一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法与流程

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体的说是涉及一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法。

背景技术：

由于钨具有高密度、高熔点、优异的高温强度、好的抗蠕变性能、突出的导热导电和电子发射性能，钨及其合金广泛用于电子、电光源工业，也在航天、铸造、武器等部门中用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等。但是由于传统的制粉工艺（例如机械混合法）制备出的合金粉末分布不均匀，颗粒粗大无法到达纳米级。本方法制备出纳米氧化钨作为制备钨的复合材料的钨源，并且采用液液掺杂法制备了纳米氧化锆掺杂氧化钨的，产品粉末分布均匀，粒度为纳米级。

ZrO₂是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料，其硬度仅次于金刚石。ZrO₂熔点2700 ℃，ZrO₂热导率低，高温结构强度高，导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1700 ℃时6～7 Ω·cm。ZrO₂不会与浓硫酸、氢氟酸外的溶液发生任何反应，有着很好的化学稳定性。ZrO₂也不再仅仅被用作耐火材料，也开始被使用在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等方面，而这种应用发展的还特别迅速，ZrO₂掺杂钨合金将是未来全球研究的一个重要方向。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法，该方法工艺简单，有效解决了钨合金晶粒粗大的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法，包括以下步骤：

步骤一、在室温下，配制偏钨酸铵的蒸馏水水溶液，并在连续搅拌的条件下，向偏钨酸铵蒸馏水水溶液中逐滴滴入浓硝酸溶液，直至溶液的pH值达到0.1-1.5，备用；

步骤二、在室温下，按照硝酸锆和尿素的摩尔比为（0.05~0.5）:1配制硝酸锆和尿素的混合蒸馏水水溶液，备用；

步骤三、按照偏钨酸铵、硝酸锆和尿素的摩尔比为（0.25~2.80）:（0.05~0.5）:1 将步骤一和步骤二中配制的溶液分别加入高压反应釜中，在170℃-200℃温度下反应18-24h，反应完全后，取出空冷至室温；

步骤四、将步骤三中所得溶液的上清液倒出，沉淀用蒸馏水洗涤，直至两次洗涤溶液的PH达到6~8时，将两次洗涤的溶液进行混合，混合均匀后用搅拌机搅拌2h，备用；

步骤五、将步骤四制得的混合溶液进行抽滤，过滤后的沉淀放入恒温干燥箱中，在干燥温度为80℃的条件下干燥10h，备用；

步骤六、将经步骤五干燥后的固体在温度为450-550℃的条件下煅烧2-4h，空冷至室温后制得产品。

所述步骤四中搅拌速率为800~1200r/min。

所述偏钨酸铵的摩尔浓度为0.09~0.15mol/L。

本发明的有益效果：本发明采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热，产生一个高温高压的环境，加速离子反应和促进水解反应，在水溶液或蒸汽流体中制备氧化物，再经过分离和热处理得到氧化物纳米粒子，可使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现反应快速化，生产效率高，极大的提高了经济效益；本发明采用水热法制备纳米氧化锆掺杂氧化钨，为生成纳米氧化锆掺杂钨粉提供了超细高纯原料，从源头上解决了钨合金晶粒粗大的问题，此方法操作条件易于控制，设备简单，所制粉体颗粒分布均匀，易于实现工业化。

附图说明

图1为实施例2样品的XRD图谱；

图2为实施例2样品的TEM图。

具体实施方式

一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法，包括以下步骤：

步骤一、在室温下，配制偏钨酸铵的蒸馏水水溶液，并在连续搅拌的条件下，向偏钨酸铵蒸馏水水溶液中逐滴滴入浓硝酸溶液，直至溶液的pH值达到0.1-1.5，备用；

步骤二、在室温下，按照硝酸锆和尿素的摩尔比为（0.05~0.5）:1配制硝酸锆和尿素的混合蒸馏水水溶液，备用；

步骤三、按照偏钨酸铵、硝酸锆和尿素的摩尔比为（0.25~2.80）:（0.05~0.5）:1 将步骤一和步骤二中配制的溶液分别加入高压反应釜中，在170℃-200℃温度下反应18-24h，反应完全后，取出空冷至室温；

步骤四、将步骤三中所得溶液的上清液倒出，沉淀用蒸馏水洗涤，直至两次洗涤溶液的PH达到6~8时，将两次洗涤的溶液进行混合，混合均匀后用搅拌机搅拌2h，备用；

步骤五、将步骤四制得的混合溶液进行抽滤，过滤后的沉淀放入恒温干燥箱中，在干燥温度为80℃的条件下干燥10h，备用；

步骤六、将经步骤五干燥后的固体在温度为450-550℃的条件下煅烧2-4h，空冷至室温后制得产品。

所述步骤四中搅拌速率为800~1200r/min。

所述偏钨酸铵的摩尔浓度为0.09~0.15mol/L。

以下结合具体实施例进一步阐释本发明。

实施例1

一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法，包括以下步骤：

步骤一、在室温下，配制摩尔浓度为0.09mol/L的偏钨酸铵的蒸馏水水溶液，并在连续搅拌的条件下，向偏钨酸铵蒸馏水水溶液中逐滴滴入浓硝酸溶液，直至溶液的pH值达到0.1-1.5，备用；

步骤二、在室温下，按照硝酸锆和尿素的摩尔比为0.3:1配制硝酸锆和尿素的混合蒸馏水水溶液，备用；

步骤三、按照偏钨酸铵、硝酸锆和尿素的摩尔比为2.80:0.3:1 将步骤一和步骤二中配制的溶液分别加入高压反应釜中，在170℃温度下反应18h，反应完全后，取出空冷至室温；

步骤四、将步骤三中所得溶液的上清液倒出，沉淀用蒸馏水洗涤，直至两次洗涤溶液的PH均达到6~8时，将两次洗涤的溶液进行混合，混合均匀后用在800r/min的条件下搅拌2h，备用；

步骤五、将步骤四制得的混合溶液进行抽滤，过滤后的沉淀放入恒温干燥箱中，在干燥温度为80℃的条件下干燥10h，备用；

步骤六、将经步骤五干燥后的固体在温度为450℃的条件下煅烧2h，空冷至室温后制得产品。

实施例2

一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法，包括以下步骤：

步骤一、在室温下，配制摩尔浓度为0.15mol/L的偏钨酸铵的蒸馏水水溶液，并在连续搅拌的条件下，向偏钨酸铵蒸馏水水溶液中逐滴滴入浓硝酸溶液，直至溶液的pH值达到1.5，备用；

步骤二、在室温下，按照硝酸锆和尿素的摩尔比为0.5:1配制硝酸锆和尿素的混合蒸馏水水溶液，备用；

步骤三、按照偏钨酸铵、硝酸锆和尿素的摩尔比为2.77:0.5:1 将步骤一和步骤二中配制的溶液分别加入高压反应釜中，在200℃温度下反应24h，反应完全后，取出空冷至室温；

步骤四、将步骤三中所得溶液的上清液倒出，沉淀用蒸馏水洗涤，直至两次洗涤溶液的PH均达到6~8时，将两次洗涤的溶液进行混合，混合均匀后在1200r/min的条件下搅拌2h，备用；

步骤五、将步骤四制得的混合溶液进行抽滤，过滤后的沉淀放入恒温干燥箱中，在干燥温度为80℃的条件下干燥10h，备用；

步骤六、将经步骤五干燥后的固体在温度为550℃的条件下煅烧4h，空冷至室温后制得产品。

实施例3

一种制备纳米氧化锆掺杂氧化钨的方法，包括以下步骤：

步骤一、在室温下，配制摩尔浓度为0.12mol/L的偏钨酸铵的蒸馏水水溶液，并在连续搅拌的条件下，向偏钨酸铵蒸馏水水溶液中逐滴滴入浓硝酸溶液，直至溶液的pH值达到0.8，备用；

步骤二、在室温下，按照硝酸锆和尿素的摩尔比为0.05:1配制硝酸锆和尿素的混合蒸馏水水溶液，备用；

步骤三、按照偏钨酸铵、硝酸锆和尿素的摩尔比为0.25:0.05:1 将步骤一和步骤二中配制的溶液分别加入高压反应釜中，在185℃温度下反应21h，反应完全后，取出空冷至室温；

步骤四、将步骤三中所得溶液的上清液倒出，沉淀用蒸馏水洗涤，直至两次洗涤溶液的PH均达到6~8时，将两次洗涤的溶液进行混合，混合均匀后在1000r/min的条件下搅拌2h，备用；

步骤五、将步骤四制得的混合溶液进行抽滤，过滤后的沉淀放入恒温干燥箱中，在干燥温度为80℃的条件下干燥10h，备用；

步骤六、将经步骤五干燥后的固体在温度为500℃的条件下煅烧3h，空冷至室温后制得产品。