專利名稱：結構陶瓷用納米晶氧化鋯球狀顆粒粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的納米晶球狀顆粒粉體的制備方法，該氧化鋯顆粒粉體是制造結構陶瓷的主要原料，屬納米氧化鋯制備及特種陶瓷制備技術領域。
背景技術：
四方相氧化鋯是一種重要的結構陶瓷材料。在氧化鋯中添加Y2O3形成固溶體的部分穩(wěn)定氧化鋯(Y-TZP)，該材料具有高韌性、高可塑性、高抗彎強度和耐磨性，因而在結構陶瓷上被廣泛地應用。但為了提高韌性ZrO2陶瓷的燒結性能，就必須保持其粉末的物理特性，如粉末的顆粒大小、粉末的表面性能、粉末的分散性能、粉末的流動性、粉末的分布性能、粉末的形貌特性等。
目前制備亞微氧化鋯粉體的方法很多，常見的有共沉淀法，但制備的粉末存在嚴重的團聚現(xiàn)象，粉末雖然很細，但分散性能很差，粒度分布不均勻，在制造陶瓷時，由于粉末的流動性差，所以壓制坯塊均勻性差，燒結密度不高。
現(xiàn)有技術中也采用溶膠-凝膠法制備亞微細晶粒3Y粉末。該方法使鋯和改性元素的醇化物聚合，加熱時使之分解成為氧化物，制備很細的粉末，但是粉末的活性很大，比表面積大，顆粒表面容易吸收大量的水，從而阻止制備的陶瓷坯料在壓緊后具有高的密度；另外，它需要昂貴的原料醇化物。所以，在生產上，直接應用該技術很少。幾乎不用。
加水分解法是采用制備粉末的主要生產方法，它實際上是一個動態(tài)的反應過程，既有化學反應過程又有機械作用的物理過程，直接獲得粉體，這樣在煅燒時就不會發(fā)生粉末的結塊和晶粒長大，也抑制了顆粒的團聚，因此能得到均勻性較好的粉末。但是采用設備非常龐大，后處理工藝非常復雜，環(huán)保投入費用大。成本費用高。技術難度大。
幾年來有些研究者為了直接獲得納米粉末，做了許多試驗，如采用氣相法，在低溫下(低于600℃)直接制備四方相ZrO2等。但是它們有一個共同缺陷，那就是在600℃下灼燒，不能制備完全脫水的ZrO2粉末，隨著溫度升高，晶粒明顯長大，已失去納米性能的作用。而且在600℃以上四方就逐步轉變?yōu)閱涡毕?。即使?00℃制備的粉末，從SEM觀察，它也不是全分散的納米粉體。另外，由于粉末很細，比表面積很大，活性大，吸水性強，粉末難以保存。技術難度大，條件要求苛刻，生產效率低，生產成本很高。所以，在生產上難以采用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種為結構陶瓷用的納米晶氧化鋯球狀顆粒粉體的制備方法。本發(fā)明的又一目的是提供一種用摻釔的部分穩(wěn)定氧化鋯并通過水熱分解沉淀法制備納米晶的超亞微氧化鋯粉末，接著進一步通過噴霧干燥制備氧化鋯球狀顆粒粉體的方法。
本發(fā)明的一種結構陶瓷用納米晶氧化鋯球狀顆粒粉體的制備方法，其特征在于，該方法包括如下工藝過程和步驟1.采用ZrOCl2·8H2O和YCl3為原料，分別溶解在水中，按Y2O3/ZrO2配比為3％mol的溶液，將含有3mol％Y2O3的ZrOCl2溶液置于反應釜中；在不斷攪拌下，加熱蒸發(fā)分解，加熱溫度為100-110℃；2.加水稀釋，控制溶液中的ZrO2的濃度為0.5～0.7M；加熱升溫，使溶液的溫度達70～80℃；3.在不斷攪拌下，緩慢滴加1∶1的NH4OH水溶液和10wt％(NH4)2CO3水溶液，調節(jié)溶液的PH值為9～10，并加熱反應2-2.5小時，使釔鋯水合氧化物完全沉淀析出；4.過濾，并用水洗滌上述沉淀物至無Cl-；5.將上述過濾物，即濾餅用乙醇陳化；6.然后進行負壓脫水干燥，干燥溫度為150～180℃，干燥時間為5～6小時；7.將脫水后的干粉置于電爐內，在800～850℃溫度下煅燒2～3小時；8.將上述經高溫煅燒的粉末按固液比為1∶1的比例制備漿料，即粉料與水的重量比為1∶1；在漿料中加入粘結劑聚乙烯醇3～5wt％、1～1.5wt％的分散劑銨型DGA40，0.01-0.03wt％的消泡劑BKY603，以上加入物質的量均按粉料為基準的重量百分比添加入漿料中；將上述漿料，放入攪拌磨機中，混合攪拌研磨12～24小時；9.將上述制備好的料漿通過噴霧干燥機在350～380℃的溫度下噴霧干燥制粒，最終制得摻釔穩(wěn)定氧化鋯的球狀顆粒粉體。
本發(fā)明方法中采用水熱分解和水熱沉淀工藝步驟，可除去大部分HCl、減少H+和Cl-對后工序晶粒度長大的影響。同時采用不斷的攪拌和加熱，在攪拌運動和加熱作用下，反應粒子碰撞加強，使表面接觸點原子熱運動加劇，產生反應，形成產物。采用乙醇陳化，使醇滲透到沉淀顆粒表面，提高脫水的能力，減少沉淀顆粒之間的聚合，阻止烘干和煅燒時顆粒團聚，提高粉末的松散度，提高粉末的比表面積。低溫干燥起著細化和分散的作用；高溫煅燒是分解和去除含在粉體中的多余的水份和其他的揮發(fā)物；另外可使粉粒實現(xiàn)晶相轉變。并可防止粉粒團聚，得到疏松、非聚集的氧化鋯粉未。
本發(fā)明方法的特點是制備工藝簡單、操作方便，最終可制得結構陶瓷專用的氧化鋯球狀顆粒粉體。該氧化鋯粉體具有大的比表面積，而且顆粒分布均勻、無團聚、分散性能好，由該球狀顆粒粉體燒結制得的陶瓷塊其密度高，且含有大量四方晶相ZrO2微晶。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例敘述于后實施例一本實施例的具體制備過程和步驟如下1.采用ZrOCl2·8H2O和YCl3為原料，分別溶解在水中，按其氧化物計，配制Y2O3/ZrO2配比為3％mol的溶液，將含有3mol％Y2O3的ZrOCl2溶液置于反應釜中；在不斷攪拌下，加熱蒸發(fā)分解，加熱溫度為105℃；2.加水稀釋，控制溶液中的ZrO2的濃度為50g/L；加熱升溫，使溶液的溫度達70℃；3.在不斷攪拌下，緩慢滴加體積比為1∶1的NH4OH水溶液和10wt％(NH4)2CO3水溶液，調節(jié)溶液的PH值為9～10，并加熱反應2-2.5小時，使釔鋯水合氧化物完全沉淀析出4.過濾，并用水洗滌上述沉淀物至無Cl-；5.將上述過濾物，即濾餅用乙醇陳化；放于容器中陳化12小時；6.然后進行負壓脫水干燥，干燥溫度為160℃，干燥時間為5小時；7.將脫水后的干粉置于電爐內，在800℃溫度下煅燒2～3小時；8.將上述經高溫煅燒的粉末，按粉料∶水＝1∶1的比例制備漿料，在漿料中加入粘結劑聚乙烯醇3％、1％的分散劑銨型DGA40，0.01％的消泡劑BKY603，以上加入物質的量均按粉料為基準的重量百分比添加入漿料中；將上述漿料，放入攪拌磨機中，混合攪拌研磨12小時；
9.將上述制備好的料漿通過噴霧干燥機在360℃的溫度下噴霧干燥制粒，最終制得摻釔穩(wěn)定氧化鋯的球狀顆粒粉體。
實施例二本實施例的工藝過程和步驟與上述實施例一完全相同，不同的是改變了某些工藝參數(shù)，具體如下1.原料溶液蒸發(fā)分解的加熱溫度為110℃，2.加水稀釋，控制ZrO2的濃度為110g/L，加熱升溫，使溶液的溫度達80℃，3.調節(jié)溶液的PH值為10，并加熱反應2.5小時，4.負壓脫水干燥，干燥溫度為180℃，干燥時間為6小時；5.脫水后的干粉置于電爐內，在850℃溫度下煅燒3小時；6.在漿料中加入粘結劑聚乙烯醇5％、1.5％的分散劑銨型DGA40，漿料研磨時間20小時；7.噴霧干燥制粒的溫度為380℃最終制得摻釔穩(wěn)定氧化鋯的球狀顆粒粉體。
上述實施例中，其中間產物摻釔穩(wěn)定氧化鋯超亞微納米晶粉末(原粉)和最終所得的球狀顆粒氧化鋯粉體的一些性能，經儀器分析，其結果見下表粉末性能的總結

通過高密度掃描電子顯微鏡觀察，二氧化鋯晶粒的尺寸為小于100nm。
權利要求
1.一種結構陶瓷用納米晶氧化鋯球狀顆粒粉體的制備方法，其特征在于，該方法包括如下工藝過程和步驟a.采用ZrOCl2·8H2O和YCl3為原料，分別溶解在水中，按Y2O3/ZrO2配比為3％mol的溶液，將含有3mol％Y2O3的ZrOCl2溶液置于反應釜中；在不斷攪拌下，加熱蒸發(fā)分解，加熱溫度為100-110℃；b.加水稀釋，控制溶液中的ZrO2的濃度為0.5～0.7M；加熱升溫，使溶液的溫度達70～80℃；c.在不斷攪拌下，緩慢滴加1∶1的NH4OH水溶液和10wt％(NH4)2CO3水溶液，調節(jié)溶液的PH值為9～10，并加熱反應2-2.5小時，使釔鋯水合氧化物完全沉淀析出；d.過濾，并用水洗滌上述沉淀物至無Cl-；e.將上述過濾物，即濾餅用乙醇陳化；f.然后進行負壓脫水干燥，干燥溫度為150～180℃，干燥時間為5～6小時；g.將脫水后的干粉置于電爐內，在800～850℃溫度下煅燒2～3小時；h.將上述經高溫煅燒的粉末按固液比為1∶1的比例制備漿料，即粉料與水的重量比為1∶1；在漿料中加入粘結劑聚乙烯醇3～5wt％、1～1.5wt％的分散劑銨型DGA40，0.01-0.03wt％的消泡劑BKY603，以上加入物質的量均按粉料為基準的重量百分比添加入漿料中；將上述漿料，放入攪拌磨機中，混合攪拌研磨12～24小時；i.將上述制備好的料漿通過噴霧干燥機在350～380℃的溫度下噴霧干燥制粒，最終制得摻釔穩(wěn)定氧化鋯的球狀顆粒粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的納米晶球狀顆粒粉體的制備方法，該氧化鋯顆粒粉體是制造結構陶瓷的主要原料，屬納米氧化鋯制備及特種陶瓷制備技術領域。本方法是通過水熱分解沉淀法制備納米晶的超亞微氧化鋯粉末，然后添加粘結劑和分散劑，通過噴霧干燥制備摻釔的氧化鋯球狀顆粒粉體。該方法是用含釔和鋯的水溶液，通過水熱分解、稀釋、水熱沉淀制備水合氧化鋯。再經乙醇陳化、低溫干燥、高溫煅燒的到氧化鋯納米晶粉末，然后通過噴霧干燥制得球狀顆粒粉體。本發(fā)明的特點是制備工藝簡單、可獲得比表面積大，顆粒分布均勻、無團聚、分散性能好的氧化鋯球狀顆粒粉體。
文檔編號C04B35/48GK1673183SQ20051002459
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權日2005年3月24日
發(fā)明者林振漢, 吳亮, 張玲秀, 柳志龍, 平信義, 豆斌朝 申請人:上海大學