加水分解法制备氧化锆超细粉体制造技术

本发明专利技术公开了一种加水分解法制备氧化锆超细粉体的方法，它是采用加水分解法合成氧化锆湿凝胶，再通过低温低压干燥、焙烧等过程制得氧化锆超细粉体的方法。利用本发明专利技术提供的方法，可以得到粒径小，粒度分布范围窄的球形氧化锆超细粉体，可用于合成精细陶瓷、催化剂等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种加水分解法制备氧化锆超细粉体的方法，属无机化学品合成及新材料领域。
技术介绍
氧化锆(ZrO2)基陶瓷是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。随着电子和新材料工业的发展以及电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等在航空、航天、机械、化工、电子、汽车、能源等高科技领域的广泛应用，作为其原料的ZrO2粉体的用量越来越大。氧化锆(ZrO2)基精细陶瓷材料要求原料粉体具有均匀、超细(0.1～0.5μm)的特点，因此，对粉体的制备过程要求较高。目前，该类材料的制备多采用湿化学合成法，其中包括均匀共沉淀法、水解法、溶胶一凝胶法、水热合成法、微乳法等液相合成。黄岳祥等人在论文《不同工艺制备的水和氧化锆凝胶之特征》(《硅酸盐学报》1993年第5期32～37页)中采用的水解沉淀法是通过长时间地沸腾锆盐溶液，将水解生成的挥发性酸HCl不断蒸发出去，再经过滤、洗涤、干燥、焙烧等过程制得ZrO2粉体。工艺流程为锆盐溶液经水解沉淀(约100℃下沸腾48小时)、过滤、洗涤、干燥(100～120℃)及焙烧(700～900℃)得ZrO2粉，其中ZrOCl2浓度控制在0.2～0.3mol/L。该法的优点是操作简便，缺点是反应时间较长(48小时)，耗能较大，所得粉体有团聚现象。罗天勇等人的专利技术专利《一种水解硝酸氧锆制备二氧化锆纳米粉体工艺》(申请号03109840.1)公开了在浓硝酸氧锆的水溶液中加入碳纳米管回流煮沸、烘干、烧结后得到7～20纳米的二氧化锆纳米粉体的工艺过程。该工艺的缺点是需使用价格较高的碳纳米管，而获得的纳米粒子有团聚现象。罗天勇等人还在专利技术专利《用双液相水解法制备二氧化锆纳米粉》(申请号03109841.x)中公开了将水解过程移入双液相中，水油共沸来实现氯氧化锆或硝酸氧锆的水解。该工艺过程需加入大量的溶剂，使得后处理过程复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种水解时间短，对设备的要求条件较低，工艺条件缓和，易于实现工业化的制备氧化锆超细粉体的方法，通过加水分解法合成氧化锆湿凝胶，在经低温低压干燥制得成品。制备过程包括如下步骤将纯度大于99.5％的氯氧化锆晶体溶于水中，配成摩尔浓度为0.05～5.0mol/L的溶液；用5％～25％的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中，当溶液pH值达到1～3时，停止滴加氨水；在搅拌条件下，加入10％～50％的双氧水溶液，双氧水与氯氧化锆的质量比为0.2～0.5∶1，升温至溶液沸腾，保持24h，结束水解反应，自然冷却至室温；加氨水调pH值至8～12，得到乳白色悬浊液，用去离子水或蒸馏水洗涤至溶液无氯离子；水洗结束后，将滤饼加入到无水乙醇中，无水乙醇与氯氧化锆的质量比为5～10∶1，搅拌成为乳浊液，过滤，得到氧化锆醇凝胶；将制得的氧化锆醇凝胶再加入无水乙醇中，无水乙醇与氯氧化锆的质量比为2～5∶1，搅拌成为乳浊液，放入压力反应釜中，加热至100～150℃，压力控制在0.5～1.0MPa之间，待压力降至0.5MPa以下时，快速把乙醇蒸汽排空，用气体吹扫残留的乙醇，所使用的气体可以是空气或氮气，最后得到疏松无团聚的白色粉末；将上述粉末放在高温炉中，500～1000℃下焙烧1～8小时，冷却至室温，即得到无硬团聚的球形氧化锆超细粉体。粒径、粒径分布以及比表面积测量是在粒径测试仪上进行。本专利技术方法采用加水分解法制得氧化锆醇凝胶，然后在低温低压条件下，对氧化锆醇凝胶进行干燥，获得粒度分布范围窄、粒径小、无硬团聚的球形氧化锆超微粒子，该粉体烧结性能优异，适用于制备高性能精细陶瓷、催化剂材料；本方法水解时间短，对设备的要求条件较低，工艺条件缓和，易于实现工业化。附图说明图1氧化锆超细粉体的SEM电镜图具体实施方式下面给出加水分解法制备氧化锆超细粉体的几个具体实施例，所获得的氧化锆超细粉体的SEM电镜图如图1所示。实施例1称取100g氯氧化锆晶体(纯度99.5％)溶于950ml水中，配成0.31mol/L氯氧化锆水溶液；用17％的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中，当溶液pH值达到2.0时，停止滴加氨水；在搅拌下加入30％双氧水溶液100mL，然后升温至溶液沸腾，保持24h，结束水解反应，自然冷却至室温；用氨水调pH值至8，得到乳白色悬浊液，过滤，用蒸馏水洗涤至溶液无氯离子；水洗结束后，将滤饼加入到800mL无水乙醇中，搅拌使成为乳浊液，过滤，再用400mL无水乙醇浸泡，搅拌使成为乳浊液；放入压力反应釜中，加热，当压力达到0.8MPa时，开始缓慢放空，使压力维持在0.5～0.8MPa之间，待压力降至0.5MPa以下时，快速把乙醇蒸汽排空，最后用空气吹扫残余的乙醇，停止加热，最后得到疏松的白色粉末；将此粉末在800℃下焙烧2小时，即得到37.5g白色的氧化锆超细粉末。重量收率97.5％，平均粒径0.16μm，粒径为0.1～0.2μm之间的粒子占88.2％，0.1～0.3μm之间的粒子占99.3％，比表面积31.4m2/g。实施例2称取100g氯氧化锆晶体(纯度99.5％)溶于950mL水中，配成0.31mol/L氯氧化锆水溶液；用17％的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中，当溶液pH值达到2.2时，停止滴加氨水；在搅拌下加入50％双氧水溶液50mL，然后升温至溶液沸腾，保持24h，结束水解反应，自然冷却至室温；用氨水调pH值至9，得到乳白色悬浊液，过滤，用去离子水洗涤至溶液无氯离子；水洗结束后，将滤饼加入到800mL无水乙醇中，搅拌使成为乳浊液，过滤，再加入400mL无水乙醇，搅拌使成为乳浊液；放入压力反应釜中，加热，当压力达到0.8MPa时，开始缓慢放空，使压力维持在0.5～0.8MPa之间，待压力降至0.5MPa以下时，快速把乙醇蒸汽排空，最后用空气吹扫残余的乙醇，停止加热，最后得到疏松的白色粉末；将此粉末在750℃下焙烧3小时，即得到37.7g白色的氧化锆超细粉末。重量收率98.02％，平均粒径0.13μm，粒径为0.1～0.2μm之间的粒子占98.2％，比表面积42.6m2/g。实施例3称取150g氯氧化锆晶体(纯度99.5％)溶于950mL水中，配成0.46mol/L氯氧化锆水溶液；用17％的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中，当溶液pH值达到1.9时，停止滴加氨水；在搅拌下加入30％双氧水溶液150mL，然后升温至溶液沸腾，保持24h，结束水解反应，自然冷却至室温；用氨水调pH值至8.5，得到乳白色悬浊液，过滤，用去离子水洗涤至溶液无氯离子；水洗结束后，将滤饼加入到1500mL无水乙醇中，搅拌至均匀状态，过滤，再加入600mL无水乙醇，搅拌使成为乳浊液；放入压力反应釜中，加热，当压力达到0.8MPa时，开始缓慢放空，使压力维持在0.5～0.8MPa之间，待压力降至0.5MPa以下时，快速把乙醇蒸汽排空，最后用氮气吹扫残余的乙醇，停止加热，最后得到疏松的白色粉末；将此粉末在800℃下焙烧3小时，即得到49.8g白色的氧化锆超细粉末。重量收率94.9％，平均粒径0.21μm，粒径为0.1～0.3μm之间的粒子占94.5％，比表面积18.6m2/g。通过上述试验可以看出，采用本专利技术方法，即加水分解-低温低压干燥法制备的氧化锆超细粉末无硬团聚，粒径适中，粒径分布范围窄，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加水分解法制备氧化锆超细粉体，其特征在于：将纯度大于９９．５％的氯氧化锆晶体溶于水中，配制成０．０５～５．０ｍｏｌ／Ｌ的氯氧化锆水溶液，用１０％～２５％的氨水在搅拌下慢慢滴加到氯氧化锆溶液中，当溶液ｐＨ值达到１～３时，停止滴加；在搅拌条件下，加入２０％～５０％的双氧水溶液，双氧水与氯氧化锆的质量比为０．２～０．５∶１，升温至溶液沸腾，保持２４ｈ，结束水解反应，自然冷却至室温；加氨水调ｐＨ值至８～１２，得到乳白色悬浊液，过滤，用水洗涤至溶液无氯离子；水洗结束后，将滤饼加入到无水乙醇中，无水乙醇与氯氧化锆的质量比为５～１０∶１，搅拌使成为乳浊液；过滤，再加入无水乙醇，无水乙醇与氯氧化锆的质量比为２～５∶１，搅拌使成为乳浊液；将该乳浊液放入压力反应釜中加热，当压力达到０．５～１．０ＭＰａ时，开始缓慢放空，使压力维持在０．５～１．０ＭＰａ之间，待压力降至０．５ＭＰａ以下时，快速把乙醇蒸汽排空，最后用惰性气体吹扫除去残余的乙醇，停止加热，最后得到疏松的白色粉末；将此粉末在５００～１０００℃下焙烧１～８小时，即得到无团聚的白色氧化锆超细粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文彬，王军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]