一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法技术

本发明专利技术公开了一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，通过将锆离子溶液与钇离子溶液混合后搅拌均匀，以氨水或草酸铵作沉淀剂形成沉淀，再经过陶瓷膜分离和压滤方法去除溶剂，经酸化剂调浆进行喷雾造粒，最后进行热处理可得到球形纳米结构氧化锆粉体；得到的球形纳米结构氧化锆粉体的粒度为20～90μm，由纳米结构的四方相氧化锆晶粒组成，晶粒尺寸为10～100nm，粒度分布均匀可控。该方法通过氢氧化物前驱体调制成浆料进行造粒，最后进行煅烧处理得到流动性好的均匀球形粉末，不需要进行干燥、共沸蒸馏、等离子球化或者二次煅烧等；本发明专利技术的制备方法与相关技术比较缩短了工艺流程，降低了成本，适用于大规模的工业化生产。

Method for preparing spherical zirconia powder by precursor pelletization method

The invention discloses a method for preparing the spherical zirconium oxide powder by the precursor granulation method. By mixing the zirconium ion solution with the yttrium ion solution and stirring evenly, the precipitation is formed by the ammonia water or ammonium oxalate as precipitant, then the solvent is removed by the ceramic membrane separation and the pressure filtration method, and the spray granulation is carried out through the acid modifier. Finally, the spray granulation is carried out. The spherical nano structure zirconia powder can be obtained by heat treatment. The particle size of the spherical nano zirconia powder is 20~90 m, and the grain size is 10 ~ 100nm, and the grain size distribution is uniform and controllable. The method is prepared by using the precursor of hydroxide for granulation, and at last the uniform spherical powder with good fluidity is obtained by calcining, and no drying, azeotropic distillation, plasma spheroidization, or two calcinations are needed. The preparation method of the invention reduces the process flow and reduces the cost by comparing with the related technology. It is suitable for large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，具体为涉及适用于热喷涂(等离子喷涂或火焰喷涂)等工艺制备热障涂层的前驱体一步造粒法制备球形氧化锆粉体的方法。
技术介绍
纳米级的氧化锆材料因具有某些独特的性能：常温下为绝缘体，高温下则为导体，具有敏感特性和增韧性等，被广泛的应用于制造结构陶瓷(如反应堆包套、航空发动机的排杠、汽缸内衬等)、功能陶瓷(如气体、温度、湿度、声传感器等)、压电陶瓷、电子陶瓷(如电容器、震荡器、蜂鸣器、调节器、电热组件等)、生物陶瓷、高温燃料电池、高温光学组件、磁流体发电机电极等高科技产品中。氧化锆在应用于热喷涂法工艺时，其由纳米团聚体球状粉粒喷涂到金属表面为半融化状态，球粒中间未融化部分纳米颗粒的晶相结构、粒度分布和形态对涂层的致密性和韧性等起着决定性作用。因而需要氧化锆粉体具有好的流动性、分散性等特点。在喷涂过程中需获得含有纳米结构的涂层结构，必须保证原始喷涂粉体中含有纳米结构，并且在喷涂过程中不发生完全长大；但单纯纳米级颗粒质量太小、冲量不足，在喷涂过程中不能被运动着的焰流所携带，即使进入焰流，也会有相当部分的纳米粉体被焰流吹走，另外在喷涂的过程中容易发生烧结，困此单纯的纳米材料是不能用来直接喷涂。相关技术中，采用将氧化钇稳定氧化锆粉末、去离子水和分散剂混合后球磨制成浆料，将搅拌好的浆料进行喷雾造粒，得到氧化钇稳定氧化锆造粒粉。但专利技术人发现，得到的氧化锆造粒粉致密度达不到喷涂要求，需要进行等离子球化或者二次煅烧过程才能达到致密化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，该方法与目前使用的造粒方法相比，最主要的特点是缩短了工艺流程，降低了能耗，同时保留了球形粉内部的纳米结构，适用于大规模的工业化生产。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案是，一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，包括如下步骤：1)制备混合溶液：将锆盐溶于去离子水，得到溶液A，将钇盐溶于去离子水，得到溶液B，将A、B溶液混合均匀得到混合溶液；2)制备沉淀物：将得到的混合溶液逐滴滴入氨水或者草酸铵溶液中，形成沉淀，搅拌后陈化得到沉淀物；3)洗涤过程：将沉淀物经陶瓷膜、压滤处理后去除杂质离子得到前驱体物；4)浆料造粒：将得到的前驱体物用酸化剂进行处理得到的浆料，利用喷雾干燥设备进行造粒制备得到前驱体球形粉；5)煅烧处理：将得到的前驱体球形粉煅烧处理得到四方相结构球形氧化锆，并使球形粉致密化得到球形氧化锆粉末。优选地，步骤(1)中，所述溶液A为氯氧化锆、醋酸锆或硝酸锆溶液等，其锆离子浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，所述溶液B为硝酸钇、氯化钇或硫酸钇溶液等，其钇离子浓度为0.1mol/L～0.5mol/L，其中钇离子与锆离子摩尔比为3～5：100。优选地，步骤(2)中，搅拌时间为1～2h，陈化时间为12～24h。优选地，步骤(4)中，所述酸化剂为盐酸、硝酸或者稀硫酸或者两种之间的任意配比；所述浆料的固含量在25％～35％；所述喷雾干燥的方式为离心式或二流式，所述喷雾干燥的进口温度为150℃～200℃，出口温度为80℃～120℃。优选地，步骤(5)中，煅烧温度为600℃～800℃，保温时间为1～5h。与相关技术相比，本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的前驱体一步造粒法制备球形氧化锆粉体，通过氢氧化物浆料直接造粒得到球形氧化锆前驱体，不需要进行干燥、共沸蒸馏等；将所述氧化锆前驱体进行一次煅烧致密化即可得到球形氧化锆粉体，不需要进行等离子球化或者二次煅烧；制备过程简单，缩短了工艺流程，降低了成本，便于实施操作。附图说明图1是本专利技术实施例制备球形氧化锆粉体的方法流程示意图；图2是本专利技术实施例二、三制备的球形氧化锆粉体的XRD谱图；图3是本专利技术实施例四制备的球形氧化锆粉体的扫描电镜示意图；图4是本专利技术实施例五制备的球形氧化锆粉体的扫描电镜示意图；图5是本专利技术实施例五制备的球形氧化锆粉体的扫描电镜示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。实施例一参照附图1，本专利技术实施例提供了一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，包括如下步骤：1)制备混合溶液：将锆盐溶于去离子水，得到溶液A，将钇盐溶于去离子水，得到溶液B，将A、B溶液混合均匀得到混合溶液；其中，溶液A为氯氧化锆、醋酸锆或硝酸锆溶液，其锆离子浓度为0.1mol/L～1.0mol/L；溶液B为硝酸钇、氯化钇或硫酸钇溶液，其钇离子浓度为0.1mol/L～0.5mol/L，其中钇离子与锆离子摩尔比为3～5：100；2)制备沉淀物：将得到的混合溶液逐滴滴入氨水或者草酸铵溶液中，形成沉淀，搅拌后陈化得到沉淀物；其中，搅拌时间为1～2h，陈化时间为12～24h；通过共沉淀方法制备氢氧化物胶体，成本低，所需设备简单，便于大规模的工业化生产；3)洗涤过程：将沉淀物经陶瓷膜、压滤处理后去除杂质离子得到前驱体物；4)浆料造粒：将得到的前驱体物用酸化剂进行处理得到的浆料，利用喷雾干燥设备进行造粒制备得到前驱体球形粉；所述酸化剂为盐酸、硝酸或者稀硫酸或者两种之间的任意配比；所述浆料的固含量在25％～35％；所述喷雾干燥的方式为离心式或二流式，所述喷雾干燥的进口温度为150℃～200℃，出口温度为80℃～120℃；通过氢氧化物浆料直接造粒得到球形氧化锆前驱体，不需要进行干燥、共沸蒸馏等过程，缩短了工艺流程；5)煅烧处理：将得到的前驱体球形粉煅烧处理得到四方相结构球形氧化锆，并使球形粉致密化得到单一四方相纳米结构的球形氧化锆粉末。煅烧温度为600℃～800℃，并在相应的煅烧温度下保温为1～5h。通过一次煅烧直接合成氧化锆球形粉，与相关技术中一次造粒后再进行等离子球化或者二次煅烧处理相比更加简单、节能。采用本专利技术实施例的制备方法得到的球形氧化锆粉体可直接满足于等离子体喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂等热喷涂工艺需求，可广泛用于制备各种抗高温热障涂层或抗高温、耐磨耗、耐腐蚀涂层。应用于航空航天、燃气轮机、船舶、汽车、机械、化工等行业。实施例二参照附图1，本专利技术实施例提供了一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，包括如下步骤：1)制备混合溶液：将锆盐溶于去离子水，得到溶液A，将钇盐溶于去离子水，得到溶液B，将A、B溶液混合均匀得到混合溶液；其中，混合溶液中锆离子浓度为0.1mol/L；钇离子浓度为0.1mol/L；2)制备沉淀物：将得到的混合溶液逐滴滴入氨水或者草酸铵溶液中，形成沉淀，搅拌后陈化得到沉淀物；其中，搅拌时间为1h，陈化时间为12h；3)洗涤过程：将沉淀物经陶瓷膜、压滤处理后去除杂质离子得到前驱体物；4)浆料造粒：将得到的前驱体物用酸化剂进行处理得到的浆料，利用喷雾干燥设备进行造粒制备得到前驱体球形粉；所述浆料的固含量在25％；5)煅烧处理：将得到的前驱体球形粉在800℃下煅烧处理得到四方相结构球形氧化锆，并使球形粉致密化得到单一四方相纳米结构的球形氧化锆粉末。参照附图2，制备的球形氧化锆粉体的物相为四方相，粒度分布为20～70μm，流动性为32.25s/50g，松装密度为2.10g/cm3。实施例三参照附图1，本专利技术实施例提供了一种前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，其特征是，将锆离子溶液与钇离子溶液混合后搅拌均匀，以氨水或草酸铵作沉淀剂形成沉淀，再经过陶瓷膜分离和压滤方法去除溶剂，经酸化剂调浆进行喷雾造粒，最后进行热处理可得到球形纳米结构氧化锆粉体。

【技术特征摘要】
1.一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，其特征是，将锆离子溶液与钇离子溶液混合后搅拌均匀，以氨水或草酸铵作沉淀剂形成沉淀，再经过陶瓷膜分离和压滤方法去除溶剂，经酸化剂调浆进行喷雾造粒，最后进行热处理可得到球形纳米结构氧化锆粉体。2.根据权利要求1所述的一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，其特征是，具体包括如下步骤：1)制备混合溶液：将锆盐溶于去离子水，得到溶液A，将钇盐溶于去离子水，得到溶液B，将A、B溶液混合均匀得到混合溶液；2)制备沉淀物：将得到的混合溶液逐滴滴入氨水或者草酸铵溶液中，形成沉淀，搅拌后陈化得到沉淀物；3)洗涤过程：将沉淀物经陶瓷膜、压滤处理后去除杂质离子得到前驱体物；4)浆料造粒：将得到的前驱体物用酸化剂进行处理得到的浆料，利用喷雾干燥设备进行造粒制备得到前驱体球形粉；5)煅烧处理：将得到的前驱体球形粉煅烧处理得到四方相结构球形氧化锆，并使球形粉致密化得到球形氧化锆粉末。3.根据权利要求2所述的一种前驱体造粒法制备球形氧化锆粉体的方法，其特征是，步骤(1)中，所述溶液A为氯氧化锆、醋酸锆或硝酸锆溶液，其锆离子浓度为0.1mol/L～...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳洪允，徐春辉，常晓红，侯书恩，侯慧超，何福俭，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42