DOC《氧化锆制备技术的研究现状与进展》

1 Typical properties of partially stabilized ZrO2 materials performance stabilizer (weight %) 3%CaO 3%MgO 3%Y2O3 8%Y2O3 Bulk density (g/cm3) 5.6 5.6 5.7 5.6 Pressure strength (MPa)

1500 1700

1900 1100 Flexural strength (MPa)

280 460

350 180 Elastic Modulus (GPa)

140 200

160 110 hardness (MPa)

12000 17000

17000 7000 Thermal conductivity 20℃ (W/mK) 1.9 2.2 2.5 2.2 Expansion coefficient 20~1000℃ (*10-6K-1) 10.0 10.5 10.5 12.0 由此可见,开展氧化锆材料微观结构和性能的探究,对进一步扩展氧化锆在结构材料和功能材料的应用具有重要的理论依据和实践基础. 2氧化锆的生产工艺 2.1化学法 化学法生产氧化锆:将锆英石与适宜比例的碱溶液充分混匀后,加入到有可溶性盐稳定剂的混合溶液中,并控制调节pH值,形成Zr5O8(SO4)2・H2O沉淀,再经过煅烧获得稳定的氧化锆粉体.反应式为: ZrOCl2+2NH4OH+(n+1)H2O→Zr(OH)4・nH2O↓+2NH4Cl (1) Zr(OH)4・nH2O→ZrO(OH)2+nH2O (2) 余鑫萌等人[3]在一定的温度条件下,将溶液中的杂质与添加剂进行反应生成气体排出,得到的氧化锆产物纯度大于99%,该生产工艺既降低了生产成本,又提升了产品质量.郭贵宝[4]、安胜利[5]等人采用ZrCl2・8H2O和Y2O3为主要原料,将反相微乳法和碳吸附法两种方法结合操作,减少了颗粒在沉淀、分离、干燥时的团聚和高温焙烧时的烧结,制备得到粒径小、团聚强度低的氧化钇稳定氧化锆纳米粉体,在700℃温度下进行焙烧后得到四方相氧化锆粉体的比表面积为97.4m2/g,平均粒径为9nm.马中义等人[6]以一定浓度ZrOCl2水溶液为原料,氨水为沉淀剂,控制pH值在9~10之间,采用化学沉淀法,通过控制沉淀物的焙烧温度和时间,可得到三种单一形态的氧化锆产物,其中t-ZrO2形态产物的表面具有较强的碱位,有助于ZrO2参加催化作用,表现出高的反应活性,且对分子活化和转化具有较大影响.吴明强等人[7]以氢氧化锆为原料,氨水为沉淀剂,采用化学沉淀法,在温度条件为55℃下,反应30min后,再在室温下陈化12h,得到的二氧化锆粉体,平均粒径达1.3μm,且比表面积大,粉体无团聚现象. 化学法生产氧化锆的优点在于制备方法较简单易行,产量较大,生产出的氧化锆制品纯度高、杂质少,且稳定剂在氧化锆中的分散较均匀[8]. 2.2溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法生产氧化锆:该法以正丁醇锆和异丙醇钇为原料,将两者进行混合均匀后,加入到乙醇溶液中,形成透明的溶胶,再在一定温度条件下对其进行水热解得到Zr(OH)4[Y(OH)3]溶胶,经老化、干燥和煅烧后得到ZrO2(Y2O3)粉体. 宋艳玲等人[9]采用Sol -Gel 法,用Zr(OH)4为原料在焙烧温度为600℃的条件下,采用流动氮气气氛对醇凝胶进行干燥,所获得的纳米二氧化锆相比于静态空气处理所获得的纳米二氧化锆具有粒径小于25nm,比表面较大的优点,其样品的SEM照片如图2所示.徐黎岭等人[10]以正丁醇锆为原料,硝酸作为催化剂,通过控制其水解和聚合速率得到的干凝胶,再以100℃/h的升温速度将干凝胶升温至1200℃,热处理2h后得到的ZrO2以单斜相的形式稳定存在.SS And等人[11]采用溶胶-凝胶技术合成的纳米晶体氧化锆,在室温下其亚稳态四方相稳定在具有非球形形态的纯ZrO2纳米区域内且尺寸为15-45nm.L Boulos等人[12]采用溶胶-凝胶浸涂法制备出的ZrO2亚麻纤维,其水接触角为107°,显著降低了亚麻纤维的吸水能力.同帜等人[13]以硝酸锆为原料,并加入PVA溶液和GL溶液进行回流混合,得到稳定的透明溶胶后,再在马弗炉中以一定的温度进行煅烧,得到的氧化锆薄膜热稳定性好,且孔径小,其BJH中值孔径为9.74619nm.赵志龙等人[14]采用溶胶-凝胶法,以ZrOCl2?8H2O为原料,NH3?H2O和NaOH溶液为沉淀剂,向ZrOCl2?8H2O中滴加氨水,并控制pH达到9时,停止滴加,并静置24h后得到氢氧化锆凝胶,再经1000℃煅烧得到的氧化锆粉体,无团聚或少团聚现象,且粉体中四方相的含量可达45.8%. 图2 600℃下样品的SEM照片[9] Figure