一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法

本发明属于氧化锆陶瓷加工，具体涉及一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法。

背景技术：

1、太阳能是一种有望解决当今能源短缺问题的新型能源，所以对太阳能的开发和研究备受关注，研制具有优异光学性能的材料成为实现这一目标的基础，越来越多的科研工作者投入到这项研究中。由于氧化锆陶瓷材料不仅具有优异的物理和化学性能，同时具有良好的光热吸收性能，因此在新型能源和光催化领域具有很好的应用前景。具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷材料不仅具有普通白色氧化锆陶瓷的特性(高熔点、良好的热稳定性和机械性能)，更重要的是它具有比普通氧化锆更突出的光热吸收性能，因此是一种有良好应用前景的材料。

2、目前黑色氧化锆陶瓷材料制备方法多为氧化物掺杂和添加着色剂的方法，这些方法制备过程复杂、成本高。因此需要一种能够以低成本获得高产量的黑色氧化锆陶瓷的制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，该方法是通过活性元素锆在界面处消耗氧化锆陶瓷中的氧原子，使氧化锆中形成氧空位浓度梯度并促使氧空位发生迁移，从而促进氧原子向界面扩散使界面反应持续进行，最终得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷。本发明中采用的界面反应分为两类：一类是含活性元素锆的低熔点合金体系熔化与氧化锆陶瓷发生界面活性反应，另一类是含锆的高熔点合金体系与氧化锆陶瓷发生界面固态扩散反应。这是一种制备具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的新方法，本发明可以制备其他尺寸和形状的黑色氧化锆陶瓷。

2、一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)原料准备：称取氧化锆颗粒和锆粉，所述氧化锆与锆粉的质量比为1～3:1～2；

4、(2)混料压制：将氧化锆和锆粉混合均匀，压制成预制块；

5、(3)升温反应：将所述预制块在真空炉中加热至1000℃～1750℃，保温10min～60min后随炉冷却；

6、(4)分离：将冷却后的预制块粉碎研磨，过筛后洗涤，烘干后得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷颗粒，或将冷却后的预制块洗涤、烘干后得到具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷块。

7、优选的，所述氧化锆为氧化锆颗粒或氧化锆陶瓷块。

8、优选的，所述锆粉可替换为锆箔或锆板。

9、优选的，所述锆粉可替换为ni-zr复合粉末。

10、进一步优选的，所述ni-zr复合粉末中ni和zr的质量比为1：1。

11、优选的，步骤(2)压制预制块的压强为50mpa～70mpa。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、本发明制备的黑色氧化锆陶瓷具有良好的光热吸收性能，热稳定性好，有良好的高温强度和抗高温氧化性，可实现不同尺寸黑色氧化锆陶瓷的制备。

14、同时本发明还具有成本低，效率高，制备工艺简单稳定，易于操作；本发明只利用界面反应制备黑色氧化锆陶瓷，没有向氧化锆中引入新的杂质；本发明可适用于工业化生产和应用。

技术特征：

1.一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锆为氧化锆颗粒或氧化锆陶瓷块。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锆粉可替换为锆箔或锆板。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锆粉可替换为ni-zr复合粉末。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述ni-zr复合粉末中ni和zr的质量比为1：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)压制预制块的压强为50mpa～70mpa。

技术总结
本发明公开了一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷的制备方法，涉及氧化锆陶瓷加工技术领域。本发明是将氧化锆颗粒和锆粉混合后压制成预制块，然后进行真空高温焙烧处理，冷却后洗涤干燥后得到一种具有高氧空位密度的黑色氧化锆陶瓷。本发明制备的黑色氧化锆陶瓷具有良好的光热吸收性能，热稳定性好，有良好的高温强度和抗高温氧化性，同时可制备不同尺寸黑色氧化锆陶瓷材料。

技术研发人员：祁复功,丁海民,柳青,王进峰,周吉宇
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15