一种纳米氧化锆/铪及金属纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米氧化Zr/Hf及金属纳米颗粒的制备方法。首先通过金属原料制备主要由Zr/Hf与Al/Zn组成的的初始合金；将初始合金溶于热碱溶液中，得到中间溶液；然后降低中间溶液碱浓度或(和)温度，使含Zr/Hf的固态絮状产物从浓度或(和)温度降低后的中间溶液中析出，得到低结晶度的纳米氧化Zr/Hf；通过进一步的热处理，得到晶态纳米氧化Zr/Hf。当初始合金中固溶有贵金属元素时，通过该方法还可以制备金属纳米颗粒掺杂的纳米氧化Zr/Hf；去除复合产物中的纳米氧化Zr/Hf后，进一步制备了金属纳米颗粒。米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米氧化锆/铪及金属纳米颗粒的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，主要涉及一种纳米氧化Zr/Hf及金属纳米颗粒的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，制备纳米HfO2与纳米ZrO2的方法主要有水热法、微乳液法、溶胶
‑
凝胶法、共沉淀法、蒸发法、超临界合成法等。但是，这些方法要么需要高温、高压等苛刻的设备与环境要求，要么需要多种反应物并经历多步反应过程，因此，极大的限制了纳米HfO2与纳米ZrO2，及其对应陶瓷材料的低成本制备与广泛应用。
[0003]掺杂金属纳米颗粒对纳米HfO2或纳米ZrO2的功能性应用具有非常重要的影响。目前，对纳米HfO2或纳米ZrO2进行金属纳米颗粒掺杂所经常采用的方法是两步法，即分别在不同的反应体系制备纳米金属氧化物与纳米金属颗粒，然后将两者机械混合。这些制备方法繁琐，涉及较多的反应物，且需要严苛的反应条件。
[0004]虽然纳米金属颗粒的制备方法有很多种，但每种方法都有一定的局限性，尤其难以规模化量产等。因此，开发新的可以规模化生产的纳米金属颗粒的制备方法同样具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述问题，提供一种低成本且可大规模生产的纳米氧化Zr/Hf的制备方法；所述制备方法的反应物和工艺简单、条件温和，可以通过低纯工业级原料制备高纯纳米氧化Zr/Hf及金属纳米颗粒掺杂的纳米氧化Zr/Hf。
[0006]一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一，提供初始合金，所述初始合金包含M、T、A三类元素；其中，M包含Zr、Hf中的至少一种；T包含Al、Zn中的至少一种；A包含O、H、Na、K、Mg、Ca、Li、Si中的至少一种；所述初始合金的相组成主要由M
‑
T金属间化合物组成；
[0008]步骤二，将所述初始合金与温度为T1、浓度为第一浓度的碱溶液反应，使初始合金溶于所述碱溶液中，得到中间溶液，其中，T1≥75℃；
[0009]步骤三，将步骤二所述中间溶液的碱浓度降低到第二浓度以下，或将步骤二所述中间溶液的温度降低到T2温度以下，或同时将步骤二所述中间溶液的碱浓度与温度降低到第二浓度以下及T2温度以下，使浓度或(和)温度降低后的中间溶液中析出含M的固态产物；其中第二浓度低于第一浓度，T2温度低于T1温度；
[0010]步骤四，收集含M的固态产物，即得到主要由纳米氧化Zr/Hf组成的产物。
[0011]所述步骤一中，
[0012]进一步地，T包含Al；进一步地，T为Al；
[0013]进一步地，T包含Zn；进一步地，T为Zn；
[0014]进一步地，M包含Zr、Hf中的至少一种，且本说明书中“M”表达的意思等同于“Zr/
Hf”；
[0015]进一步地，A包含O、H、Si中的至少一种；
[0016]进一步地，初始合金的元素组成主要为A
x
T
y
M
z
，其中x，y，z为对应各类元素的原子百分比含量，且0<x≤15％，45％≤y<95％，5％≤z<55％；
[0017]进一步地，0.3％<x≤15％，45％≤y<94.7％，5％≤z<54.7％；
[0018]进一步地，0<x≤10％，45％≤y<95％，5％≤z<55％；
[0019]进一步地，0.05％<x≤10％，45％≤y<75.95％，24％≤z<54.95％；
[0020]进一步地，0.5％<x≤10％，50％≤y<69.5％，30％≤z<49.5％；
[0021]进一步地，1％<x≤10％，50％≤y<69％，30％≤z<49％；
[0022]进一步地，1.5％<x≤10％，45％≤y<93.5％，5％≤z<53.5％；
[0023]进一步地，所述初始合金中，A类元素的原子百分比含量高于通过普通市售高纯T、高纯M熔炼获得初始合金所含有的A类元素的含量；
[0024]进一步地，所述初始合金通过将含有T、M、A的合金熔体凝固制备，在合金凝固过程中形成主要由M
‑
T金属间化合物组成的凝固组织；
[0025]进一步地，初始合金凝固组织中，A类元素固溶存在于M
‑
T金属间化合物中，或以非固溶形式存在于初始合金中；
[0026]进一步地，所述初始合金熔体凝固的速率为0.01K/s～107K/s；
[0027]进一步地，所述初始合金主要由M
‑
T金属间化合物相组成；
[0028]进一步地，所述M
‑
T金属间化合物是指该金属间化合物的相组成为M
‑
T金属间化合物相，即所述M
‑
T金属间化合物的XRD物相分析结果为M
‑
T金属间化合物相，且M
‑
T金属间化合物相的主要化学计量关系包括MT3、MT2、M2T3、MT中的至少一种。
[0029]进一步地，所述M
‑
T金属间化合物是指该金属间化合物的相组成为M
‑
T金属间化合物相，即所述M
‑
T金属间化合物的XRD物相分析结果为M
‑
T金属间化合物相；此时，M
‑
T金属间化合物相中还可以包含除M、T之外的其它元素，如A类元素；
[0030]进一步地，所述M
‑
T金属间化合物包括HfAl3、HfAl2、Hf2Al3、HfAl、ZrAl3、ZrAl2、Zr2Al3、ZrAl金属间化合物中的至少一种；
[0031]进一步地，所述初始合金为粉末状或者条带状，且粉末颗粒或者条带在三维方向上至少有一维的尺度小于等于5mm；
[0032]进一步地，所述初始合金粉末颗粒或者条带在三维方向上至少有一维的尺度小于500μm；
[0033]作为优选，所述初始合金粉末颗粒或者条带在三维方向上至少有一维的尺度小于50μm；
[0034]进一步地，所述初始合金通过将含有A、T、M类元素的金属原料熔炼，然后将合金熔体凝固制备；
[0035]进一步地，所述初始合金中A类元素的来源包括T原料引入、M原料引入、初始合金熔炼过程引入中的至少一种；
[0036]进一步地，所述初始合金熔炼过程引入包括炉衬材料经脱落引入与熔炼气氛引入中的至少一种；
[0037]进一步地，所述T原料中，A类元素的含量高于普通市售高纯T原料中的A类元素含
量；例如，以Al为例，市售高纯Al的杂质含量低于0.01％，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，包括如下步骤：步骤一，提供初始合金，所述初始合金包含M、T、A三类元素；其中，M包含Zr、Hf中的至少一种；T包含Al、Zn中的至少一种；A包含O、H、Na、K、Mg、Ca、Li、Si中的至少一种；所述初始合金的相组成主要由M
‑
T金属间化合物组成；步骤二，将所述初始合金与温度为T1、浓度为第一浓度的碱溶液反应，使初始合金溶于所述碱溶液中，得到中间溶液，其中，T1≥75℃；步骤三，将步骤二所述中间溶液的碱浓度降低到第二浓度以下，或将步骤二所述中间溶液的温度降低到T2温度以下，或同时将步骤二所述中间溶液的碱浓度与温度降低到第二浓度以下及T2温度以下，使浓度或(和)温度降低后的中间溶液中析出含M的固态产物；其中第二浓度低于第一浓度，T2温度低于T1温度；步骤四，收集含M的固态产物，即得到主要由纳米氧化Zr/Hf组成的产物。2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，初始合金的元素组成主要为A
x
T
y
M
z
，其中x，y，z为对应各类元素的原子百分比含量，且0<x≤15％，45％≤y<95％，5％≤z<55％。3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，75℃≤T1≤T
f溶液
，其中，T
f溶液
为常压下所述参与反应的碱溶液的沸点温度。4.根据权利要求1所述的一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，所述初始合金与第一浓度的碱溶液反应过程中反应界面以大于5μm/min的平均速率由初始合金表面向内推进。5.根据权利要求1所述的一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，将步骤二所述中间溶液的碱浓度降低的方式包括加溶剂稀释，且稀释溶剂中含有表面活性剂或修饰剂中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化Zr/Hf的粒径大小为1.0nm～150nm。7.根据权利要求1所述的一种纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化Zr/Hf主要为低结晶度的纳米氧化Zr/Hf。8.一种晶态纳米氧化Zr/Hf的制备方法，其特征在于，将权利要求1
‑
7任一项所述制备方法所制备的产物进行热处理，即得到主要由晶态纳米氧化Zr/Hf组成的产物。9.根据权利要求1
‑
8任一项所述制备方法制得的纳米氧化Zr/Hf在包括陶瓷材料、复合材料、高性能电子器件、半导体器件中的应用。10.一种含纳米氧化Zr/Hf的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，制备混合均匀的混合粉料，所述混合粉料包括权利要求1
‑
9任一项所述制备方法制备的纳米氧化Zr/Hf与外加粉体；其中，所述纳米氧化Zr/Hf在混合粉料中的摩尔百分比含量为V1，外加粉体在混合粉料中的摩尔百分比含量为V2，且所述外加粉体包含Al2O3、CaO、MgO、SiO2、B2O3、BeO、TiC、SiC中的至少一种；其中，1％≤V1≤100％，0≤V2≤99％；步骤S2，将混合粉料压制成为坯体，经高温焙烧，即制得含纳米氧化Zr/Hf的陶瓷材料。11.一种金属纳米颗粒掺杂的纳米氧化Zr/Hf的制备方法，包括如下步骤：步骤1，提供初始合金，所述初始合金包含M、T、D三类元素；其中，M包含Zr、Hf中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远云，李彦军，
申请(专利权)人：赵远云，
类型：发明
国别省市：