CN101851005B - 高分散氧化锆纳米粉体的制备方法 - Google Patents

高分散氧化锆纳米粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，属于纳米材料制备技术领域，其特征在于采用以下步骤：(1)在搅拌条件下，将沉淀剂滴定到锆盐溶液中，生成凝胶，然后用去离子水将凝胶抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止；(2)向凝胶中加入莰烯，在50～70℃环境下球磨混合形成料浆；(3)将料浆在室温凝固成型，再把凝固的料浆放在室温空气环境中停留7～10天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，700～900℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。本发明得到的氧化锆纳米粉体，分散性好，无硬团聚，颗粒小于50nm，工艺简单，操作安全，成本低，易于产业化。

Description

高分散氧化锆纳米粉体的制备方法
技术领域
本发明提供一种高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
氧化锆纳米粉体的制备方法有多种，包括气相法和液相法两大类，其中液相化学法具有更强的竞争优势，因为与该方法相关的工业过程控制与设备的放大技术已较为成熟，成本较低。液相法包括溶胶-凝胶法、醇盐水解法、水热法、乳液法及共沉淀法等，其中溶胶-凝胶法是液相湿化学法中特别受重视的一种方法，它具有反应温度低、工艺简单及易控制等优点，是一种能工业化生产的有效方法。但是溶胶-凝胶法制备过程中会产生较严重的团聚现象，硬团聚的存在会降低粉体的活性和成型性能，并导致在烧制陶瓷时需要较高的烧结温度，材料结构不均匀，容易产生缺陷，降低制品的性能。因此，防止或减少溶胶-凝胶法制备氧化锆纳米粉体过程中硬团聚现象的发生，以获得粒径符合要求、分布范围窄、分散性好的粒子，是目前从事该领域研究的科技人员最关心的问题之一。研究表明，团聚体的形成与氧化锆纳米粉体的整个制备过程，从反应成核、晶核生长到水合前驱体的洗涤、干燥和煅烧等步骤都密切相关。可见，要实现对纳米粉体团聚的控制，就必须对其整个制备过程进行控制。为了减少纳米粒子的团聚，在滴定过程：人们试图在反应体系中加入一些表面活性剂或其它有机物，使其一方面能控制反应成核过程；另一方面有机物分子吸附在已生成的前驱体胶粒上，可以增强粒子之间的空间位阻效应，提高粒子的分散性能，但效果不好。在洗涤过程：将沉淀前驱体用无水乙醇或其它有机溶剂洗涤，以乙氧基或其它有机官能团取代其表面吸附水，减少胶粒由于羟基架桥作用而形成的硬团聚；同时由于有机溶剂具有较低的表面张力，也将减少脱水过程中产生的毛细管力，使粒子之间的结合强度降低，减少团聚体的产生，但效果不好，只有在干燥过程中使用特殊的工艺才能得到分散性好的纳米粉体。在干燥过程：使用超临界干燥、真空冷冻干燥和共沸蒸馏工艺能较好消除团聚，但超临界干燥和真空冷冻干燥对设备要求高，设备投入大，受设备箱体大小的影响，生产效率低；共沸蒸馏使用有机溶剂成本高，受蒸馏设备容积的影响，效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工艺简单、操作安全、成本低的高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，其技术方案为：
一种高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，其特征在于采用以下步骤：其特征在于采用以下步骤：(1)在搅拌条件下，将沉淀剂滴定到锆盐溶液中，生成凝胶，然后用去离子水将凝胶抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止；(2)向凝胶中加入莰烯，在50～70℃环境下球磨混合形成料浆；(3)将料浆在室温凝固成型，再把凝固的料浆放在室温空气环境中停留7～10天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，700～900℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。
所述的高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，步骤(1)中沉淀剂为0.1～0.5mol/L硼氢化钠、稀释的氨水、1～2mol/L碳酸铵中的一种。
所述的高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，步骤(1)中锆盐溶液为0.1～0.5mol/L的氧氯化锆溶液或硝酸锆溶液。
所述的高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，步骤(2)中凝胶与莰烯的质量比为1∶0.5～2。
本发明的工作原理是：由于莰烯的熔化点较低，在45℃左右熔化，而且常温状态下是固体，坯体的成型温度低。同时，莰烯作为容易挥发的物质，在空气中就可以自然挥发形成孔洞，提高粉体分散性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、利用莰烯高于45℃为液态，室温变成固态，且易于挥发的特性，分散氧化锆凝胶，制备出高分散的氧化锆纳米粉体，工艺简单，易于工业化生产；
2、本发明制备的氧化锆纳米粉体分散性好，无硬团聚，颗粒小于50nm，具有较大的比表面积；
3、不使用超临界干燥、真空冷冻干燥和共沸蒸馏等特殊的干燥工艺，就能得到分散性好的纳米粉体，不受干燥设备容积的限制，生产效率高，设备投入少。
附图说明
图1是本发明实施例在700℃煅烧后的XRD谱；
图2是本发明实施例在700℃煅烧后的SEM照片。
具体实施方式
实施例1
(1)3.2g的ZrOCl2·8H2O溶于100ml的水配置成0.1mol/L氧氯化锆溶液，在搅拌条件下，将0.2mol/L硼氢化钠溶液滴定到氧氯化锆溶液中，生成凝胶，然后将凝胶用去离子水抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止，得到12g凝胶；(2)向凝胶中加入12g莰烯，在50℃环境下球磨混合形成料浆；(3)在室温凝固成型，将凝固的料浆放在室温空气环境中停留7天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，700℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。
通过XRD测试，可见粉体晶体类型为单斜相；通过SEM测试，可见氧化锆纳米粉体粒径在40nm左右，无硬团聚，具有较高分散性。
实施例2
(1)4.3g的Zr(NO3)4·5H2O溶于100ml的水配置成0.1mol/L硝酸锆溶液，在搅拌条件下，将0.5mol/L硼氢化钠溶液滴定到硝酸锆溶液中，生成凝胶，然后将凝胶用去离子水抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止，得到20g凝胶；(2)向凝胶中加入20g莰烯，在50℃环境下球磨混合形成料浆；(3)在室温凝固成型，将凝固的料浆放在室温空气环境中停留7天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，700℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。
实施例3
(1)9.6g的ZrOCl2·8H2O溶于100ml的水配置成0.3mol/L氧氯化锆溶液，在搅拌条件下，将1mol/L碳酸铵溶液滴定到氧氯化锆溶液中，生成凝胶，然后将凝胶用去离子水抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止，得到45g凝胶；(2)向凝胶中加入90g莰烯，在60℃环境下球磨混合形成料浆；(3)在室温凝固成型，将凝固的料浆放在室温空气环境中停留7天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，800℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。
实施例4
(1)12.9g的Zr(NO3)4·5H2O溶于100ml的水配置成0.3mol/L硝酸锆溶液，在搅拌条件下，将2mol/L碳酸铵溶液滴定到硝酸锆溶液中，生成凝胶，然后将凝胶用去离子水抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止，得到54g凝胶；(2)向凝胶中加入108g莰烯，在60℃环境下球磨混合形成料浆；(3)在室温凝固成型，将凝固的料浆放在室温空气环境中停留7天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，800℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。
实施例5
(1)16g的ZrOCl2·8H2O溶于100ml的水配置成0.5mol/L氧氯化锆溶液，在搅拌条件下，将稀释的氨水液滴定到氧氯化锆溶液中，生成凝胶，然后将凝胶用去离子水抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止，得到60g凝胶；(2)向凝胶中加入30g莰烯，在70℃环境下球磨混合形成料浆；(3)在室温凝固成型，将凝固的料浆放在室温空气环境中停留7天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，900℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。
实施例6
(1)21.5g的Zr(NO3)4·5H2O溶于100ml的水配置成0.5mol/L硝酸锆溶液，在搅拌条件下，将稀释的氨水滴定到硝酸锆溶液中，生成凝胶，然后将凝胶用去离子水抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止，得到90g凝胶；(2)向凝胶中加入45g莰烯，在70℃环境下球磨混合形成料浆；(3)在室温凝固成型，将凝固的料浆放在室温空气环境中停留7天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，900℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体。

Claims (1)

1.一种高分散氧化锆纳米粉体的制备方法，其特征在于采用以下步骤：(1)在搅拌条件下，将沉淀剂滴定到锆盐溶液中，生成凝胶，然后用去离子水将凝胶抽滤洗涤数次，直至洗液显中性为止；(2)向凝胶中加入莰烯，在50～70℃环境下球磨混合形成料浆；(3)将料浆在室温凝固成型，再把凝固的料浆放在室温空气环境中停留7～10天，待莰烯完全挥发后放到烧结炉中，700～900℃煅烧，即得高分散氧化锆纳米粉体；其中步骤(1)中沉淀剂为0.1～0.5mol/L硼氢化钠、稀释的氨水、1～2mol/L碳酸铵中的一种，锆盐溶液为0.1～0.5mol/L的氧氯化锆溶液或硝酸锆溶液，步骤(2)中凝胶与莰烯的质量比为1∶0.5～2。
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