[发明专利]一种晶粒尺寸可控的纳米复合氧化锆粉体制备方法

说明书

本发明提供了一种晶粒尺寸可控纳米复合氧化锆粉体的水热制备方法。采用锆盐和钇盐作为初始溶液，向溶液中加入沉淀剂，陈化过滤，将滤饼分散到水中，并转移到高压反应釜中进行水热反应，反应过程中通过高压注射的方式加入复合矿化剂，反应结束后经离心分离、干燥得到高结晶度晶粒尺寸可控的纳米复合氧化锆粉体。本发明解决了现有水热合成工艺中晶粒尺寸小分布宽不可调控，以及晶粒易发生团聚的问题。本发明制备的纳米氧化锆粉体高分散，高结晶度，晶型为四方相，晶粒尺寸在5‑100纳米范围内可调，且晶粒尺寸分布窄。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种晶粒尺寸可控的纳米复合氧化锆粉体制备方法。

背景技术

氧化锆是一种具有高熔点(约2700℃)、高沸点、高强度、耐高温、耐磨性好、抗腐蚀性能优良的金属氧化物材料。在氧化锆中复合入少量氧化钇能够让氧化锆粉体在室温下保持四方相晶体结构，减少陶瓷烧结过程中由于相变导致的结构缺陷。纳米级的复合氧化锆粉体因还具有纳米特性而被开发出了许多重要用途，被广泛应用于结构陶瓷(如轴承、阀门、刀具和研磨材料等)、功能陶瓷(如氧传感器、固体氧化物燃料电池、手机背壳和义齿等)、超增韧陶瓷以及锆铈共熔体等领域。晶粒尺寸均一、四方相晶型比例高、高结晶度、团聚少的纳米复合氧化锆粉体是制备高质量氧化锆制品的关键。

常见的纳米复合氧化锆粉体合成方法包括：共沉淀法、水解沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法和喷雾热解法。其中水热法是在特制的密闭反应容器(高压釜)内，以溶剂作为反应介质，通过加热反应容器创造出高温高压的反应环境，使通常难溶或者不溶的物质重新溶解并且重结晶的方法，现有水热法中反应釜的工艺条件一般为温度120-250℃，压力0.4-2.0MPa，温度较低时需要采用较高的压力。自1982年，水热法首次被用于制备超细微粉以来，水热法凭借其无需高温煅烧、产品粒度细、团聚少等诸多优点，得到国内外的广泛关注，是制备结晶良好、团聚少的超细陶瓷粉体的优选方法之一。然而，用水热法合成纳米氧化锆的现有技术，如CN200510045013、CN200610053923，合成的产品晶粒尺寸范围较小仅5-15纳米，且不可控。CN01130825采用反相微乳液的方法实现粒径可控的纳米级氧化锆的合成，但其最终产品晶粒尺寸的可控范围小，也仅为4.1-18.8纳米。

现有纳米氧化锆水热合成方法所获得的粉体产品，其晶粒尺寸范围不可控或可控范围很小，不能满足下游产品对晶粒尺寸多样化的需求，因此需要开发晶粒尺寸可控范围宽的纳米氧化锆水热合成方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种晶粒尺寸可控且可控范围大(宽范围窄分布)的纳米氧化锆粉体水热制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种晶粒尺寸可控的纳米复合氧化锆粉体的制备方法，包含如下步骤：

(1)将可溶性锆盐、钇盐加入水中搅拌溶解，加入沉淀剂溶液，调节pH值，快速搅拌，得到白色乳浊液并陈化；

(2)陈化结束后，过滤洗涤得到滤饼，将滤饼重新分散到水(优选去离子水)中，高速分散打浆得到锆前驱体浆料；

(3)转移锆前驱体浆料至高压反应釜中进行水热处理，期间用高压注射方式向釜内加入复合矿化剂，反应结束后降温，分离，干燥后得到纳米复合氧化锆粉体。

本发明步骤(1)中，pH值调节至8-10，搅拌速度300-1000rpm。

本发明步骤(1)中，陈化条件为25-90℃、陈化时间为2-6h。

本发明步骤(2)中，打浆转速为300-1000rpm，浆料中氢氧化锆的浓度为0.2-1.5mol/L。