一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉及其制备方法和应用，该经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉由两部分组成，一部分是尺寸小于200nm的搀杂的氧化锆陶瓷粉，另一部分为对氧化锆陶瓷粉进行表面修饰的有机官能团或者有机树脂。与现有技术相比，本发明专利技术具有制备过程可控性强、过程简单、操作方便、成本低廉，比较小的可控的直径尺寸，分散性好，颗粒度均匀，当用于加工制备高档陶瓷装饰材料时，具有良好的可加工性，在高端装饰消费品具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料制备及其应用
，尤其是涉及一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉及其制备方法和应用。
技术介绍
氧化锆陶瓷是日常生活中常见的一种陶瓷材料，由于氧化锆本身化学性质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使得氧化锆陶瓷材料具有良好的应用性能，而且通过掺杂一些其他元素还可以改善其机械性能、热烧结性能，例如掺加一定量的钇元素以后氧化锆陶瓷材料凭借其特殊相变增韧机制，可以具有非常好的机械性能，比较好的韧性，克服了陶瓷材料常见的脆性易碎的问题。氧化锆基陶瓷材料已经成为材料界研究的重点，也已经成为发展最快的陶瓷装饰材料，在高档表盘、表链、人造牙、人工关节、手机壳等应用具有广阔的市场前景。氧化锆陶瓷粉体是各种陶瓷器件加工的原材料，也是陶瓷应用的基础。因此有关氧化锆陶瓷粉体的制备是氧化锆陶瓷应用技术的核心。在应用过程中氧化锆陶瓷粉体的纯度、颗粒大小、表面性能和形状等性能直接决定了陶瓷器件加工的良品率和后续的使用性能。而随着各种高档陶瓷装饰材料的需求的提高，对粉体提出了更高的性能要求，要求粉体具有更小的颗粒尺寸可以达到纳米级，而且颗粒均匀分散。因此有关高质量的氧化锆纳米陶瓷粉体的制备是现在的研究热点和技术难点。现在有关氧化锆陶瓷粉体已经有很多种制备方法，例如沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法等方法，但是现在常见有关氧化锆陶瓷粉体的制备方法制备出的陶瓷粉体颗粒往往比较大，即使颗粒尺寸可以达到纳米级，但是总是团聚严重或晶相不纯，这极大地限制了氧化锆陶瓷材料的开发与应用。此外经过高温焙烧处理以后的氧化锆陶瓷粉体由于团聚长大，表面没有有机官能团，在加工过程中与高分子树脂相容性往往比较差，这极大地降低了氧化锆陶瓷粉体加工的成品率。综上所述，高质量的纳米级氧化锆陶瓷粉体的制备及其表面修饰处理是决定氧化锆陶瓷应用的关键技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，由两部分组成，一部分是尺寸小于200nm的搀杂的氧化锆陶瓷粉，另一部分为对氧化锆陶瓷粉进行表面修饰的有机官能团或者有机树脂。进一步地，所述的搀杂的氧化锆陶瓷粉是球形形貌或不规则形貌，颗粒直径为80-200nm，比表面积为5-15m2/g，由纯四方相的晶相组成。进一步地，所述的经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉中表面修饰的有机官能团或者有机树脂的含量不大于整个经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉总质量的5％；其中，第一部分搀杂的氧化锆陶瓷粉中搀杂元素的含量不大于整个陶瓷纳米粉总质量的25％。进一步地，所述的搀杂的氧化锆陶瓷粉包括以下重量百分比的组成：氧化锆为65-98ωt％，氧化钇为0-5ωt％，氧化钕为0-5ωt％，氧化铈为0-5ωt％，氧化铥为0-5ωt％，氧化铒为0-5ωt％，氧化钐为0-5ωt％，氧化铁为0-5ωt％，氧化铝为0-20ωt％，氧化硅为0-5ωt％。进一步地，所述的对氧化锆陶瓷粉进行表面修饰的有机官能团或者有机树脂是通过表面修饰剂修饰氧化锆陶瓷粉得到的，所述的表面修饰剂为含有多种有机官能团的有机硅烷偶联剂，或者有机锆酸酯偶联剂，或者有机钛酸酯偶联剂，或者有机铝酸酯偶联剂或者有机硅树脂，或者有机硅橡胶，或者有机高分子中的一种或几种。进一步地，所述的表面修饰剂是含有烷烃链基团的有机硅烷偶联剂、含有不饱和键的有机硅烷偶联剂、含有环氧基团链段的有机硅烷偶联剂、含有烷烃链基团的钛酸酯偶联剂、含有环氧基团链段的有机钛酸酯偶联剂、含有烷烃链基团的铝酸酯偶联剂、含有环氧基团链段的有机铝酸酯偶联剂、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚多巴胺、聚苯乙烯、聚丁二烯中的一种或几种。更进一步地，有机硅烷偶联剂通常是指在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，例如，可以是同时含有X基团和Y基团的有机硅化合物，例如可以是YmSiXn(其中1≤m≤3，1≤n≤3，m和n为整数，m+n＝4)，所述X基团和Y基团可以是两种不同化学性质基团，例如，所述X基团包括末端为氯基、氟烷基、甲氧基、乙氧基、甲氧基、乙氧基或乙酰氧基等的基团，所述Y基团包括末端为乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基；所述的有机硅烷偶联剂包括氯基硅烷偶联剂、胺基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、氟硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂、甲氧基硅烷偶联剂、乙氧基硅烷偶联剂、甲氧基乙氧基复合硅烷偶联剂、乙酰氧基硅烷偶联剂的一种或几种。一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉的制备方法，包括如下步骤，(1)将表面活性剂溶解到醇和水混合溶剂中，搅拌得到澄清溶液；(2)将锆源和搀杂元素前驱体添加到上述澄清溶液中，继续搅拌0.5-3h溶解得到前驱体溶液；该前驱体溶液中锆元素的质量分数为1-5％；(3)在搅拌下将预先配置好的沉淀剂溶液慢慢滴加到上述前驱体溶液中，继续搅拌12-24h，得到凝胶沉淀，经离心分离和洗涤后，烘干，煅烧，即得到尺寸小于200nm搀杂的氧化锆陶瓷纳米粉；(4)通过有机官能团前驱体或者有机树脂对搀杂的氧化锆陶瓷纳米粉进行包覆表面修饰改性。具体修饰改性方法为：将上述搀杂的氧化锆陶瓷粉分散在水和乙醇(V水：V乙醇＝10:0.5～2)混合溶剂中，使搀杂的氧化锆陶瓷粉的质量体积浓度为0.01～0.5g/ml，然后加入氨水(氨水在整个溶液中所占的质量分数为1～5％)，得到悬浊液，加入有机官能团前驱体或者有机树脂反应，然后离心分离洗剂干燥，得到经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉。进一步地，步骤(1)所述表面活性剂、醇和水按质量体积比为0-2g：0-50ml：200-300ml；步骤(2)所述沉淀剂为草酸铵或氨水，沉淀剂添加量为前驱体溶液质量的1-5％；所述的锆源包括氯氧化锆、硝酸锆或氯化锆，所述的搀杂元素前驱体为掺杂元素的可溶性盐，包括硝酸盐或盐酸盐；步骤(3)所述的离心分离是在10000-15000rpm转速下离心1-10min；所述洗涤是用乙醇清洗两次后，再用水清洗两次；所述烘干是在50-80℃下干燥8-16h；所述煅烧是马弗炉内在800-1200℃下煅烧3-6h。一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉的应用，所述的经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉可以添加到多种高分子树脂中，制备各种陶瓷高档装饰材料。进一步地，所述的高分子树脂包括双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、苯酚-酚醛型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂、乙二醇型环氧树脂、三官能团环氧树脂和双马来酰亚胺树脂的一种或几种；所述的陶瓷高档装饰材料包括陶瓷手机外壳、陶瓷表盘、陶瓷刀、陶瓷牙和陶瓷关节。与现有技术相比，本专利技术具有制备过程可控性强、过程简单、操作方便、成本低廉，比较小的可控的直径尺寸，多种形貌，分散性好，颗粒度均匀，可与多种高分子树脂具有良本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，该经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉由两部分组成，一部分是尺寸小于200nm的搀杂的氧化锆陶瓷粉，另一部分为对氧化锆陶瓷粉进行表面修饰的有机官能团或者有机树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，该经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉由两部分组成，一部分是尺寸小于200nm的搀杂的氧化锆陶瓷粉，另一部分为对氧化锆陶瓷粉进行表面修饰的有机官能团或者有机树脂。


2.根据权利要求1所述的一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，所述的搀杂的氧化锆陶瓷粉是球形形貌或不规则形貌，颗粒直径为80-200nm，比表面积为5-15m2/g，由纯四方相的晶相组成。


3.根据权利要求1所述的一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，所述的经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉中表面修饰的有机官能团或者有机树脂的含量不大于整个经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉总质量的5％；
其中，第一部分搀杂的氧化锆陶瓷粉中搀杂元素的含量不大于整个陶瓷纳米粉总质量的25％。


4.根据权利要求1所述的一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，所述的搀杂的氧化锆陶瓷粉包括以下重量百分比的组成：氧化锆为65-98ωt％，氧化钇为0-5ωt％，氧化钕为0-5ωt％，氧化铈为0-5ωt％，氧化铥为0-5ωt％，氧化铒为0-5ωt％，氧化钐为0-5ωt％，氧化铁为0-5ωt％，氧化铝为0-20ωt％，氧化硅为0-5ωt％。


5.根据权利要求1所述的一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，所述的对氧化锆陶瓷粉进行表面修饰的有机官能团或者有机树脂是通过表面修饰剂对氧化锆陶瓷粉处理得到的，所述的表面修饰剂为含有多种有机官能团的有机硅烷偶联剂，或者有机锆酸酯偶联剂，或者有机钛酸酯偶联剂，或者有机铝酸酯偶联剂或者有机硅树脂，或者有机硅橡胶，或者有机高分子中的一种或几种。


6.根据权利要求5所述的一种经表面修饰的纳米氧化锆陶瓷粉，其特征在于，所述的表面修饰剂是含有烷烃链基团的有机硅烷偶联剂、含有不饱和键的有机硅烷偶联剂、含有环氧基团链段的有机硅烷偶联剂、含有烷烃链基团的钛酸酯偶联剂、含有环氧基团链段的有机钛酸酯偶联剂、含有烷烃链基团的铝酸酯偶联剂、含有环氧基团链段的有机铝酸酯偶联剂、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚多巴胺、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪伟，赵东元，
申请(专利权)人：上海元颉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31