[发明专利]纳米级高纯二氧化锆复合粉体的生产方法

说明书

本发明涉及一种纳米级高纯二氧化锆复合粉体的生产方法，使用四氯化锆为原料，原料烘干后，通过两步蒸馏结晶的方法将低于四氯化锆沸点及高于四氯化锆沸点的杂质去除，再用去离子水及醇的混合溶液将四氯化锆溶解，溶液通过MIBK萃淋树脂装填萃取色层柱进行锆铪分离，之后通过离子交换的方式再进一步对四氯化锆进行提纯，在高纯四氯化锆溶液中加入氯化物形成四氯化锆复合溶液，通过氨水喷雾共沉淀的方式获得氢氧化锆溶胶，再将氢氧化锆溶胶在高压反应釜中进行水热反应，最后进行过滤、清洗烘干获得纳米级高纯二氧化锆复合粉体。本发明方法制备的纳米级高纯二氧化锆复合粉体，拥有纯度高、粒径均匀、分散性好等优点，适合工业化生产使用。

技术领域

本发明涉及一种纳米级高纯二氧化锆复合粉体的生产方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

氧化锆是一种十分重要的结构和功能材料，具有非常优异的物理和化学性能，包括耐高温、耐磨损、耐腐蚀等等。随着电子和新材料工业的发展，ZrO₂除用于耐火材料和陶瓷颜料外，在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高科技领域的应用也日益扩大。为了满足这些要求，制作这些元器件的原材料必须具备纯度高、颗粒细小的条件。为了获得纳米级氧化锆粉末，不同的物理、机械、化学方法已被采用或试用，如球磨法、水解沉淀法、共沉淀法、水热法及溶胶-凝胶法等。与其他制备方法相比较，水热法为在特殊的物理及化学环境下各种前驱物的反应和结晶制备粉体，为工业生产微细化、高精度和高可靠性粉体提供了一个其它方法无法获得粉体制备方法。由于水热反应具有加速离子反应及促进水解反应等特点，所以从热力学分析，在常温常压下能够进行，但从动力学分析反应速度太慢或几乎难以实现的反应，在水热条件下却能得以实现。采用水热法制备纳米ZrO₂陶瓷粉体就是充分利用它的这一优势。水热法可以直接从水介质中得到结晶氧化物，避免了高温锻烧工艺，可有效地防止粉末团聚，从而得到纳米粉体。

目前，高纯度二氧化锆粉体的生产技术国内不成熟，特别是纳米级的高纯二氧化锆复合粉体，一般纯度只能达到99.5%，能够达到99.9%纯度以上的很少，大部分工业化市售产品均为ZrO₂+HfO₂的纯度大于99.5%，实际ZrO₂含量小于99.5%，无法满足精密陶瓷质量稳定性的要求，特别是陶瓷手机后盖及指纹识别盖板的生产，纯度直接影响氧化锆陶瓷制品的物化性能。要生产纳米级的纯度大于99.99%以上的二氧化锆粉体，还需要进一步的对生产工艺进行改进，才能真正满足氧化锆陶瓷手机后盖及指纹识别盖板行业的性能要求。

二氧化锆的生产方法中，提纯方法一般包括物理挥发提纯、化学沉淀提纯、萃取提纯等。一般采用化学沉淀法及物理挥发的方法生产较为普遍，但存在无法获得超高纯度二氧化锆粉体的缺点。

中国专利201410553280.9提供了一种纳米二氧化锆粉末的制备方法，该方法步骤包括：在反应器中加入适量的去离子水，再加入一定量的0.01mol/L十六烷基三甲基溴化铵，加热煮沸后缓慢地滴加一定量的0.01mol/L硝酸锆的溶液，冷却至室温，在酸度计上调至pH=4.0，在电炉上蒸发至体积一半左右时，转入坩埚中，蒸干后放入马弗炉中，在500-600℃下灼烧3-5h，取出细研成微粉，即为纳米二氧化锆粉末。

中国专利201410034922.4提供了一种高分散纳米氧化锆粉体的制备方法，在含锆盐的水溶液中加入碱性沉淀剂得到胶体状氢氧化物沉淀，再依次经过过滤、洗涤和脱水获得干燥氢氧化物沉淀，最后粉碎获得氧化锆粉体，在所述脱水的过程中采用亚临界流体脱水的干燥方式，所述的亚临界流体干燥以液氨为介质，在50～80℃温度下以及PH值介于8.8~9.2状态下，将氢氧化物沉淀中的水分脱除。

中国专利201310043645.9提供了一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，将草酸与溶解性锆化合物分别用水溶解，在搅拌状态下，将氧氯化锆溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应得到白色草酸锆沉淀；将草酸锆沉淀洗涤、干燥后进行热分解反应，然后将热分解反应后的产物进行湿式粉碎，获得纳米级分散浆料；将纳米浆料进行超临界水热反应，即可得到纳米氧化锆粉体。