纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]氧化铝材料具有高硬度、高耐磨、耐腐蚀等性能，广泛应用在矿产、冶金、化工、食品、建材等行业。但氧化铝陶瓷本身的脆性高、韧性差的缺点，使得其使用性能下降。氧化锆增韧氧化铝陶瓷(简称复合陶瓷ZTA)，质白、耐腐蚀、化学稳定性好。通过氧化锆的马氏相变、微裂纹等实现增韧，两种材料形成了高强度、高韧性的优异复合体，用途更加广泛。
[0003]ZTA陶瓷粉体的制备，以物理机械混合操作方便，利于工业化生产。但机械混合得到的ZTA陶瓷粉体，氧化锆和氧化铝的粉体混合不均匀，容易出现氧化锆的聚集，弥散性不好，不能充分发挥氧化锆的增韧效果。其他制备方法如溶胶凝胶法、水热法等，往往生产成本高、产量低，很难实现大规模生产。
【发明内容】
[0004]本发明正是为了克服上述不足，目的在于提供一种纳米氧化锆均匀包覆的氧化铝粉体，在氧化铝颗粒表面实现与氧化锆的包覆混合，从而增强氧化铝材料的韧性，提高其使用性能。
[0005]为实现本发明目的，提供了以下技术方案:纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
1)配制复合分散剂，其配制过程为:将水溶液加热到80~100摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，搅拌溶解澄清后冷却备用；
2)配制沉淀溶液:将氧氯化锆、氯化钇和尿素加入水中，充分搅拌至澄清或者将氧氯化锆、氯化钇和六次甲基四胺加入水中，充分搅拌至澄清；
3)在沉淀溶液中加入事先配制好的复合分散剂；
4)在开启搅拌的情况下缓慢加入氧化铝粉体，待氧化铝粉体充分悬浮后，加热到80~100摄氏度，保温6~8h ；
5)反应结束后，将悬浮液进行喷雾干燥；
6)将干燥后的粉体，在1200~1400摄氏度保温l~3h，得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体。
[0006]作为优选，氧化销为工业伽马氧化销，其粒径为D98〈2 μπι。
[0007]作为优选，氯氧化锆与氯化钇的摩尔比例为97: 3。配制成混合溶液的摩尔浓度为0.l~lmol/L。
[0008]作为优选，尿素或六次甲基四胺的摩尔浓度与氯氧化锆中锆离子摩尔浓度比例为:3~20:lo
[0009]作为优选，复合分散剂各组分质量在溶液中的占比为:
聚甲基丙烯酸铵(分子量为20000):0.1-0.5% ；
聚乙二醇(分子量为4000):0.1-0.3% ；
聚乙二醇(分子量为60000):0.2-0.5%。
[0010]本发明的有益效果:使用价格便宜且粒径比较小的工业伽马氧化铝，同时工业氧化铝具有更高的表面活性和分散性，在烧成后容易与氧化锆包覆层发生反应。使用均匀沉淀法的优点在于沉淀过程缓慢进行，在氧化铝表面生成一层氢氧化锆。使用了复合的分散剂，有效解决了氧化铝的悬浮性，保证了沉淀均匀包覆在氧化铝颗粒上。
【具体实施方式】
[0011]实施例1:
首先将水溶液加热到90摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，三者的质量比例为1:3:2，搅拌溶解澄清，冷却后得到氧化铝专用的复合分散剂。
[0012]称取250L水，加入到油浴反应釜中。按照摩尔比例为97:3称取氯氧化锆和氯化钇，配制成0.75mol/L的溶液。然后向溶液中加入尿素，尿素的摩尔浓度为3mol/L。接着向溶液中加入事先配制好的氧化铝复合分散剂，其中分散剂的组成及在溶液中质量占比为:0.1%聚甲基丙烯酸铵(分子量为20000)，0.3%聚乙二醇(分子量为4000)，0.2%聚乙二醇(分子量为60000)。开启高速搅拌，缓慢加入76.5kg伽马氧化铝(D98=0.6 μ m)，氧化铝充分悬浮后，加热到90摄氏度，反应8h。
[0013]将反应后的悬浮液通过喷雾干燥。干燥后的粉在窑炉中1200摄氏度保温2h。得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体，包覆层厚度约38nm。
[0014]实施例2:
首先将水溶液加热到95摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，三者的质量比例为2:1:3，搅拌溶解澄清，冷却后得到氧化铝专用的复合分散剂。
[0015]称取200L水，加入到油浴反应釜中。按照摩尔比例为97:3称取氯氧化锆和氯化钇，配制成0.3mol/L的溶液。然后向溶液中加入六次甲基四胺，六次甲基四胺的摩尔浓度为3 mol/Lo接着向溶液中加入事先配制好的氧化铝复合分散剂，其中分散剂的组成及在溶液中质量占比为:0.2%聚甲基丙稀酸钱(分子量为20000)，0.1%聚乙二醇(分子量为4000)，0.3%聚乙二醇(分子量为60000)。开启高速搅拌，缓慢加入101.96kg伽马氧化铝(D98=l μπι)，氧化铝充分悬浮后，加热到95摄氏度，反应6h。
[0016]将反应后的悬浮液通过喷雾干燥。干燥后的粉在窑炉中1400摄氏度保温lh。得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体，包覆层厚度约16nm。
[0017]实施例3:
首先将水溶液加热到85摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，三者的质量比例为1:2:2，搅拌溶解澄清，冷却后得到氧化铝专用的复合分散剂。
[0018]称取300L水，加入到油浴反应釜中。按照摩尔比例为97:3称取氯氧化锆和氯化钇，配制成0.5mol/L的溶液。然后向溶液中加入尿素，尿素的摩尔浓度为4mol/L。接着向溶液中加入事先配制好的氧化铝复合分散剂，其中分散剂的组成及在溶液中质量占比为:0.1%聚甲基丙烯酸铵(分子量为20000)，0.2%聚乙二醇(分子量为4000)，0.2%聚乙二醇(分子量为60000)。开启高速搅拌，缓慢加入244.7kg伽马氧化铝(D98=l.5 μ m)，氧化铝充分悬浮后，加热到95摄氏度，反应7h。
[0019]将反应后的悬浮液通过喷雾干燥。干燥后的粉在窑炉中1300摄氏度保温3h。得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体，包覆层厚度约25nm。
[0020]实施例4:
首先将水溶液加热到90摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，三者的质量比例为1:3:5，搅拌溶解澄清，冷却后得到氧化铝专用的复合分散剂。
[0021]称取350L水，加入到油浴反应釜中。按照摩尔比例为97:3称取氯氧化锆和氯化钇，配制成0.5mol/L的溶液。然后向溶液中加入尿素，尿素的摩尔浓度为1.5mol/L。接着向溶液中加入事先配制好的氧化铝复合分散剂，其中分散剂的组成及在溶液中质量占比为:0.1%聚甲基丙烯酸铵(分子量为20000)，0.3%聚乙二醇(分子量为4000)，0.5%聚乙二醇(分子量为60000)。开启高速搅拌，缓慢加入244.7kg伽马氧化铝(D98=l.8 μ m)，氧化铝充分悬浮后，加热到100摄氏度，反应8h。
[0022]将反应后的悬浮液通过喷雾干燥。干燥后的粉在窑炉中1400摄氏度保温2h。得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体，包覆层厚度约36nm。
[0023]实施例5:
首先将水溶液加热到95摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，三者的质量比例为5:3:2，搅拌溶解澄清，冷却后得到氧化铝专用的复合分散剂。
[0024]称取350L水，加入到油浴反应釜中。按照摩尔比例为97:3称取氯氧化锆和氯化钇，配制成0.4mol/L的溶液。然后向溶液中加入尿素，尿素的摩尔浓度为8mol/L。接着向溶液中加入事先配制好的氧化铝复合分散剂，其中分散剂的组成及在溶液中质量占比为:
0.5%聚甲基丙烯酸铵(分子量为20000)，0.3%聚乙二醇(分子量为4000)，0.2%聚乙二醇(分子量为60000)。开启高速搅拌，缓慢加入203.92kg伽马氧化铝(D98=l.7 μ m)，氧化铝充分悬浮后，加热到90摄氏度，反应6h。
[0025]将反应后的悬浮液通过喷雾干燥。干燥后的粉在窑炉中1350摄氏度保温2h。得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体，包覆层厚度约32nm。
【主权项】
1.纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)配制复合分散剂，其配制过程为:将水溶液加热到80~100摄氏度，先加入分子量为4000的聚乙二醇，再加入分子量为20000的聚甲基丙烯酸铵，最后加入分子量为60000的聚乙二醇，搅拌溶解澄清后冷却备用； 2)配制沉淀溶液:将氧氯化锆、氯化钇和尿素加入水中，充分搅拌至澄清或者将氧氯化锆、氯化钇和六次甲基四胺加入水中，充分搅拌至澄清； 3)在沉淀溶液液中加入事先配制好的复合分散剂； 4)在开启搅拌的情况下缓慢加入氧化铝粉体，待氧化铝粉体充分悬浮后，加热到80~100摄氏度，保温6~8h ； 5)反应结束后，将悬浮液进行喷雾干燥； 6)将干燥后的粉体，在1200~1400摄氏度保温l~3h，得到纳米氧化锆包覆的氧化铝粉体。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法，其特征在于氧化铝为工业伽马氧化销，其粒径为D98〈2 μπι。
3.根据权利要求1所述的纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法，其特征在于氯氧化锆与氯化钇的摩尔比例为97:3，配制成混合溶液的摩尔浓度为0.l~lmol/Lo
4.根据权利要求3所述的纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法，其特征在于尿素或六次甲基四胺的摩尔浓度与氯氧化锆中锆离子摩尔浓度比例为:3~20:1。
5.根据权利要求1所述的纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法，其特征在于复合分散剂各组分质量在溶液中的占比为: 聚甲基丙烯酸铵(分子量为20000):0.1-0.5% ； 聚乙二醇(分子量为4000):0.1-0.3% ； 聚乙二醇(分子量为60000):0.2-0.5%。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米氧化锆包覆氧化铝粉体的制备方法。以氧化铝为主料，以氧氯化锆、氯化钇配制成混合溶液，以尿素或六次甲基四胺作为均匀沉淀剂，通过调节温度，在氧化铝表面形成一层氢氧化锆包覆层。通过喷雾干燥后得到前驱粉体，再经过煅烧得到纳米氧化锆包覆氧化铝粉体。
【IPC分类】C04B35-628
【公开号】CN104725051
【申请号】CN201510086447
【发明人】王俊甫, 邓伟, 周雄, 罗甲业, 李强, 宋书明, 廖建中
【申请人】江苏金石研磨有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月25日