专利名称：一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于材料化学领域，具体涉及一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法。
背景技术：
氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是优良的氧离子导体，并且在氧化气氛和还原气氛下都 很稳定，是最常用的固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质，还被广泛用于氧探测器、氧分 离膜等，特别是在功能陶瓷领域，应用极为广泛。 为获得良好的陶瓷烧结活性，要求粉料的颗粒小、分布均匀、无团聚，并希望粉体 颗粒的形状规则。另外，由于陶瓷粉体的致密化速率与其颗粒尺寸的四次方成反比，要想获 得高性能的陶瓷材料，就需要使用粒径小、活性高、颗粒度分布集中、团聚小的粉体原料。这 类原料不仅能降低陶瓷的烧结温度，节约能源，而且可以大大提高陶瓷制品的性能，如热稳 定性、机械性能、力学性能等。 目前有关氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法有很多种，已见报道的有共沉淀法、 溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀-凝胶法、醇-水溶液法、共沸蒸馏法、微波辅助法、反相 胶束法、微乳液法等。比如，赵青等采用微波水热合成法制备出尺寸在纳米量级的氧化 钇稳定氧化锆粉体材料(申请号200410097794.4)。林振汉等通过水热分解沉淀法制 备氧化锆纳米晶，然后添加粘结剂和分散剂，通过喷雾干燥获得球状颗粒粉体(申请号 200810039796. 6)。以共沉淀方法为代表的化学合成法，因其具有设备简单、操作方便、成本 低廉等优点，受到广泛的关注，但是，共沉淀法制备的粉体经常存在硬团聚问题。虽然用乙 醇或其他有机溶剂洗涤，可除去表面的配位水分子，避免硬团聚的发生，但实践表明这并不 能完全消除硬团聚。硬团聚现象严重影响粉体的应用性能，造成陶瓷烧结温度高，烧结性能 差等不良后果。因此，探索一种能够解决硬团聚问题的方法，具有现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种降低生产成本，有效解决传统团聚问题的新型的氧化 钇稳定氧化锆粉体制备方法。 本发明提出的新型的氧化钇稳定氧化锆粉体制备方法，利用超声-微波的协同作 用，并在分散剂的协同作用下，实现了钇在氧化锆晶体中更好地掺杂，达到了控制产物粒 径、减小团聚程度的效果。不但有效解决粉体团聚问题，节约了能源，而且可以大大提高粉 体的应用性能。本发明是这样实现的以ZrOCl *8H20和Y203为主要原料，采用超声_微波 合成法进行制备，具体步骤如下a、用去离子水将Zr0Cl2完全溶解，加入表面活性剂作为分 散剂出、用少量浓硝酸，在加热条件下使^03完全溶解；c、将a、b步骤中配制好的Zr0Cl2溶 液与Y203溶液混合，在超声条件下加入30%的氨水，至沉淀完全，此时pH = 9左右；d、将抽 滤完的沉淀置于微波反应器中干燥，研磨，得到前驱物；e、取上述前驱物置于坩埚中，在马 弗炉内煅烧，然后粉碎，得到氧化钇稳定氧化锆粉体。 本发明制备的氧化钇稳定氧化锆粉体粒径大小达到了纳米量级，产物为近球形颗粒，尺寸均一，具有良好的分散性。本发明的前驱物是在超声波与模板的共同作用下形成
的，超声波工作时能够产生线性交变的振动作用，增强质点间的振动与剪切，增加反应离子
之间碰撞的几率，促使反应快速均匀地进行。当超声波在反应体系中传播时，会使溶液中的
微气泡通过振荡作为生成、增大、收縮、崩溃，并导致气泡附近的液体产生强烈的激波，形成
局部位置的极端高温高压，超声空化作用使边界层减薄，强化了微孔扩散，增大了传质表面
积，提高了传质的速率和效果，可以进一步提高离子碰撞率。另外，超声波在体系中传播，其
振动能量不断被体系吸收转变为热能而使自身温度升高，这也会加速传质过程，有利于反
应离子的扩散掺杂。有了分子水平上的均匀掺杂的前驱物，是氧化钇稳定氧化锆粉体能够
很好地形成置换型固溶体的重要前提，也是控制产物分散性的关键因素之一。 前驱物采用微波干燥的方式，被加热前驱物中的水分子是极性分子，它在快速变
化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动和相互
摩擦。此时微波场的场能转化为体系内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一系列
物化过程，从而达到微波加热干燥的目的。采用微波加热的优点是加热速度快且均匀，无论
物体各部位形状如何，微波加热均可使物体表里同时均匀渗透电磁波而产生热能。同时，微
波干燥节能高效，由于含有水分的物质容易吸收微波而发热，因此除少量的传输损耗外，几
乎无其它能量损耗。 有益效果 本发明具有如下优点(l)制备出的氧化钇稳定氧化锆粒径均一，且大小达到纳 米量级，具有很好的分散性，较好地解决了现有技术在制备过程中出现的硬团聚问题；(2) 本发明的制备方法，采用超声_微波相结合的技术，发挥两者的优点，制备工艺简单，条件 温和；(3)本发明的技术对能源的利用率高，能有效降低生产成本。
具体实施例方式
下面，通过实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1 称取3. 22g ZrOCl *8H20于烧杯中，加入去离子水20mL，完全溶解后，加入0. 2g曲 拉通-100作为分散剂。称取0.0226g &03于另一烧杯中，在加热条件下，加入浓销酸至其 完全溶解。将上述两溶液混合，将盛有反应溶液的烧杯置于超声波分散器中，并在超声波分 散器工作条件下加入30%氨水，至沉淀完全。将沉淀抽滤、洗涤至用硝酸银检验无氯离子存 在为止。将抽滤完的沉淀置于微波反应器中干燥6小时。干燥完毕后，研细。取上述前驱 物置于坩埚中，在马弗炉70(TC条件下加热煅烧3小时。自然冷却，气流粉碎，所得粒径大小 约为25nm的2%氧化紀稳定氧化锆粉体。
实施例2 称取3. 22g ZrOCl *8H20于烧杯中，加入去离子水20mL，完全溶解后，加入0. 2g 土 温-60作为分散剂。称取0.0339g &03于另一烧杯中，在加热条件下，加入浓销酸至其完全 溶解。将上述两溶液混合后，将盛有反应溶液的烧杯置于超声波分散器中，并在超声波分散 器工作条件下加入30%氨水，至沉淀完全。将沉淀抽滤、洗涤至将沉淀抽滤、洗涤至用硝酸 银检验无氯离子存在为止。将抽滤完的沉淀置于微波干燥器中干燥3小时，干燥完毕后，研 细。取上述前驱物置于坩埚中，在马弗炉60(TC条件下，加热锻烧1小时。自然冷却，气流粉碎，所得粒径大小约为30nm的3%氧化钇稳定氧化锆粉体。
实施例3 称取3. 22g ZrOCl *8H20于烧杯中，加入去离子水20mL，完全溶解后，加入0. 2g聚乙二醇作为分散剂。称取0.09g &03于另一烧杯中，在加热条件下，加入浓销酸至其完全溶解。将上述两溶液混合，将盛有反应溶液的烧杯置于超声波分散器中，并在超声波分散器工作条件下加入30%氨水，至沉淀完全。将沉淀抽滤、洗涤至将沉淀抽滤、洗涤至用硝酸银检验无氯离子存在为止。将抽滤完的沉淀置于微波干燥器中干燥5小时，干燥完毕后，研细装袋。取出上述前驱物置于坩埚中，在马弗炉60(TC条件下，加热锻烧6小时。自然冷却，气流粉碎，所得粒径大小约为30nm的8%钇稳定的氧化锆粉体。
实施例4 称取3. 22g ZrOCl *8H20于烧杯中，加入去离子水20mL，完全溶解后，加入0. 2g聚乙二醇作为分散剂。称取O. 113g &03于另一烧杯中，在加热条件下，加入浓销酸至其完全溶解。将上述两溶液混合，将盛有反应溶液的烧杯置于超声波分散器中，并在超声波分散器工作条件下加入30%氨水，至沉淀完全。将沉淀抽滤、洗涤至将沉淀抽滤、洗涤至用硝酸银检验无氯离子存在为止。将抽滤完的沉淀置于微波干燥器中干燥5小时，干燥完毕后，研细装袋。取出上述前驱物置于坩埚中，在马弗炉80(TC条件下，加热锻烧6小时。自然冷却，气流粉碎，所得粒径大小约为50nm的10%钇稳定的氧化锆粉体。
权利要求
本发明属于材料化学领域，具体涉及一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法。它是以ZrOCl·8H2O和Y2O3为主要原料，采用超声-微波合成法进行制备，具体步骤如下a、用去离子水将ZrOCl2完全溶解，加入表面活性剂作为分散剂；b、用少量浓硝酸，在加热条件下使Y2O3完全溶解；c、将a、b步骤中配制好的ZrOCl2溶液与Y2O3溶液混合，在超声条件下加入30％的氨水，至沉淀完全，此时pH＝9左右；d、将抽滤完的沉淀置于微波反应器中干燥，研磨，得到前驱物；e、取上述前驱物置于坩埚中，在马弗炉内煅烧，然后粉碎，得到氧化钇稳定氧化锆粉体。
2. 根据权利要求1所述的一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法，其特征在于加入的 分散剂为曲拉通-100、聚乙二醇或土温-60。
3. 根据权利要求1所述的一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法，其特征在于在超声 波分散器工作条件下完成锆和钇离子的沉淀反应。
4. 根据权利要求1所述的一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法，其特征在于将抽滤 后的前驱物置于微波干燥器中干燥，干燥时间为3-6小时。
5. 根据权利要求1所述的一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法，其特征在于前驱物 煅烧的温度为600-80(TC，煅烧时间为1-6小时。
6. 根据权利要求1所述的一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法，其特征在氧化钇掺 杂的摩尔比例为2 10%。
全文摘要
本发明属于材料化学领域，具体涉及一种氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法。本发明具体采用超声-微波合成的方法，在超声条件下进行前驱物的制备，使体系更好地分散、掺杂；采用微波加热的方式干燥前驱物，防止前驱体的团聚。前驱体经过高温煅烧后，获得氧化钇稳定氧化锆粉体，该粉体分散性好，粒径大小达到纳米量级且大小分布均匀。本方法具有工艺简单，成本低廉等优点。
文档编号C01B25/02GK101708829SQ200910199279
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者刘金库, 尹晓光, 王建栋, 罗重霄, 钟新华 申请人:华东理工大学