一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，涉及氧化锆陶瓷加工技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术属于氧化锆陶瓷加工
，具体涉及一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法
。

技术介绍

[0002]太阳能是一种有望解决当今能源短缺问题的新型能源，所以对太阳能的开发和研究备受关注，研制具有优异光学性能的材料成为实现这一目标的基础，越来越多的科研工作者投入到这项研究中
。
由于氧化锆陶瓷材料不仅具有优异的物理和化学性能，同时具有良好的光热吸收性能，因此在新型能源和光催化领域具有很好的应用前景
。
具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷材料不仅具有普通白色氧化锆陶瓷的特性
(
高熔点
、
良好的热稳定性和机械性能
)
，更重要的是它具有比普通氧化锆更突出的光热吸收性能，因此是一种有良好应用前景的材料
。
[0003]目前黑色氧化锆陶瓷材料制备方法多为氧化物掺杂和添加着色剂的方法，这些方法制备过程复杂
、
成本高
。
因此需要一种能够以低成本获得高产量的黑色氧化锆陶瓷的制备方法
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，该方法是通过活性元素锆在界面处消耗氧化锆陶瓷中的氧原子，使氧化锆中形成氧空位浓度梯度并促使氧空位发生迁移，从而促进氧原子向界面扩散使界面反应持续进行，最终得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷
。<br/>本专利技术中采用的界面反应分为两类：一类是含活性元素锆的低熔点合金体系熔化与氧化锆陶瓷发生界面活性反应，另一类是含锆的高熔点合金体系与氧化锆陶瓷发生界面固态扩散反应
。
这是一种制备具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的新方法，本专利技术可以制备其他尺寸和形状的黑色氧化锆陶瓷
。
[0005]一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)
原料准备：称取氧化锆颗粒和锆粉，所述氧化锆与锆粉的质量比为1～
3:1
～2；
[0007](2)
混料压制：将氧化锆和锆粉混合均匀，压制成预制块；
[0008](3)
升温反应：将所述预制块在真空炉中加热至
1000℃
～
1750℃
，保温
10min
～
60min
后随炉冷却；
[0009](4)
分离：将冷却后的预制块粉碎研磨，过筛后洗涤，烘干后得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷颗粒，或将冷却后的预制块洗涤
、
烘干后得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷块
。
[0010]优选的，所述氧化锆为氧化锆颗粒或氧化锆陶瓷块
。
[0011]优选的，所述锆粉可替换为锆箔或锆板
。
[0012]优选的，所述锆粉可替换为
Ni
‑
Zr
复合粉末
。
[0013]进一步优选的，所述
Ni
‑
Zr
复合粉末中
Ni
和
Zr
的质量比为1：
1。
[0014]优选的，步骤
(2)
压制预制块的压强为
50MPa
～
70MPa。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]本专利技术制备的黑色氧化锆陶瓷具有良好的光热吸收性能，热稳定性好，有良好的高温强度和抗高温氧化性，可实现不同尺寸黑色氧化锆陶瓷的制备
。
[0017]同时本专利技术还具有成本低，效率高，制备工艺简单稳定，易于操作；本专利技术只利用界面反应制备黑色氧化锆陶瓷，没有向氧化锆中引入新的杂质；本专利技术可适用于工业化生产和应用
。
附图说明
[0018]图1为实施例1制备的黑色氧化锆陶瓷颗粒的实物照片；
[0019]图2为实施例3制备的黑色氧化锆陶块和市售白色氧化锆陶块的光吸收率
。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明
。
[0021]实施例1[0022](1)
原料准备：按质量百分比称取，氧化锆颗粒
60
％，锆粉
40
％；
[0023](2)
混料压制：将称量好的锆粉和氧化锆颗粒充分混合均匀，然后将混合均匀的物质制成长
30mm、
宽
30mm、
高
20mm
的预制块；
[0024](3)
升温反应：将预制块放置在真空炉中加热至
1200℃
，保温
60
分钟后随炉冷却；
[0025](4)
分离：将上述得到的样品粉碎研磨；待研磨完毕后，用筛子分离，再分别用去离子水和酒精洗涤分离出的颗粒物质；然后将其烘干，即可得到黑色氧化锆陶瓷颗粒
。
[0026]该实施例制备的黑色氧化锆陶瓷颗粒具有良好的光热吸收性能，热稳定性好，有良好的高温强度和抗高温氧化性
。
[0027]实施例2：
[0028](1)
原料准备：称取
5g
氧化锆颗粒，准备两块面积
5*5cm2的锆箔；
[0029](2)
预制：将称量好的氧化锆颗粒压置于两片锆箔之间，进行压制，得到预制块；
[0030](3)
升温反应：将预制块放置在真空炉中加热至
1600℃
，保温
10
分钟随炉冷却；
[0031](4)
分离：将上述得到的样品粉碎研磨；待研磨完毕后，用筛子分离，将上述得到的颗粒物质分别用去离子水和酒精洗涤；然后将其烘干，即可得到黑色氧化锆陶瓷颗粒
。
[0032]该实施例制备的黑色氧化锆陶瓷具有良好的光热吸收性能，热稳定性好，有良好的高温强度和抗高温氧化性
。
[0033]实施例3：
[0034](1)
原料准备：称取
15gNi
‑
Zr
复合金属粉末
(Ni
和
Zr
质量比为
1:1)
，准备一块面积
5mm*10mm*10mm
的氧化锆陶瓷；
[0035](2)
混料压制：将
Ni
‑
Zr
复合金属粉末均匀分成两份，其中一份均匀铺散在坩埚中，然后放入氧化锆陶瓷块，最后将剩余的
Ni
‑
Zr
复合金属粉末放入坩埚中完全盖住氧化锆陶瓷块；
[0036](3)
升温反应：将坩埚放置在真空炉中加热至
1000℃
，保温
20...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
原料准备：称取氧化锆颗粒和锆粉，所述氧化锆与锆粉的质量比为1～
3:1
～2；
(2)
混料压制：将氧化锆和锆粉混合均匀，压制成预制块；
(3)
升温反应：将所述预制块在真空炉中加热至
1000℃
～
1750℃
，保温
10min
～
60min
后随炉冷却；
(4)
分离：将冷却后的预制块粉碎研磨，过筛后洗涤，烘干后得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷颗粒，或将冷却后的预制块洗涤
、
烘干后得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷块
。2.

【专利技术属性】
技术研发人员：祁复功，丁海民，柳青，王进峰，周吉宇，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：