CN112125663B - 一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法 - Google Patents

一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112125663B
CN112125663B CN202010819083.2A CN202010819083A CN112125663B CN 112125663 B CN112125663 B CN 112125663B CN 202010819083 A CN202010819083 A CN 202010819083A CN 112125663 B CN112125663 B CN 112125663B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zirconium
yttrium
powder
solution
yttria
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010819083.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112125663A (zh
Inventor
陶进长
曹洪杨
高远
李伟
袁祥奕
郭秋松
张魁芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Resource Utilization and Rare Earth Development of Guangdong Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Rare Metals of Guangdong Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Rare Metals of Guangdong Academy of Sciences filed Critical Institute of Rare Metals of Guangdong Academy of Sciences
Priority to CN202010819083.2A priority Critical patent/CN112125663B/zh
Publication of CN112125663A publication Critical patent/CN112125663A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112125663B publication Critical patent/CN112125663B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3246—Stabilised zirconias, e.g. YSZ or cerium stabilised zirconia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法。该制备方法，包括如下步骤：(1)在含有锆盐和钇盐的水溶液中加入络合剂和分散剂，获得锆钇络合物的溶液，将锆钇络合物的溶液进行水浴，搅拌的条件下向锆钇络合物的溶液中加入中和剂，得到锆钇溶胶的水溶液；(2)将锆钇溶胶的水溶液经雾化和液氮冻干后真空冷冻干燥获得锆钇前驱体粉末，锆钇前驱体粉末在空气气氛下经热处理后，获得单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。本发明提出的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的晶型为四方晶型，二次粒径大小为50～500nm，比表面积为10～400m2/g，可应用于固体燃料电池的电解质材料、齿科用氧化锆陶瓷等领域。

Description

一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及粉体材料制备技术领域，具体涉及一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法。
背景技术
稳定化氧化锆是一种工业应用广泛的功能陶瓷材料，常用的稳定剂有氧化钇、氧化镁、氧化钙、氧化钪等，尤以氧化钇为多。工业化应用的氧化钇稳定氧化锆功能陶瓷材料的性能优劣受初始氧化钇稳定氧化锆粉体的影响，通常包括初始粉体的粒径大小、稳定剂分布均匀性、颗粒的单分散性等因素，而这些因素与初始粉体的制备方法密切相关。
目前，氧化钇稳定氧化锆粉体的制备方法较多，主要有：化学共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、机械混合法等。(1)化学共沉淀法是工业上最常用的方法之一，通常是将锆元素和钇元素的无机盐溶解在水中，再加入沉淀剂将锆钇离子从溶液中沉淀析出，收集并洗涤沉淀物再经煅烧获得氧化钇稳定氧化锆粉末。化学共沉淀法具有工艺简单、成本低廉等优点，但是制备的氧化钇稳定氧化锆粉体，存在着粉体的二次粒径大且粒径分散性差、团聚严重、烧结活性差等缺点。(2)水热法制备氧化钇稳定氧化锆又分为水热水解法和水热沉淀法，通常工业生产上使用的水热沉淀法采用耐高温、高压的反应釜设备，通过对含有锆源、钇源以及沉淀剂的水溶液加热、加压，在经历较长的反应时间后，反应沉淀物发生溶解-重结晶过程，最终经洗涤干燥后便得到氧化钇稳定氧化锆粉体。水热沉淀法制备的粉体材料的晶型好、纯度高、二次粒径较小、团聚程度较少，具有良好的烧结活性，但是水热沉淀法对设备要求高，工艺参数难控制、生产周期长等缺点。(3)溶胶凝胶法也是一种常见的制备氧化钇稳定氧化锆的方法，此方法通常是在含有锆、钇元素的水溶液中加入络合剂，在一定条件下形成溶胶溶液，然后经凝胶化后获得锆钇前驱体，再经过煅烧后得到氧化钇稳定氧化锆粉体。该方法的优点是制备的粉体的晶型好、二次粒径小且粒径分布窄、活性大，缺点是溶胶在凝胶过程中存在着周期长、干燥时易发生团聚导致收缩率大、操作复杂等。
发明内容
本发明提供了旨在针对现有技术存在的问题，提供一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，本发明利用络合剂将锆钇离子络合后，再在分散剂的作用下均匀分布在溶液中，然后以缓慢的滴加速率加入中和剂以控制溶液的pH值，之后通过雾化及液氮快速冻干使得溶剂水迅速成冰晶而不会造成锆钇离子的偏析，再在真空冷冻干燥下获得无硬团聚的锆钇前驱体粉末，最终经煅烧工艺得到单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
本发明提供了一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)在含有锆盐和钇盐的水溶液中加入络合剂和分散剂，获得锆钇络合物的溶液，将所述的锆钇络合物的溶液进行水浴，水浴温度为60℃～80℃，搅拌的条件下向锆钇络合物的溶液中加入中和剂，得到锆钇溶胶的水溶液；
(2)将步骤(1)得到的锆钇溶胶的水溶液经雾化和液氮冻干后获得锆钇前驱体粉末，将锆钇前驱体粉末在空气气氛下经600℃～900℃的热处理后，即可获得单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
优选地，步骤(1)所述的含有锆盐和钇盐的水溶液中，所述锆盐选自硫酸锆、硝酸锆和八水合二氯氧锆中的一种，所述的钇盐为氯化钇或六水合硝酸钇，其中锆元素与钇元素的摩尔比为4.5～49.5:1，锆元素的摩尔浓度为0.1～2mol/L。
进一步优选，所述的锆元素与钇元素的摩尔比为97:6～92:16，锆元素的摩尔浓度为0.5～1mol/L。
优选地，步骤(1)所述的络合剂为柠檬酸或草酸，络合剂加入的摩尔量为锆元素和钇元素的摩尔量之和的50％～120％。
优选地，步骤(1)所述的分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和聚乙二醇3000中的一种，分散剂的摩尔浓度为0.006～0.012mol/L。
优选地，步骤(1)所述的中和剂选自氨水、碳酸氢铵和脲中的一种，所述的中和剂溶液浓度为0.5～2mol/L，以1～10mL/min的滴加速率滴加到锆钇络合物的溶液中，至得到的锆钇溶胶的水溶液的pH值为4～5。
进一步优选，所述的中和剂溶液的滴加速率为2～5mL/min。
优选地，步骤(2)所述的将步骤(1)得到的锆钇溶胶的水溶液经雾化和液氮冻干后获得锆钇前驱体粉末的具体步骤为：将步骤(1)得到的锆钇溶胶的水溶液经雾化喷嘴形成的液滴喷洒到液氮中发生过冷冻干，再经真空冷冻干燥后获得锆钇前驱体粉末，所述的真空冷冻干燥的真空度为1～20Pa。
优选地，步骤(2)所述的将锆钇前驱体粉末在空气气氛下经600℃～900℃的热处理的具体步骤为：将锆钇前驱体粉末在空气气氛下，以5℃/min的速率升温至500℃，并保温1～2小时，再以1～5℃/min的速率升温至600℃～900℃，保温1～3小时。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用络合剂将锆钇离子络合后，再在分散剂的作用下均匀分布在溶液中，通过缓慢地滴加中和剂以控制锆钇络合物溶液的pH值，并通过雾化及液氮快速冻干使得溶剂水迅速成冰晶而不会造成锆钇离子的偏析，再在真空冷冻干燥下获得无硬团聚的锆钇前驱体粉末，最终经煅烧工艺得到单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
2、本发明提出的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的晶型为四方晶型，二次粒径大小为50～500nm，比表面积为10～400m2/g，可应用于固体燃料电池的电解质材料、齿科用氧化锆陶瓷等领域。
附图说明
图1为实施例1所制备的氧化钇稳定氧化锆的激光动态光散射法测得的二次粒径分布图；
图2为实施例1所制备的氧化钇稳定氧化锆的粉末X射线衍射光谱图；
图3为实施例1所制备的氧化钇稳定氧化锆的氮气吸附-脱附等温曲线图；
图4为对比例1所制备的氧化钇稳定氧化锆的激光动态光散射法测得的二次粒径分布图；
图5为对比例1所制备的氧化钇稳定氧化锆的粉末X射线衍射光谱图；
图6为对比例1所制备的氧化钇稳定氧化锆的氮气吸附-脱附等温曲线图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制(以下实施例如无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其它未明确指出的组分)。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
实施例1
一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)在室温常压下，称取32.23g八水合二氯氧锆和1.17g氯化钇溶解在去离子水中，溶解完全后溶液总体积为100mL，配制成含钇锆离子的溶液，其中锆离子的摩尔浓度为1mol/L，钇离子的摩尔浓度为0.06mol/L；向含钇锆离子的溶液依次加入0.25g十二烷基硫酸钠和12.61g一水合柠檬酸，在60℃水浴中磁力搅拌0.5小时至混合溶液呈无色澄清透明状；使用注射泵缓慢向混合溶液滴加摩尔浓度为1mol/L的氨水，滴加速率为3mL/min，直至混合溶液pH值为4-5范围内；停止滴加后，继续磁力搅拌0.5小时后从水浴锅中取出并静置0.5小时，得到乳白色的胶体溶液(锆钇溶胶的水溶液)；
(2)取适量的液氮临时装在不锈钢盘上，将步骤(1)得到的胶体溶液以雾化方式喷洒到该不锈钢盘中得到颗粒状的冻干物，除去多余的液氮后，再将该冻干物经真空冷冻干燥机干燥6小时(真空度为10Pa)，得到流动性良好的白色粉体；将该白色粉体在空气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温1小时；再以1℃/min的速率升温至800℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温取出，即可获得单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
对该实施例制备得到的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体进行检测，激光动态光散射法测得的二次粒径分布图如图1所示，氧化钇稳定氧化锆的粉末X射线衍射图谱如图2所示，氧化钇稳定氧化锆的氮气吸附-脱附等温曲线图如图3所示，由图1～3可以得出：本实施例制备的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的晶型是四方晶型，粉体颗粒的二次粒径为D50＝0.127μm，呈单分散性分布，粉体的比表面积为342.21m2/g，平均颗粒大小为24.15nm。
对比例1
在室温常压下，称取32.23g八水合二氯氧锆和1.17g氯化钇溶解在去离子水中，溶解完全后溶液总体积为100mL，配制成含钇锆离子的溶液，其中锆离子的摩尔浓度为1mol/L，钇离子的摩尔浓度为0.06mol/L；向含钇锆离子的溶液依次加入0.25g十二烷基硫酸钠和12.61g一水合柠檬酸，在60℃水浴中磁力搅拌0.5小时至混合溶液呈无色澄清透明状；使用注射泵缓慢向混合溶液滴加摩尔浓度为1mol/L的氨水，滴加速率为3mL/min，直至混合溶液pH值为4-5范围内；停止滴加后，继续磁力搅拌0.5小时后从水浴锅中取出并静置0.5小时，得到乳白色的胶体溶液(锆钇溶胶的水溶液)；再将所得的锆钇溶胶水溶液放置于70℃干燥箱内干燥12小时，得到块状白色固体，将该块状白色固体研磨成粉末，将该粉体在空气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温1小时；再以1℃/min的速率升温至800℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温取出，即可获得氧化钇稳定氧化锆粉末。
将该粉末利用动态光散射法所获得二次粒径为D50＝36.7μm。将该粉末经测定粉末X射线衍射，结果含有四方晶型和单斜晶型两种晶型。将该粉末经氮气吸附/脱附BET法测定比表面积为16.51m2/g，平均颗粒大小为363.46nm。
实施例2
一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)在室温常压下，称取14.17g硫酸锆和1.92g六水合硝酸钇溶解在去离子水中，溶解完全后溶液总体积为100mL，配制成含钇锆离子的溶液，其中锆离子的摩尔浓度为0.5mol/L，钇离子的摩尔浓度为0.05mol/L；向含钇锆离子的溶液依次加入0.31g十二烷基苯磺酸钠和10.51g一水合柠檬酸；将该溶液在80℃水浴中磁力搅拌0.5小时至混合溶液呈无色澄清透明状；使用注射泵缓慢向混合溶液滴加摩尔浓度为1mol/L的脲溶液，滴加速率为5mL/min，直至混合溶液pH值为4-5范围内；停止滴加后，继续磁力搅拌0.5小时后从水浴锅中取出并静置0.5小时，得到乳白色的胶体溶液(锆钇溶胶的水溶液)；
(2)取适量的液氮临时装在不锈钢盘上，将步骤(1)得到的胶体溶液以雾化方式喷洒到该不锈钢盘中得到颗粒状的冻干物，除去多余的液氮后，再将该冻干物经真空冷冻干燥机干燥12小时(真空度为10Pa)，得到流动性良好的白色粉体；将该白色粉体在空气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温2小时；再以1℃/min的速率升温至900℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温取出，即可获得单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
该实施例制备的氧化钇稳定氧化锆经粉末X射线衍射法测定的晶型是四方晶型，采用激光动态光散射法测得该粉体颗粒的二次粒径为D50＝0.371μm，呈单分散性分布，粉体经氮气吸附/脱附BET法测得比表面积为59.24m2/g，平均颗粒大小为74.32nm。
对比例2
在室温常压下，称取14.17g硫酸锆和1.92g六水合硝酸钇溶解在去离子水中，溶解完全后溶液总体积为100mL，配制成含钇锆离子的溶液，其中锆离子的摩尔浓度为0.5mol/L，钇离子的摩尔浓度为0.05mol/L；向含钇锆离子的溶液依次加入0.31g十二烷基苯磺酸钠和10.51g一水合柠檬酸；将该溶液在80℃水浴中磁力搅拌0.5小时至混合溶液呈无色澄清透明状；使用注射泵缓慢向混合溶液滴加摩尔浓度为1mol/L的脲溶液，滴加速率为5mL/min，直至混合溶液pH值为4-5范围内；停止滴加后，继续磁力搅拌0.5小时后从水浴锅中取出并静置0.5小时，得到乳白色的胶体溶液(锆钇溶胶的水溶液)；再将所得的锆钇溶胶水溶液放置于90℃干燥箱内干燥6小时，得到块状白色固体，将该块状白色固体研磨成粉末，将该白色粉体在空气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温2小时；再以1℃/min的速率升温至900℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温取出，即可获得氧化钇稳定氧化锆粉末。将该粉末利用动态光散射法所获得二次粒径为D50＝41.6μm。
将该粉末经测定粉末X射线衍射，结果含有四方晶型和单斜晶型两种晶型。将该粉末经氮气吸附/脱附BET法测定比表面积为10.14m2/g，平均颗粒大小为372.17nm。
实施例3
一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)在室温常压下，称取32.23g八水合二氯氧锆和15.64g氯化钇溶解在去离子水中，溶解完全后溶液总体积为200mL，配制成含钇锆离子的溶液，其中锆离子的摩尔浓度为0.5mol/L的锆离子溶液，钇离子的摩尔浓度为0.08mol/L；向含钇锆离子的溶液加入3.6g聚乙二醇3000和24.38g一水合柠檬酸；将该溶液在80℃水浴中磁力搅拌0.5小时至混合溶液呈无色澄清透明状；使用注射泵缓慢向混合溶液滴加摩尔浓度为2mol/L的氨水，滴加速率为2mL/min，直至混合溶液pH值为4-5范围内；停止滴加后，继续磁力搅拌0.5小时后从水浴锅中取出并静置0.5小时，得到乳白色的胶体溶液(锆钇溶胶的水溶液)；
(2)取适量的液氮临时装在不锈钢盘上，将步骤(1)得到的胶体溶液以雾化方式喷洒到该不锈钢盘中得到颗粒状的冻干物，除去多余的液氮后，再将该冻干物经真空冷冻干燥机干燥12小时(真空度为10Pa)，得到流动性良好的白色粉体；将该白色粉体在空气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温2小时；再以1℃/min的速率升温至900℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温取出，即可获得单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
该实施例制备的氧化钇稳定氧化锆经粉末X射线衍射法测得晶型是四方晶型，采用激光动态光散射法测得该粉体颗粒的二次粒径为D50＝0.312μm，呈单分散性分布，粉体经氮气吸附/脱附BET法测得比表面积为34.15m2/g，平均颗粒大小为147.24nm。
对比例3
在室温常压下，称取32.23g八水合二氯氧锆和15.64g氯化钇溶解在去离子水中，溶解完全后溶液总体积为200mL，配制成含钇锆离子的溶液，其中锆离子的摩尔浓度为0.5mol/L的锆离子溶液，钇离子的摩尔浓度为0.08mol/L；向含钇锆离子的溶液加入3.6g聚乙二醇3000和24.38g一水合柠檬酸；将该溶液在80℃水浴中磁力搅拌0.5小时至混合溶液呈无色澄清透明状；使用注射泵缓慢向混合溶液滴加摩尔浓度为2mol/L的氨水，滴加速率为2mL/min，直至混合溶液pH值为4-5范围内；停止滴加后，继续磁力搅拌0.5小时后从水浴锅中取出并静置0.5小时，得到乳白色的胶体溶液(锆钇溶胶的水溶液)；再将所得的锆钇溶胶水溶液放置于110℃干燥箱内快速干燥4小时，得到块状白色固体，将该块状白色固体研磨成粉末，将该白色粉体在空气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温2小时；再以1℃/min的速率升温至900℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温取出，即可获得氧化钇稳定氧化锆粉末。将该粉末利用动态光散射法所获得二次粒径为D50＝62.9μm。
将该粉末经测定粉末X射线衍射，结果含有四方晶型和单斜晶型两种晶型。将该粉末经氮气吸附/脱附BET法测定比表面积为8.05m2/g，平均颗粒大小为364.71nm。
实施例1～3和对比例1～3各个实施例的反应条件和氧化钇稳定氧化锆粉末的测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002633828850000091
由表1的实施例1～3和对比例1～3可知，对比例1～3对于锆钇溶胶溶液采用的是常规干燥方法，在较高温度以及长时间干燥的情况下，由于溶剂的挥发，锆钇络合物会析出并逐渐地形成硬团聚，最终团聚成块状固体，并导致最终产物的粒径分散不均匀，比表面积偏小，从而会影响材料的烧结活性。实施例1～3通过雾化方式将锆钇络合物溶胶溶液均匀地分散在液氮中，从而达到急速冻干溶剂水而不会造成溶胶偏析的目的，并在随后通过真空冷冻干燥的方法快速将冰升华而达到干燥的目的，经该方法获得的粉体细小，可在后续热处理中获得二次粒径呈单分散性的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
实施例4
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中，锆盐为硝酸锆，锆元素与钇元素的摩尔比为4.5:1，锆元素的摩尔浓度为0.1mol/L，十二烷基硫酸钠的摩尔浓度为0.006mol/L，氨水的摩尔浓度为0.5mol/L，滴加速率为10mL/min；
步骤(2)中，锆钇前驱体粉末在空气气氛下，以5℃/min的速率升温至500℃，并保温1小时，再以5℃/min的速率升温至600℃，保温3小时。
实施例5
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中，锆盐为硝酸锆，锆元素与钇元素的摩尔比为49.5:1，锆元素的摩尔浓度为2mol/L，十二烷基硫酸钠的摩尔浓度为0.012mol/L，氨水的摩尔浓度为2mol/L，滴加速率为1mL/min；
步骤(2)中，锆钇前驱体在空气气氛下，以5℃/min的速率升温至500℃，并保温2小时，再以1℃/min的速率升温至900℃，保温1小时。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在含有锆盐和钇盐的水溶液中加入络合剂和分散剂，获得锆钇络合物的溶液，将所述的锆钇络合物的溶液进行水浴，水浴温度为60℃~80℃，搅拌的条件下向锆钇络合物的溶液中加入中和剂，得到锆钇溶胶的水溶液，所述的含有锆盐和钇盐的水溶液中，所述锆盐选自硫酸锆、硝酸锆和八水合二氯氧锆中的一种，所述的钇盐为氯化钇或六水合硝酸钇，其中锆元素与钇元素的摩尔比为97:6~92:16，锆元素的摩尔浓度为0.5~1 mol/L，所述的络合剂为柠檬酸或草酸，络合剂加入的摩尔量为锆元素和钇元素的摩尔量之和的50%~120%，所述的分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和聚乙二醇3000中的一种，分散剂的摩尔浓度为0.006~0.012 mol/L，所述的中和剂选自氨水、碳酸氢铵和脲中的一种，所述的中和剂溶液浓度为0.5~2 mol/L，以1~10 mL/min的滴加速率滴加到锆钇络合物的溶液中，至得到的锆钇溶胶的水溶液的pH值为4~5；
（2）将步骤（1）得到的锆钇溶胶的水溶液经雾化喷嘴形成的液滴喷洒到液氮中发生过冷冻干，再经真空冷冻干燥后获得锆钇前驱体粉末，所述的真空冷冻干燥的真空度为1~20Pa，将锆钇前驱体粉末在空气气氛下经600℃~900℃的热处理后，即可获得单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述的中和剂溶液的滴加速率为2~5 mL/min。
3. 根据权利要求1所述的单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的将锆钇前驱体粉末在空气气氛下经600℃~900℃的热处理的具体步骤为：将锆钇前驱体粉末在空气气氛下，以5 ℃/min的速率升温至500℃，并保温1~2小时，再以1~5 ℃/min的速率升温至600℃~900℃，保温1~3小时。
CN202010819083.2A 2020-08-14 2020-08-14 一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法 Active CN112125663B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010819083.2A CN112125663B (zh) 2020-08-14 2020-08-14 一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010819083.2A CN112125663B (zh) 2020-08-14 2020-08-14 一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112125663A CN112125663A (zh) 2020-12-25
CN112125663B true CN112125663B (zh) 2022-06-28

Family

ID=73850836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010819083.2A Active CN112125663B (zh) 2020-08-14 2020-08-14 一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112125663B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114180622B (zh) * 2021-12-23 2024-05-14 印士伟 一种纳米氧化锆粉体及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5004710A (en) * 1987-06-08 1991-04-02 Exxon Research And Engineering Company Method for the chemical preparation of zirconia alloy powders and article
GB2464473B (en) * 2008-10-15 2012-09-12 Univ Loughborough Deformable granule production
CN101698609B (zh) * 2009-11-04 2012-06-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种球形、单分散单尺寸氧化钇纳米粉体的制备方法
CN102173775B (zh) * 2011-02-23 2013-02-13 山东大学 喷雾冷冻干燥法制备钕掺杂的钇铝石榴石微纳米粉体的方法
CN102701279B (zh) * 2012-06-15 2013-07-03 深圳爱尔创科技股份有限公司 一种掺杂纳米氧化锆粉体的后处理方法
CN102923770B (zh) * 2012-09-10 2014-06-11 杭州培瑞科技有限公司 一种钇稳定纳米二氧化锆粉体的制备方法
CN103524128B (zh) * 2013-10-12 2016-04-20 南昌大学 一种高比表面积氧化钇稳定氧化锆四方相纳米粉体的制备方法
CN103624252A (zh) * 2013-12-13 2014-03-12 赣州远驰新材料有限公司 一种具有高反射高红外辐射性能的纳米氧化钛氧化锆包覆钨粉的制备方法
CN103767882A (zh) * 2014-02-10 2014-05-07 北京大学工学院包头研究院 一种用于义齿制备的陶瓷材料粉体及其制备方法
CN106986381A (zh) * 2017-05-10 2017-07-28 国标（北京）检验认证有限公司 一种松散含氢氧化锆或氧化锆纳米粉体的制备方法
CN109574073A (zh) * 2018-06-13 2019-04-05 上海上惠纳米科技有限公司 一种高分散纳米氧化锆粉末的制备方法
CN110203969A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 河南科技大学 一种高分散四方相纳米氧化锆及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112125663A (zh) 2020-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hirano et al. Preparation and spherical agglomeration of crystalline cerium (IV) oxide nanoparticles by thermal hydrolysis
CN108383160A (zh) 一种金属元素掺杂BiOCl纳米片材料的制备方法及其应用
CN108975378B (zh) 一种氧化镝粉体的制备方法
CN109437892A (zh) 一种氧化锆陶瓷涂层及其制备方法
CN111960466B (zh) 一种纳米氧化锆空心球的制备方法
CN112125663B (zh) 一种单分散的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法
CN102718470A (zh) 一种氧化锆增韧氧化铝粉的喷雾造粒制备方法
Zhang et al. Preparation of discrete nanosize ceria powder
CN106602053A (zh) 一种含氧化铝掺杂的钛酸锂复合负极材料的制备方法
JP3522990B2 (ja) イットリア球状微粒子の製造方法
CN100336730C (zh) 氧化锆超细粉体的制备方法
RU2404125C2 (ru) Способ получения нанопорошка диоксида циркония
KR20130070092A (ko) 산화 이트륨 분말의 제조방법 및 이에 의해 제조된 산화 이트륨 분말
CN108083334A (zh) 一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法
Mosavari et al. Nano-ZrO2: A review on synthesis methodologies
Wang et al. Polyacrylamide gel method: synthesis and property of BeO nanopowders
CN112811903A (zh) 一种除氧化锆粉体中Cl-的方法
CN1528670A (zh) In2O3、ITO单分散纳米粉体的水热制备方法
CN112158883A (zh) 制备二氧化钒纳米粉体的工艺方法
Cui et al. Stability of amorphous neodymium carbonate and morphology control of neodymium carbonate in non-hydrothermal synthesis
CN108483482A (zh) 一种钴负载铝酸锌纳米粉体及其制备方法
Lee et al. Synthesis of zirconia colloids from aqueous salt solutions
CN112174193A (zh) 一种单分散纳米ito的制备方法
Qiao et al. Hydrothermal synthesis of barium zirconate spherical particles with controllable morphology and size
CN117886604A (zh) 一种氧化钇稳定化氧化锆粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230315

Address after: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District

Patentee after: Institute of resource utilization and rare earth development, Guangdong Academy of Sciences

Address before: No. 363, Changxing Road, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province

Patentee before: Institute of rare metals, Guangdong Academy of Sciences

TR01 Transfer of patent right