Y ZrO2 coated Al2O3 nano composite powder and its preparation method. The powder is composed of tetragonal zirconia as the matrix, yttrium oxide as the main stabilizer, the third components of alumina is composed of the doping system, the tetragonal phase of zirconium oxide is stabilized, and the yttrium stable zirconium oxide is finally formed. The Y ZrO2 coated Al2O3 nano composite powder is composed of tetragonal zirconia as the matrix and yttrium oxide as the main stabilizer. The third component of alumina is composed of the tetragonal phase of the zirconia stabilized zirconium oxide, and the yttrium stabilized zirconium oxide coated nano alumina is formed, thus the toughness of the zirconia composite ceramics is improved. And anti aging ability.

【技术实现步骤摘要】
Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体及制备方法
本专利技术涉及ZrO2复合陶瓷材料技术
，尤其涉及Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体及其制备方法。
技术介绍
氧化锆复合材料是新型结构陶瓷材料，具有优良的力学性能及材料工艺特性，比如具有高比表面积和丰富的表面缺陷，同时具有弱酸、弱碱性和氧化还原性，是一种P-型半导体材料，易于产生氧空穴，可作为催化剂、催化剂载体及助剂，被广泛用于能源、环境、材料等领域。氧化钇稳定氧化锆粉体超细的晶粒粒度、均匀的颗粒以及合理的成分配比是获得高离子电导性能和良好机械强度氧化钇稳定的氧化锆固体电解质的关键，纳米YSZ微粒的制备一直是纳米材料制备科学中的一个热点。现有纳米氧化锆粉体的制备方法、技术很多，常见的有共沉淀法、醇盐水解法、水热法、溶胶凝胶法、乳浊液法、微乳法等，这些方法各有特点，但也存在很多不足。如共沉淀法制得的粉体存在相当多的硬团聚，有机醇盐水解法原料来源困难，价格较高，水热法条件苛刻、成本较高，国内至今未形成工业化生产。例如中国专利申请号：201310675581.4公开了制备纳米氧化铝包覆氧化锆(8mol.％Y2O3)复合陶瓷粉体的方法，在pH＝5的反应条件下，将质量分数为1.0％的硅烷偶联剂、分散剂聚丙烯酰胺(PAM)及氧化锆(8mol.％Y2O3)混合，并进行超声搅拌，获得ZrO2悬浊液；向ZrO2悬浊液中加入6.0mol·L-1氨水20mL及浓度为0.1mol·L-1的AlCl3溶液15g充分反应，陈化2h；对混合液依次进行抽滤、洗涤、干燥、煅烧处理，即获得纳米氧化铝包覆氧化锆(8mol.％Y2O3)复合陶瓷粉体。该技术方案采用硅烷偶联剂，为氧化锆表面进行改性后的氧化铝前驱体，制备过程较为复杂，仅仅能达到抑制氧化锆粉体烧结过程中的晶粒长大的目的。对于粉体本身的粒径大小以及分散性来说，仍然存在着优化的可能性，且纯度不高。再例如中国专利申请号：201510086447.X公开了一种纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法。以氧化铝为主料，以氧氯化锆、氯化钇配制成混合溶液，以尿素或六次甲基四胺作为均匀沉淀剂，通过调节温度，在氧化铝表面形成一层氢氧化锆包覆层。通过喷雾干燥后得到前驱粉体，再经过煅烧得到纳米氧化锆包覆氧化铝粉体。该技术方案中，氧化锆复合陶瓷的韧性及抗老化能力较差，且煅烧温度较高。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的氧化锆复合陶瓷的韧性及抗老化能力较差，粒径较大，且团聚分散不充分的问题，本专利技术提供了一种Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体及其制备方法。本专利技术采用的技术方案为：一种Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，其创新点在于：由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系，协同稳定氧化锆的四方晶相，最终形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝。在一些实施方式中，所述氧化钇0～8mol％，氧化铝0～20wt％。在一些实施方式中，所述粉体粒径大小为20-25nm，团聚粒径大小D50<0.15μm，SBET＝8～12±0.6m2/g，相对密度为99.8％以上。本专利技术的另一个目的是提供一种Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体的制备方法，其创新点在于：具体包括以下步骤：步骤一：配置ZrOCl2·8H2O溶液，Zr4+浓度为2mol/L，加入Y2O3及第三组分，其中Y2O3的加入量为0～8mol％，以上述两个组分为原料反应制成溶液；所述第三组分为氧化铝；步骤二：再加入氯氧锆及疏水剂成混合水液，与沉淀剂溶液雾化反应完毕；步骤三：控制pH＝8～10范围，再加入纳米氧化锆溶胶，洗涤、干燥、烧结得到纳米氧化钇稳定氧化锆粉体。在一些实施方式中，所述氧化铝的加入量为0～20wt％。在一些实施方式中，所述沉淀剂包括碳酸氢铵、碳酸铵、尿素、氨水的任意一种或几种粉末的混合物。在一些实施方式中，疏水剂的的加入量为(1～20wt％)。在一些实施方式中，所述疏水剂材料具体为0.5～2μm多孔活性炭或淀粉的混合物。在一些实施方式中，所述加入的纳米氧化锆溶胶的质量分数为：1～3wt％。在一些实施方式中，所述加入的纳米氧化锆溶胶的纳米粒径为5～20nm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，是由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系协同从稳定氧化锆的四方晶相，形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝，从而进一步提高了氧化锆复合陶瓷的韧性及抗老化能力。(2)本专利技术在制备3Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体时，采用母液雾化于沉淀剂溶液反应，极大地增大了反应物的接触面积，缩短了反应时间。大大减少了凝胶粒子的软团聚，使得各组分相互分散充分；所制备的溶胶粒子具有超细、各组分相互分散均匀的特点。(3)本专利技术在制备3Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体时，在母液中加入自验的疏水材料，在洗涤过程中能破坏胶体前驱物氯离子形成的键桥，特别容易，减少废水排放，提高了工作效率。(4)本专利技术同时结合微波水热反应，避免了高温煅烧引起纳米粉体的硬团聚，微波水热工艺避免了高温高压的苛刻生产条件，生产工艺简单、安全、成本较低，且对设备要求不高，同时微波水热时间较常规水热时间缩短了60％以上，节约了生产成本，减少了废气的排放，是一种环境友好型的生产方法。(5)本专利技术制备氧化锆复合陶瓷粉时，添加微量的纳米氧化锆溶胶，提供晶核，加快Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体中氧化锆晶核快速形成，降低了氧化锆陶瓷的烧结温度，又增强了氧化锆陶瓷材料的塑性。用本方法制备Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体粉体具有粒径小、粒度分布集中以及分散性好、团聚少、烧结活性高的特点。本专利技术具有安全、粉体性能好、微波水热时间短、成本较低的特点，适用于工业化。附图说明图1是实施例1未雾化反应的胶体团聚粒径分布图；图2是实施例2反应的胶体团聚粒径分布图；图3实施例4氧化钇稳定氧化锆粉体TEM图；图4实施例四方氧化锆(t-ZrO2)转变温度变化DTA图。具体实施方式以下结合附图和实施例，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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术披露了一种Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，作为本专利技术的一个专利技术点，是由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系，协同稳定氧化锆的四方晶相，最终形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝。其中，所述氧化钇添加量为0～8mol％，氧化铝的添加量为0～20wt％。具体的，在本专利技术中，上述Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体粒径大小为20-25nm，团聚粒径大小D50<0.15μm，SBET＝8～12±0.6m2/g，相对密度为99.8％以上。此外，本专利技术的还披露了一种Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体的制备方法，其创新点在于：具体包括以下步骤：步骤一：配置ZrOCl2·8H2O溶液，Zr4+浓度为2mol/L，加入Y2O3及第三组分，其中Y2O3的加入量为0～8mol％，以上述两个组分为原料反应制成溶液；所述第三组分为氧化铝；其中，氧化铝的加入量为0～20wt％。作为进一步优选的，氧化铝的加入量为12-15wt％。步骤二：再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Y‑ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，其特征在于：由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系，协同稳定氧化锆的四方晶相，最终形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝。

【技术特征摘要】
1.一种Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，其特征在于：由四方氧化锆作基体，氧化钇为主要稳定剂，氧化铝第三组分组成掺杂体系，协同稳定氧化锆的四方晶相，最终形成钇稳定氧化锆包裹纳米氧化铝。2.根据权利要求1所述的Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，其特征在于：所述氧化钇0～8mol％，氧化铝0～20wt％。3.根据权利要求1所述的Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体，其特征在于：所述粉体粒径大小为5-50nm，团聚粒径大小D50<0.18μm，SBET＝8～12m2/g，相对密度为99.8％以上。4.一种权利要求1所述的Y-ZrO2包覆Al2O3纳米复合粉体的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：配置ZrOCl2·8H2O溶液，Zr4+浓度为2mol/L，加入Y2O3及第三组分，其中Y2O3的加入量为0～8mol％，以上述两个组分为原料反应制成溶液；所述第三组分为氧化铝；步骤二：再加入疏水剂成混合水液，与沉淀剂溶液雾化反应完毕；步骤三：控制pH＝8～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠义，
申请(专利权)人：湖南宏祥锆业高科有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43