专利名称：Y的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧化锆粉末的制备方法，特别是具有Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法。
背景技术：
氧化锆是一种重要的陶瓷材料。用Y2O3稳定的四方相ZrO2(Y-TZP)陶瓷具有极高的室温强度和断裂韧性。实验表明，Y-TZP材料的最高室温断裂韧性可达12MPa·m1/2，抗弯强度可达2500MPa，还具有极好的高温超塑性能。目前已获得1038％拉伸变量，使所有陶瓷材料中超塑性最好的。人们发现，当Y-TZP材料的晶粒控制在100nm以下时，可能带来材料性能的突变。一是强度有可能进而达到极高值；二是不易造成穿晶断裂，有利于提高材料的断裂韧性；三是有可能实现常温下超塑性。而为了得到如此超高性能的氧化锆陶瓷，最重要的条件之一就是需要使氧化锆粉体的粒径小、单分散，同时还应具备成本低，易于工业化生产。
目前制备纳米氧化锆粉体的方法很多，常见的有共沉淀法、醇盐水解法、氯氧化锆水解法、沉淀——水热法、溶胶——凝胶法、乳浊液法、微乳液法等。如公开文献报道的制备纳米氧化锆粉体的内容有1、“纳米级ZrO2(Y2O3)/Al2O3粉末的制备及其烧结性能”，《现代技术陶瓷》.1995，16(1)，本文采用化学共沉淀凝胶法制备了2mol％Y2O3-ZrO2-20wt％Al2O3纳米级超细复合的陶瓷粉末，在常压下对该粉末进行了不同温度下的烧结试验，利用XRD分析了粉末的相组成；用XRD-BL法计算了粉晶尺寸，用TEM研究了粉末的形貌，大小及其分布，用Archimedes法测定了烧结体的体积密度，用SEM观察测定了烧结体的显微结构，结果表明，该法制备的粉末尺寸分布范围窄，分散性好，粉体烧结活性高；2、“溶胶法合成ZrO2(Y2O3)纳米晶超微粉研究”；《西北工业大学学报》.1995，13(3).研究了水基溶胶法合成ZrO2(Y2O3)纳米晶超微粉体的可能性。结果表明，这种方法能够合成粒径为数十至数个纳米的超微粉体，合成的粉体粒径分布均匀，分散性好。通过选择溶胶形成过程中前驱物浓度值，可以有效地控制合成的超微粉体的粒径，浓度增大，粉体粒径减小。合成的ZrO2(Y2O3)粉体最小粒径为6nm，该值由溶胶中胶体粒子临界晶核的大小所决定；3、“醇-水溶液加热法制备纳米ZrO2粉体及相关过程的研究”《无机材料学报》.2000，15(1).本文分析了醇-水溶液加热法制备纳米ZrO2(3Y)粉体的过程及加热温度、时间对反应过程及最后所得粉体的影响。研究结果表明，该法制备纳米ZrO2粉体过程发生了一系列化学反应，这些反应使Y2O3前趋体在ZrO2前驱体中均匀分布，Y2O3在粉体煅烧期间逐渐渗透到ZrO2颗粒中使之转变为四方相；4、“用保护沉淀法制备纳米ZrO2(Y2O3)粉体”《材料研究学报》.2002，16(2).提出了用Tween-80保护共沉淀法制备了ZrO2(Y2O3)纳米粉体，用差热分析，热重分析，X射线衍射及透射电子显微镜等技术研究所了粉体的特征，结果表明在700℃燃烧0.5h后ZrO2(Y2O3)粉体的平均粒径为3-9nm，比表面为128.5-134.5m3/g，在1250℃煅烧8h后ZrO2(Y2O3)粉体已完全形成了立方相的ZrO2大溶体，并且有非常好的烧结性能。5、“管式反应制备氧化锆纳米晶微粉的研究”《硅酸盐通报》.1998，17(5).本文采用管式SK-10/20型表态混合反应器对ZrOCl2·8H2O·YCl3与NH·H2O进行液相共沉淀反应以制备ZrO2(Y2O3)纳米晶微粉。研究了表态混合器反应过程中的流速、混合特性和反应浓度对粉体粒径与粒径分布的关系，并进行了分析探讨。6、乙二醇在络合物溶胶-凝胶法中的作用《中南工业大学学报》.1999，30(2).，采用EDTA(乙二胺四乙酸)溶胶-凝胶法制备了ZrO2-8％Y2O3(摩尔分数)纳米粉末，研究了乙二醇对粉末平均粒径和团聚体强度的影响机理，结果表明；在溶液中加入乙二醇，可取代氢键而参与EDTA络合物分子之间的聚合反应，改善了凝胶稳定性，从而制得均匀透明的凝胶，并在一定程度上减少了硬团聚；先后经400℃，2h及700℃，2h煅烧，粉末比表面各为35m2/g，平均粒径约28nm；7、“一种制备ZrO2纳米粉末的新方法”《中国有色金属学报》.1998，8(4).首次采用EDTA络合物型溶胶-凝胶法制备平均粒径为10mm的ZrO2-8％(摩尔分数)，Y2O3纳米粉末。用DTA/TG，XRD，BET，TEM等方法对粉末进行了表征。研究了pH值，反应物浓度和EDTA加入量等因素对粉末比表面积的影响。8、“包覆型均分散纳米粒子Y2O3/ZrO2的制备”《青岛化工学院学报》.1998，19(1)文章以硫酸锆为前驱物，尿素作为沉淀剂，通过溶胶凝胶法制得了均分散纳米粒子碱式碳酸锆，将所得纳米粒子Zr-HBC悬浮在稀磷酸钇溶液中，以尿素为沉淀制得了碱式碳酸钇包覆Zr-HBC复合粒子，详细探索了诸多因素对形成以上两种粒子的影响，复合粒子Y-HBC/Zr-HBC经煅烧后得Y2O3/ZrO3粒子。9、“氧化镁和氧化钇共稳的四方氧化锆多晶陶瓷及制备方法”中国专利<申请号>02111146，涉及一种高强高韧氧化镁、氧化钇共稳的四方氧化锆多晶(Mg，Y)-TZP陶瓷及其制备的工艺，其特征在于(1)组成为MgO(5-14mol％)-Y2O3(0.5-2mol％)-ZrO2；(2)是先制备上述组分的纳米(Mg，Y)-TZP粉体，再加入0.5-10vol％YAS非晶态的烧结助剂，经成粒，干压后1250-1400℃低温烧结得到晶粒尺寸为200-400nm左右，抗弯强度为384-818MPa，断裂韧性为5.2-8.3MPa·m↑[1/2]的(Mg，Y)-TZP陶瓷。本发明具有工艺简单、烧结温度低、Y2O3用量少、生产成本低和力学性能优越等特点，彻底抛弃了传统(Mg，Y)-PSZ的高温固溶和热处理工艺。10、“一种制备粒径可控的纳米氧化锆的方法”，中国专利<申请号>01130825，涉及用含非离子表面活性剂的反相微乳液制备纳米级氧化锆粉末的方法。首先，分别制备两份含一种非离子表面活性剂、正己醇、环己烷、锆盐溶液或氨水的稳定微乳液。然后，在强烈搅拌下，将含锆盐的微乳液与含氨水的微乳液混合，进行水解反应，产物经离心或过滤后，再用醇和水洗涤几次，最后经过干燥和焙烧而制得氧化锆粉末。该方法的特点是通过控制微乳液中锆盐的浓度、微乳液中氨水的浓度、水与表面活性剂的比例、以及反应温度等条件使获得的氧化锆产物的平均粒径大小为几个至30nm，比表面积为几十至300m2/g。用此法制备的氧化锆粉末可以用做特殊功能陶瓷、气体传感器、催化剂或催化剂载体以及吸附剂或吸附剂载体等。11、“表面掺杂的弱团聚的纳米氧化锆粉末的制备方法”，中国专利<申请号>99100053，本发明公开了一种表面掺杂的弱团聚的纳米氧化锆粉末的制备方法。所述的制备方法包括(1).以四氯化锆为原料，将之加热气化，由干燥的惰性载气携带进入水解反应器，水蒸气及其载气的混合气在300-700℃均匀混合，其中，氯化锆的气相体积浓度为0.1-30％，发生水解反应后，得到含纳米氧化锆的气溶胶，该气溶胶经收集，得到粒度分布均匀，无硬团聚的纳米氧化锆粉末；(2).将以上制得的纳米氧化锆粉末，在用作稳定剂的金属盐溶液中浸渍，过滤，烘干，于300-800℃进行热分解，得到在氧化锆粉末表面掺杂有别的金属氧化物的纳米氧化锆粉末，此种粉末具有四方相或立方相结构，粒度细小，形状规整，不易团聚，将制得的纳米氧化锆粉末，在作为稳定剂的金属盐溶液中浸渍、焙烧，得到表面掺杂有其他氧化物的纳米氧化锆粉末。
从上述检索到的这些文献可以了解到，这些方法各有其特点，但也存在一些不足之处，如共沉淀法制备的氧化钇——氧化锆粉体往往存在相当多的团聚体；醇盐水解法原料来源困难，价格较高；氯氧化锆水解法反应时间长，产率过低；沉淀——水热法产物中组分分布不均匀；微乳液法产量过低、无法实现工业法等。
技术内容本发明人经过艰苦的研究和试验，找到了一种工艺简单、产品质量稳定、成本较低，并可大规模生产单分散、组分分布均匀的氧化钇稳定四方相氧化锆纳米粉体的方法。
本发明的方法是这样实现的一种Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，是将氯氧化锆配成浓度为0.2～3.0mol/L的溶液后，直接置入高压防腐蚀反应釜进行水热反应，高压防腐蚀反应釜耐压大于8Mpa，所述的水热反应温度为150～260℃，水热反应时间为4～24h，将产物搅拌均匀后按Y/Zr化学反应计量比例加入氯化钇溶液，随后缓慢滴加氨水再经过滤，洗涤，干燥，煅烧后，制备出Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体。
以上所述的高压防腐蚀反应釜的材质为纯锆或锆合金、钛合金、纯镍、镍合金等。所述的高压防腐蚀反应釜耐压大于8MPa。所述的水热反应温度为150～260℃，水热反应时间为4～24h。所述的氨水滴加后的溶液pH＝5～9。所述的煅烧是在400～1000℃下进行，时间为1～2h。所述的制备得到的Y2O3-ZrO2复合粉体在扫描电镜下观察粉体的平均粒径≤100nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤2.0μm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X衍射仪分析为单一的四方相，不含其他杂相。
与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点和显著的进步是本发明的Y2O3-ZrO2复合粉体具有纯度高、单分散性、组分分布均匀、晶型为四方相的特点，在电子信息材料、光电子领域有重要的应用价值。此外，本发明的水热合成法工序简单，易于操作，制取的成本也较低，适合于工业化生产。
下面通过实例进一步说明本发明的突出特点，仅在说明本发明而绝不限制本发明，本发明的突出特点和显著进步，决不限于下述实例。
具体实施例方式
实施例1、称取323克氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去离子水后，直接置入高压纯锆反应釜中，将反应釜升温至150℃并恒温保持24h。待反应釜冷却后，将产物搅拌均匀后加入0.2mol/l的氯化钇溶液10ml，随后缓慢滴加氨水至溶液pH＝9后，经过滤，洗涤，干燥，并在900℃下煅烧1h后即制备出含有3％Y2O3的ZrO2粉体。所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体在扫描电镜下观察粉体的平均粒径≤80nm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X衍射仪分析为单一的四方相，不含其他杂相，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X荧光定量分析含有3％Y2O3。
实施例2、称取323克氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去离子水后，直接置入高压纯锆反应釜中，将反应釜升温至260℃并恒温保持8h。待反应釜冷却后，将产物搅拌均匀后加入3mol/l的氯化钇溶液10ml，随后缓慢滴加氨水至溶液pH＝9后，经过滤，洗涤，干燥，并在900℃下煅烧1h后即制备出含有3％Y2O3的ZrO2粉体。所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体在扫描电镜下观察粉体的平均粒径≤80nm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X衍射仪分析为单一的四方相，不含其他杂相，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X荧光定量分析含有3％Y2O3。
实施例3、称取162克氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去离子水后，直接置入高压纯锆反应釜中，将反应釜升温至200℃并恒温保持12h。待反应釜冷却后，将产物搅拌均匀后加入2mol/l的氯化钇溶液10ml，随后缓慢滴加氨水至溶液pH＝7后，经过滤，洗涤，干燥，并在600℃下煅烧2h后即制备出含有8％Y2O3的ZrO2粉体。所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体在扫描电镜下观察粉体的平均粒径≤100nm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X衍射仪分析为单一的四方相，不含其他杂相，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X荧光定量分析含有8％Y2O3。
实施例4、称取162克氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)溶解于1000ml去离子水后，直接置入高压纯锆反应釜中，将反应釜升温至220℃并恒温保持20h。待反应釜冷却后，将产物搅拌均匀后加入5mol/l的氯化钇溶液10ml，随后缓慢滴加氨水至溶液pH＝7后，经过滤，洗涤，干燥，并在600℃下煅烧2h后即制备出含有8％Y2O3的ZrO2粉体。所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体在扫描电镜下观察粉体的平均粒径≤100nm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X衍射仪分析为单一的四方相，不含其他杂相，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X荧光定量分析含有8％Y2O3。
权利要求
1.一种Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，其特征在于将氯氧化锆配成浓度为0.2～3.0mol/L的溶液后，直接置入高压防腐蚀反应釜进行水热反应，高压防腐蚀反应釜耐压大于8Mpa，所述的水热反应温度为150～260℃，水热反应时间为4～24h，将产物搅拌均匀后按Y/Zr化学反应计量比例加入氯化钇溶液，随后缓慢滴加氨水再经过滤，洗涤，干燥，煅烧后，制备出Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，其特征在于所述的高压防腐蚀反应釜的材质为纯锆或锆合金、钛合金、纯镍、镍合金。
3.根据权利要求1所述的Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，其特征在于所述的高压防腐蚀反应釜耐压大于8MPa。
4.根据权利要求1所述的Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，其特征在于所述的氨水滴加后的溶液pH＝5～9。
5.根据权利要求1所述的Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，其特征在于所述的煅烧温度为400～1000℃，时间为1～2h。
6.一种如权利要求1所述的Y2O3稳定四方相ZrO2单分散纳米粉体的水热制备方法，其特征在于所述的制备得到的Y2O3-ZrO2复合粉体在扫描电镜下观察粉体的平均粒径≤100nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤2.0μm，所得到的Y2O3-ZrO2复合粉体采用X衍射仪分析为单一的四方相，不含其他杂相。
全文摘要
本发明涉及Y
文档编号C04B35/622GK1528706SQ20031011122
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月10日 优先权日2003年10月10日
发明者徐华蕊 申请人:徐华蕊