本发明公开了一种陶瓷增韧专用纳米二氧化锆的制备方法，属于无机化学合成技术领域。
背景技术：
二氧化锆是一种具有高熔点、高沸点、导热系数小、热膨胀系数大、耐磨性好、耐腐蚀性能优良的无机非金属材料，在许多不同的领域，诸如陶瓷颜料、工程陶瓷、宝石业、压电元件、离子交换器以及固体电解质等方面有着广泛的用途。目前，纳米二氧化锆的制备方法主要有气相法和液相法两大类。
气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。此方法可通过改变工艺参数实现对纳米二氧化锆粉体组成、形貌、尺寸及晶相的控制，所得粉体力度极细，反应易于控制，缺点是设备复杂昂贵，目前都是在实验室中研制，难以实现工业化生产。
液相法是以均相的溶液出发，通过各种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米颗粒。而液相法根据工艺路线又可分为沉淀法、溶剂热法、溶胶凝胶法、喷雾法、水解法等，综合看来，此类方法的优点是：反应条件温和，得到的粉体细度细微，在亚微米级或者更细，粒度分布窄，纯度高，化学组成均匀；缺点是原料成本高且对人体健康有害，处理过程时间较长，形成胶粒及凝胶过滤、洗涤过程工艺参数难以控制，且多数液相法在制备过程中，易出现沉淀颗粒严重团聚，形貌不可控的问题。因此，亟待开发一种形貌可控、颗粒分布均匀且具有较好增韧作用的二氧化锆。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统纳米二氧化锆在制备过程中，易出现颗粒团聚严重，且形貌不可控，导致产品无法有效达到陶瓷增韧目的的问题，提供了一种陶瓷增韧专用纳米二氧化锆的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）依次取3～5g聚苯乙烯丙烯酸，在氮气保护状态下，与500～600ml水混合，得均匀乳液，再将100～120ml氧氯化锆溶液滴加至所得均匀乳液中；
（2）待氧氯化锆溶液滴加完毕，再向均匀乳液中滴加100～120ml氨水，搅拌反应后，过滤、洗涤、干燥后煅烧，即得陶瓷增韧专用纳米二氧化锆。
步骤（1）所述的水中还可以添加10～15g多巴胺。
步骤（1）所述的氧氯化锆溶液是由10～15g八水氧氯化锆与120～150ml去离子水混合而成。
步骤（1）所述的100～120ml氧氯化锆溶液控制在30～45min内滴完。
步骤（2）所述的100～120ml氨水控制在30～45min内滴完。
步骤（2）所述的煅烧条件为：于马弗炉中，以8～10℃/min速率程序升温至650～780℃，保温煅烧45～60min，随炉冷却至室温。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先利用聚苯乙烯丙烯酸形成的乳液微球，吸附溶液中的金属锆离子，在缓慢滴加氨水的过程中，通过控制滴加速度，使锆离子与溶液中氢氧根离子缓慢结合，形成氢氧化锆沉淀结晶，形成的氢氧化锆晶体被聚苯乙烯丙烯酸表面的羧基吸附，从而避免晶体进一步长大团聚；
（2）本发明通过在反应体系中加入多巴胺，多巴胺溶于水后可将溶液中金属锆离子络合，在滴加氨水的过程中，络合反应平衡被打破，金属锆离子逐渐释放，因释放速度缓慢，且氨水中氢氧根离子电离速度较慢，使产生沉淀物的过程更加缓慢，产生的沉淀物也更均匀，且多巴胺在弱碱性环境下，可在水中溶解氧作用下发生氧化自聚，形成聚多巴胺网络，形成的聚合物网络结构可在氢氧化锆晶体周围形成空间障碍，进一步阻止沉淀晶体的长大及团聚；
（3）本发明最终通过煅烧即可将聚苯乙烯丙烯酸及多巴胺去除，从而使产品纳米二氧化锆得以纯化，所得纳米二氧化锆颗粒形貌均匀，粒径分布较窄，均在纳米级，将其添加至陶瓷材料中，可有效提高陶瓷的强度及韧性。
具体实施方式
称取10～15g八水氧氯化锆，倒入盛有120～150ml去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合直至八水氧氯化锆完全溶解，得氧氯化锆溶液，在三口烧瓶中加入500～600ml去离子水，随后以3～5ml/min速率向三口烧瓶中通入氮气，在氮气保护状态下，依次向三口烧瓶中加入3～5g聚苯乙烯丙烯酸，10～15g多巴胺，再将三口烧瓶转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60～70℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，待搅拌混合结束，停止通入氮气，调节温度至70～80℃，搅拌转速至300～500r/min，并以6～8ml/min速率向三口烧瓶中通入空气，同时通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100～120ml氧氯化锆溶液，控制在30～45min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应20～30min，待搅拌反应结束，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100～120ml质量分数为10%氨水，控制在30～45min内滴完，待滴加完毕，继续于温度为70～80℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌反应80～100min，待反应结束，趁热过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，得滤饼湿料，将所得滤饼湿料转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，随后以8～10℃/min速率程序升温至650～780℃，保温煅烧45～60min，随炉冷却至室温，出料，即得陶瓷增韧专用纳米二氧化锆。
实例1
称取10g八水氧氯化锆，倒入盛有120ml去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合直至八水氧氯化锆完全溶解，得氧氯化锆溶液，在三口烧瓶中加入500ml去离子水，随后以3ml/min速率向三口烧瓶中通入氮气，在氮气保护状态下，依次向三口烧瓶中加入3g聚苯乙烯丙烯酸，再将三口烧瓶转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合45min，待搅拌混合结束，停止通入氮气，调节温度至70℃，搅拌转速至300r/min，并以6ml/min速率向三口烧瓶中通入空气，同时通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100ml氧氯化锆溶液，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应20min，待搅拌反应结束，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100ml质量分数为10%氨水，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续于温度为70℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌反应80min，待反应结束，趁热过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，得滤饼湿料，将所得滤饼湿料转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，随后以8℃/min速率程序升温至650℃，保温煅烧45min，随炉冷却至室温，出料，即得陶瓷增韧专用纳米二氧化锆。
在氧化铝基质强度为400mpa，断裂韧性为5.2mpa·m1/2陶瓷材料中，添加陶瓷材料体积分数为12%本发明所得的陶瓷增韧专用纳米二氧化锆，随后在模具中经压制成坯后，于温度为1450℃条件下烧结成型，制备得到陶瓷复合材料。经检测，所得陶瓷复合材料强度可提高至1400mpa，断裂韧性提高至16.2mpa·m1/2。
实例2
称取10g八水氧氯化锆，倒入盛有120ml去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合直至八水氧氯化锆完全溶解，得氧氯化锆溶液，在三口烧瓶中加入500ml去离子水，随后以3ml/min速率向三口烧瓶中通入氮气，在氮气保护状态下，依次向三口烧瓶中加入3g聚苯乙烯丙烯酸，10g多巴胺，再将三口烧瓶转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合45min，待搅拌混合结束，停止通入氮气，调节温度至70℃，搅拌转速至300r/min，并以6ml/min速率向三口烧瓶中通入空气，同时通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100ml氧氯化锆溶液，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应20min，待搅拌反应结束，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100ml质量分数为10%氨水，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续于温度为70℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌反应80min，待反应结束，趁热过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，得滤饼湿料，将所得滤饼湿料转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，随后以8℃/min速率程序升温至650℃，保温煅烧45min，随炉冷却至室温，出料，即得陶瓷增韧专用纳米二氧化锆。
在氧化铝基质强度为400mpa，断裂韧性为5.2mpa·m1/2陶瓷材料中，添加陶瓷材料体积分数为14%本发明所得的陶瓷增韧专用纳米二氧化锆，随后在模具中经压制成坯后，于温度为1500℃条件下烧结成型，制备得到陶瓷复合材料。经检测，所得陶瓷复合材料强度可提高至1450mpa，断裂韧性提高至17.5mpa·m1/2
实例3
称取10g八水氧氯化锆，倒入盛有120ml去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合直至八水氧氯化锆完全溶解，得氧氯化锆溶液，在三口烧瓶中加入500ml去离子水，随后以3ml/min速率向三口烧瓶中通入氮气，在氮气保护状态下，依次向三口烧瓶中加入3g聚苯乙烯丙烯酸，15g多巴胺，再将三口烧瓶转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合45min，待搅拌混合结束，停止通入氮气，调节温度至70℃，搅拌转速至300r/min，并以6ml/min速率向三口烧瓶中通入空气，同时通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100ml氧氯化锆溶液，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应20min，待搅拌反应结束，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加100ml质量分数为10%氨水，控制在30min内滴完，待滴加完毕，继续于温度为70℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌反应80min，待反应结束，趁热过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，得滤饼湿料，将所得滤饼湿料转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，随后以8℃/min速率程序升温至650℃，保温煅烧45min，随炉冷却至室温，出料，即得陶瓷增韧专用纳米二氧化锆。
在氧化铝基质强度为400mpa，断裂韧性为5.2mpa·m1/2陶瓷材料中，添加陶瓷材料体积分数为16%本发明所得的陶瓷增韧专用纳米二氧化锆，随后在模具中经压制成坯后，于温度为1550℃条件下烧结成型，制备得到陶瓷复合材料。经检测，所得陶瓷复合材料强度可提高至1500mpa，断裂韧性提高至18.8mpa·m1/2。