一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，包括以下步骤：配制含锆溶液；b、制备预处理碳纳米管；c、制备二氧化锆基体；d、将二氧化锆基体在氮气保护下热处理，得到改性纳米氧化锆。本发明专利技术提供的纳米氧化锆的制备方法使用氯化锆为原料，制备过程中改性的碳纳米管，可以显著提升氧化锆的稳定性，在用于制备陶瓷时，具有很高的机械强度及尺寸稳定性。

A Method for Preparing Modified Zirconia Nanoparticles for High Strength Ceramics

The invention relates to a preparation method of modified nano-zirconia for preparing high strength ceramics, which includes the following steps: preparing zirconium-containing solution; b, preparing pretreated carbon nanotubes; c, preparing zirconia matrix; d, heat treating zirconia matrix under nitrogen protection to obtain modified nano-zirconia. The preparation method of nano-zirconia provided by the invention uses zirconium chloride as raw material, and the modified carbon nanotubes in the preparation process can significantly improve the stability of zirconia. When used to prepare ceramics, the nano-zirconia has high mechanical strength and dimensional stability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法
本专利技术属于纳米材料领域，属于纳米改性无机非金属材料领域，具体涉及一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法。
技术介绍
纳米氧化锆具有抗热震性强、耐高温、化学稳定性好、材料复合性突出等特点。将纳米氧化锆与其他材料（Al2O3、SiO2）复合，可以极大地提高材料的性能参数，提高其断裂韧性、抗弯强度等。因此，纳米二氧化锆不仅应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域，也应用于提高金属材料的表面特性（热传导性、抗热震性、抗高温氧化性等）。目前，氧化锆也被用作陶瓷添加剂，但是，氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相，不同形态的氧化锆在转化过程中体积也存在不同，直接添加会造成产品或者釉面的开裂，影响制品的品质，现在，在氧化锆改性时往往通过在其中添加金属氧化物等来提升氧化锆的稳定性，现在经常在制备过程中添加硝酸钇作为稳定剂，而且用量较大，硝酸钇具有极强的毒性，在处理过程中及副产物中易出现有毒副产物，对环境及操作员具有危害性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，通过对纳米氧化锆制备方法的调整，提升了氧化锆的稳定性，同时，提升了纳米氧化锆的分散性，保证了强度及耐高温性能。本专利技术通过以下技术方案实现：一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，包括以下步骤：a、按重量计取氯化锆100份、无水乙醇400份、无水乙酸20份放入容器，使用磁力搅拌器搅拌30-60min；b、制备处理液，处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂0.8份、硝酸镧0.05份、十二烷基磺酸钠0.7份、草酸1份、水30份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管8份加入上述处理液中，使用超声波处理60-81min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管；本申请使用偶联剂、硝酸镧等处理纳米碳管，利用纳米碳管良好的稳定性及巨大的比表面积和吸附性，能够在后续处理时，对氧化锆基体具有更好的络合与吸附作用，起到稳定氧化锆结构，同时，可以作为骨架，使纳米氧化锆能够分散在碳纳米管组成的框架周边，提升材料的强度，但是，又可以保持纳米氧化锆的松散性。c、将步骤b制得的预处理碳纳米管与步骤a得到的混合物混合，以1000r/min的转速搅拌30min，然后超声震荡20min，向其中滴加2mol/L的氢氧化钠溶液，滴加过程中不断使用超声波震荡处理，至溶液PH为8.2停止滴加，抽滤，洗涤，得到二氧化锆基体；在该步骤中，经过处理，使锆离子分散在碳纳米管中，形成稳定的键合结构，然后进行热处理，可以保证热处理后纳米氧化锆保持很好的力学性能及松散度，提升使用的性能。由于碳纳米管具有多孔结构，再加入处理液后，能够对处理液中的成分具有良好的分散剂吸附作用，溶液中草酸也能够通过氢键等化学键及吸附作用吸附在孔隙表面，经过蒸干后，还可以残留部分草酸根，然后加入含锆溶液时，使锆离子与草酸根络合，能使得锆更均匀地分散在碳纳米管周围，然后加入碱液，水洗，在氧化锆成核过程中由于草酸的极性相互排斥作用，对团聚起到空间位阻作用，使得纳米氧化锆更细化、分散性更好，制备陶瓷时，能提高陶瓷材料的致密度。d、将二氧化锆基体在氮气保护下热处理，得到改性纳米氧化锆。在步骤d中，热处理温度为380-420℃，热处理时间为2h。在步骤d中热处理步骤中，先将二氧化锆基体加热至150℃，升温幅度为3℃/min，保温20min，然后使用气流磨研磨成细粉，在继续升温至400℃，保温2h。进一步避免烧结过程中出现结块，提升处理效果。所述碳纳米管经过改性处理，处理步骤如下（1）、制备改性液，改性液为甲基硅油与乙二醇按重量比1:6制成；（2）、将碳纳米管加入改性液中，超声处理2h，然后减压蒸馏，除去溶剂，然后在50-60℃下烘干；（3）、将步骤（2）处理好的原料置于高温管式炉中，升温至460℃，保温处理30min，然后以3℃/min的速度升温至490℃，保温60min，得到表面改性碳纳米管；在此温度下可以保证碳纳米管的结构，同时，采用逐步升温的方式能够提升硅氧化物在碳纳米管表面沉积的速度和均匀性。本申请中对碳纳米管进行改性处理，使用甲基硅油与碳纳米管充分分散后高温处理，使碳纳米管表层产生硅的氧化物，在保证碳纳米管多孔性的前提下，提升了材料的强度和耐热性。所述步骤d中体系压力为0.02MPa。所述步骤b中硅烷偶联剂为KH550。一种陶瓷制备方法如下：分别使用各实施例中的氧化锆作为基体材料，然后加入氧化锆重量4%的粘结剂、氧化锆重量0.5%的着色剂，所述粘结剂为石蜡和聚乙烯醇按重量比2：3混合制成，然后制成陶瓷胚体，然后对胚体进行烧结成型，烧结时，先升温至230℃保温处理1h，然后以6℃/min的升温速度升温至580℃，保温20min，再以8℃/min升温至780℃，保温30min，然后以2.5℃/min的速度升温至1200℃，保温2h，再以2℃/min的速度升温至1460℃，保温20min，再升温至1650℃，保温50min，得到陶瓷。所述着色剂使用钒锆蓝着色剂。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的纳米氧化锆的制备方法使用氯化锆为原料，制备过程中改性的碳纳米管，可以显著提升氧化锆的稳定性，不需要额外加入其他稳定剂，而且改性碳纳米管具有很好的强度及分散性，在用于制备陶瓷时，具有很高的机械强度及尺寸稳定性，同时，本申请制备的纳米氧化锆的分散性能好，与其他材料的相容性更高，能够适用于陶瓷，能显著提升陶瓷的强度和致密度。由于其中的碳纳米管具有良好的分散性及助溶性，制备的氧化锆能复合多种功能性成分，利于对氧化锆的性能进行进一步改进，大大提升了材料的使用范围。具体实施方式实施例1一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，包括以下步骤：a、按重量计取氯化锆100份、无水乙醇400份、无水乙酸20份放入容器，使用磁力搅拌器搅拌30-60min；b、制备处理液，处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂0.8份、硝酸镧0.05份、十二烷基磺酸钠0.7份、草酸1份、水30份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管8份加入上述处理液中，使用超声波处理60-81min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管；c、将步骤b制得的预处理碳纳米管与步骤a得到的混合物混合，以1000r/min的转速搅拌30min，然后超声震荡20min，向其中滴加2mol/L的氢氧化钠溶液，滴加过程中不断使用超声波震荡处理，至溶液PH为8.2停止滴加，抽滤，洗涤，得到二氧化锆基体；d、将二氧化锆基体在氮气保护下热处理，得到改性纳米氧化锆。在步骤d中热处理步骤中，先将二氧化锆基体加热至150℃，升温幅度为3℃/min，保温20min，然后使用气流磨研磨成细粉，在继续升温至400℃，保温2h。所述碳纳米管经过改性处理，处理步骤如下（1）、制备改性液，改性液为甲基硅油与乙二醇按重量比1:6制成；（2）、将碳纳米管加入改性液中，超声处理2h，然后减压蒸馏，除去溶剂，然后在50-60℃下烘干；（3）、将步骤（2）处理好的原料置于高温管式炉中，升温至460℃，保温处理30min，然后以3℃/min的速度升温至490℃，保温60min，得到表面改性碳纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、按重量计取氯化锆100份、无水乙醇400份、无水乙酸20份放入容器，使用磁力搅拌器搅拌30‑60min；b、制备处理液，处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂0.8份、硝酸镧0.05份、十二烷基磺酸钠0.7份、草酸1份、水30份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管8份加入上述处理液中，使用超声波处理60‑81min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管；c、将步骤b制得的预处理碳纳米管与步骤a得到的混合物混合，以1000r/min的转速搅拌30min，然后超声震荡20min，向其中滴加2mol/L的氢氧化钠溶液，滴加过程中不断使用超声波震荡处理，至溶液PH为8.2停止滴加，抽滤，洗涤，得到二氧化锆基体；d、将二氧化锆基体在氮气保护下热处理，得到改性纳米氧化锆。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、按重量计取氯化锆100份、无水乙醇400份、无水乙酸20份放入容器，使用磁力搅拌器搅拌30-60min；b、制备处理液，处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂0.8份、硝酸镧0.05份、十二烷基磺酸钠0.7份、草酸1份、水30份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管8份加入上述处理液中，使用超声波处理60-81min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管；c、将步骤b制得的预处理碳纳米管与步骤a得到的混合物混合，以1000r/min的转速搅拌30min，然后超声震荡20min，向其中滴加2mol/L的氢氧化钠溶液，滴加过程中不断使用超声波震荡处理，至溶液PH为8.2停止滴加，抽滤，洗涤，得到二氧化锆基体；d、将二氧化锆基体在氮气保护下热处理，得到改性纳米氧化锆。2.根据权利要求1所述的一种用于制备高强度陶瓷的改性纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：在步骤d中，热处理温度为380-420℃，热处理时间为2h。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳，
申请(专利权)人：合肥汉甲陶瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34