CePO₄包覆ZrO₂粉体的非均匀成核制备方法

专利名称：CePO₄包覆ZrO₂粉体的非均匀成核制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机复合粉体的制备方法，特别是涉及一种CeP04包覆ZK)2粉体的非均 匀成核制备方法。
背景技术：
氧化物陶瓷(如A1203、 ZrOa)在商温氧化环境中很稳定，并且在硬度、弹性特征和热传 导率等方面都有优于其它材料，但可加工性差；而单相磷酸盐(如LaP04、 CeP04)具有良好 的"塑性"或"延性"特征，具有良好的加工性，但力学性能很差。氧化物陶瓷与磷酸盐之 间结合较弱，且化学相容性好，为了提髙氧化物陶瓷材料(如&02、 A1203)的可加工性，人 们把稀土磷酸盐(CeP04、 LaP04)添加到氧化物陶瓷基体中，突破了陶瓷在加工性能上的限 制，使陶瓷材料具有更加广阔的应用前景。
国内外很多研究学者认为Zr02/CeP04复相陶瓷中的弱界面处受力时形成微裂纹并发生 偏转、分支和桥联；当CeP04含量少时，裂纹呈连续扩展，加工损伤严重，加工困难而加 入量大时，裂纹发散，加工损伤小，但力学性能下降明显。
非均匀成核法是以被包覆颗粒为形核基体，控制溶液中包覆层物质反应浓度不能超过极 限结晶浓度，即控制在非均匀形核所需的临界值核均匀形核所需的临界值之间。在此条件下 系统满足非均匀成核，生长条件，从而实现颗粒的包覆过程。这种方法可以精确控制包覆粒 子的厚度及它的化学组分。不足之处是要求加入的微粒子浓度很低和较长的处理时间。如果 加入的微粒子浓度过髙或反应速率过快，那么得到的粒子的包理层的均一性和致密性将不会 太理想，并且得到的将不再是单个均匀的粒子，而会出现团聚的粒族。

发明内容
本发明的目的是提供一种采用非均匀成核法制备CeP04包複Zr02粉体的方法，以克服现 有技术上的不足。
一种CeP04包覆ZrOa粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于首先选用分析纯 CeCl3，7H20， Na3P04，12H20， H3POa和ZrO2粉体作为原料；先配置不同浓度的CeCl3水溶液， 然后称取一定量的Zr02粉体，在常温磁力搅拌下，将其加入到CeCl3水洛液中，进行超声分散l(M0min,并继续搅拌l 2h,使Zr02粉体均匀地分散在CeCl3溶液中，制得悬浮液；然 后在常温强磁力搅拌下，向此悬浮液中滴加与CeCl3水溶液等浓度等体积的H3P04或Na3P04 溶液滴定，在用Na3P04溶液滴定时向悬浮液中加入少量的分散剂，将滴定速度控制在5 20 滴/min;待滴定结束后，将悬浮液离心，洗涤，干燥，即得包覆粉体。
本发明的优点在于获得了六方晶型不同形貌的CeP04包覆Zr02的复合粉体，用H3P04 滴定得到的是纤维状CeP04对Zr02颗粒的包覆；用Na3P04滴定得到的是絮状CeP04对Zr02 颗粒的包覆。通过这样的设计，可以减少CeP04在CeP04/Zr02复合陶瓷中的含量，来进一 步提髙其复合陶瓷的可加工性。


图1为包覆前ZrOz,用H3P04滴定得到的包覆粉体和用Na3P04滴定得到的包種粉体的 XRD图谱。
图2为包覆前ZrOa，用H3P04滴定得到的包覆粉体和用Na3PQt滴定得到的包覆粉体的 TEM图谱。
具体实施例方式
实施例l
(1 )用电子天平称取0.186克CeCl3'7H20,加入500mL去离子水配成0.001mol/L的CeCl3洛液。
(2) 按照WceP04:Wao2-l: 4的配比称取0.47克的ZrO2粉体，将其加入到上述CeCl3 溶液中，超声分散30min，并继续搅拌2h得混合液。
(3) 然后在强磁力搅拌(180转/min),室温下向上述混合液中滴加与CeCl3溶液等浓度 等体积的H3P04，将滴定速率控制在20滴/min，待滴定结束后，将悬浮液离心，所得粉体经 反复水洗，放入干燥箱中进行烘干，即得用H3P04滴定所得到的包覆粉体。所制得的包覆粉 体的X射线衍射图谱(XRD)见图lb，透射电镜图片(TEM)见图2b。
实施例2
(1 )用电子天平称取0.93克CeCl3"H20，加入500mL去离子水配成0.005mol/L的CeCl3溶液。
(2)按照WccP04:Wao2-l: 4的配比称取2.35克的ZrO2粉体，将其加入到上述CeCl3溶液中，并向该溶液中添加0.5wt外分散剂聚甲基丙烯酸铵(PMAA)超声分散30min,并继 续搅拌2h得混合液。
(3)然后在强磁力搅拌(180转/min)，室温下向上述混合液中滴加与CeCl3溶液等浓度 等体积的Na3P04溶液，将滴定速度控制在20滴/min，待滴定结束后，将悬浮液离心，所得 粉体经反复水洗，放入干燥箱中进行烘干，即得用Na3P04滴定所得到的包覆粉体。所制得的 包理粉体X射线衍射图谱(XRD)见图lc，透射电镜图片(TEM)见图2c。
将包覆前ZK)2 (图la)与用H3P04滴定得到的包覆粉体(图lb)和用Na3P04滴定得到 的包覆粉体(图lc)的XRD图谱作比较分析，可以看出用H3P04滴定得到的包覆粉体出现 了六方晶型的CeP04，且峰强也有所增强；而用Na3P04滴定得到的包覆粉体的峰宽和强度都 比包複前低，这可能是因为六方CeP04没有完全结晶，从而使复合粉体晶化程度削弱。
图2a是包覆前Zt02的TEM图谱,.可以看出，包覆前ZrO2呈颗粒状，平均粒径约80nm。 图2b是用H3P04滴定得到的包覆粉体的形貌，从图中可以看出，基体Zr02周围生长出很长 的六方CeP04纤维，长度约为0.4~O.5um。图2c是用NaP04滴定得到的包覆粉体的形貌，从 图中看出，絮状CePO4以层状结构分布在ZrO2颗粒周围，CeP04与Zr02颗粒之间形成了一 种核-壳结构的弱界面。
本发明中所述的ZrO2粉体的平均粒径约5(K120nm: CeCl3、 H3P04和Na3P04水溶液的 浓度均为0.001~0.01mol/L;所加入21<)2粉体的量是溶液中06 04理论产量的2.5~5倍磁力 搅拌速率是12(K200转/min;干燥温度为4O~100"C，干燥时间为10~24h;所加入的分散剂 为聚甲基丙烯酸铵(PMAA)，在悬浮液中的浓度为0.1 lwt。/0。
权利要求
1、一种CePO4包覆ZrO2粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于首先选用分析纯CeCl3·7H2O，Na3PO4·12H2O，H3PO4和ZrO2粉体作为原料；先配置不同浓度的CeCl3水溶液，然后称取一定量的ZrO2粉体，在常温磁力搅拌下，将其加入到CeCl3水溶液中，进行超声分散10～40min，并继续搅拌1～2h，使ZrO2粉体均匀地分散在CeCl3溶液中，制得悬浮液；然后在常温强磁力搅拌下，向此悬浮液中滴加与CeCl3水溶液等浓度等体积的H3PO4或Na3PO4溶液滴定，在用Na3PO4溶液滴定时向悬浮液中加入少量的分散剂，将滴定速率控制在5～20滴/min；待滴定结束后，将悬浮液离心，洗涤，干燥，即得包覆粉体。
2、 如权利要求l所述的CeP04包覆ZK)2粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于所述 的Zr02粉体的平均粒径为5(M20nm。
3、 如权利要求l所述的CeP04包覆Zr02粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于所述 的CeCl3、 HaP04和Na3P04水溶液的浓度均为0.001~0.01mol/L。
4、 如权利要求l所述的CeP04包覆Zr02粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于所述 的加入2102粉体的量是溶液中€6 04理论产量的2.5~5倍。
5、 如权利要求l所述的CeP04包覆Zr02粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于所述 的磁力搅拌速率是15(^200转/min。
6、 如权利要求l所述的CeP04包覆ZK)2粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于所述 的干燥温度为4(M0(TC，干燥时间为10~2411。
7、 如权利要求l所述的CeP04包覆ZK)2粉体的非均匀成核制备方法，其特征在于所述 的分散剂为聚甲基丙烯酸铵(PMAA)，在悬浮液中的浓度为(U lwto/0。
全文摘要
本发明公开了一种CePO₄包覆ZrO₂粉体的制备方法，采用的是非均匀成核法。其特征在于首先选用分析纯CeCl₃·7H₂O，Na₃PO₄·12H₂O，H₃PO₄和ZrO₂粉体作为原料；先配置不同浓度的CeCl₃水溶液，然后称取一定量的ZrO₂粉体，在常温磁力搅拌下，将其加入到CeCl₃水溶液中，进行超声分散10～40min，并继续搅拌1～2h，使ZrO₂粉体均匀地分散在CeCl₃溶液中，制得悬浮液；然后在常温强磁力搅拌下，向此悬浮液中滴加与CeCl₃水溶液等浓度等体积的H₃PO₄或Na₃PO₄溶液滴定，在用Na₃PO₄溶液滴定时向悬浮液中加入少量的分散剂，将滴定速度控制在5～20滴/min；待滴定结束后，将悬浮液离心，洗涤，干燥，即得包覆粉体。本发明获得了六方晶型不同形貌的CePO₄包覆的ZrO₂的复合粉体，且制备方法简单，易控制；目前，用非均匀成核法制备纳米CePO₄包覆ZrO₂粉体国内外还没有相关报道。
文档编号C04B35/48GK101508582SQ200910019970
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月21日 优先权日2009年3月21日
发明者尹衍升, 昕 王, 静 王, 黄传顺 申请人:中国海洋大学