(完整word版)氧化锆陶瓷的制备工艺

1、氧化锆陶瓷的制备工艺 一氧化锆陶瓷的原料 氧化锆工业原料是由含 锆矿石提炼出来的。 斜锆石(ZrO2) 自然界锆矿石 y 锆英石(ZrO2 SiC2) 二氧化锆陶瓷的提炼方法 氯化和热分解 碱金属氧化物分解法 石灰溶解法 等离子弧法 提炼氧化锆的主要方法 T 沉淀法 胶体法 水解法 喷雾热分解法 氯化和热分解法 ZrC2?SiQ+4C+4C2TZrC4+SiCl+4CC 其中ZrC4 和SiC4 以分馏法加以分离，在150 - 180C下冷凝出ZrC4 然后加水水解形成氧氯化锆，冷却后结晶出氧氯化锆晶体，经焙烧就 得到氧化锆。 碱金属氧化物分解法 ZrC2?SiC2+NaCHH NaNC3 +

2、Nc2SiCH+H2C ZrgiQ+N&CQ N&ZrSiQ+CQ ZrQ?SiQ+Na2C T Na2ZrQ3+Na2SiQ3+CC2 反应后用水溶解，滤去Na?SiQ3； 用水水解 Na2Zr03 T 水合氢氧化物 焙烧 Zr5Q8（SC4）2 XH2Q T 氧化锆粉 石灰熔融法 CaQ+ZrQ SiQrZrQ+CaSiQ 焙烧后用盐酸浸出除去CaSiQ3 等离子弧法 锆英石砂（ZrQ?SiQ） 高温等离子弧中 熔化并离解 ZrQ2 SiQ2 凝固后SiQ粘在ZrQ2结晶表面 用液体NaQH煮沸可除SiQ ZrQ2 和硅酸铀 洗涤 氧化锆 沉淀法 沉淀法是在羧基氯化锆等 水

3、溶性锆盐 与稳定剂盐的混合水溶液中加 入氨水等碱性类物质，以获得氢氧化物共沉淀的方法。将共沉淀物干Z 氨 水 调 用硫酸进行钝化T PH 燥后一般得到的是胶态非晶体，经 500 700C左右焙烧而制成ZrO2 粉末。 胶体法 胶体法是合成粉体中各种前驱体在 溶胶状态下混合均匀，而后固 体从溶胶中析出的方法。 溶胶法 溶胶一沉淀法 溶胶一沉淀法 胶体沉淀剂（在锆盐溶液中加有机化合物 ） 在碱中共沉淀 由有机化合物构成的凝胶中 分散金属氢氧化物复合体 焙烧 清除添加剂 ZrO2粉末 醇盐水解法：将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐， 进行加水分 解的方法。 溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶技术 金属氧化物或

4、氢氧化物的溶胶 转化 凝胶 干燥 v 焙烧 氧化物 水解法 水解法：高温、高压下，氢氧化锆在水中的溶解度大于常温、常压下在水中的溶解度，于是氢氧化锆溶于水中，同时析出氧化锆。 溶胶一乳化一凝胶法： 将含有Zn+4溶胶先放入含有有机分散剂的乳化液中分散、陈化、稳 定，再将溶胶凝胶化，凝胶经过烘干、焙烧得到 ZrQ粉末。 喷雾热分解法 将锆盐和稳定剂的混合盐溶液喷入高温气氛中， 散成无数小液滴，液 相蒸发，液滴变小，随后因过饱和而析出固相，进而热分解直接生成 所需要的ZrC2粉。 三氧化锆陶瓷的粉体加工 陶瓷材料烧结后很难进行机械加工， 且加工成本十分昂贵，故人 们一直在寻找一种适合复杂形状陶瓷部

5、件的近净尺寸成型技术。 近十 年来，国内外陶瓷研究工作者研究开发了许多 ZrO2超细粉的制备技 术。 所谓超细粉通常是指平均粒径为0.01-0.1卩m的粉末。为了制得 纳米陶瓷，必须首先制备出纳米级陶瓷粉末。 传统的粉末制备方法已 不能满足要求，必须采用新的粉末制备方法。 物理法 纳米材料的制备 一 v 其他方法 化学气相法（CVD 法）共沉淀法 乳浊法 湿化学法水热法 直接沉淀法 溶剂蒸发法 均一沉淀法 共沉淀法 溶胶-凝胶法 乳浊液法 氧化锆微细粉末的制备的一般方法一卄亠、亠 烝发法 超临界合成法 气相法 共沉淀法 这是一种古老的方法。它是利用各种在水中溶解的物质， 经反应 生成不溶解的氢

6、氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解 而成高纯度超微粉。 ZrOCb的水溶液中加入铵盐分散剂（NH）2SQ,用氨水沉淀、分离、 水洗、烘干、球磨、煅烧后制的 ZrQ2超细粉。 溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法指金属有机或无机化合物经过溶液一溶胶一凝胶 而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法 . 制备ZrQ2超细粉时，首先在Zr（0H） 4水溶液中加入ZrQ的稳定 剂，如MgQ Y2Q、CaQ等的硝酸盐化合物，然后加入硝酸，把 pH值 调至5.5 6,待溶胶凝聚后，于70C左右脱水，然后加热到 400 700C，就可得到ZrQ2超细粉。制备流程以ZrQCl 8H2Q为原料，用 去

7、离子水制成一定浓度的原料液，搅拌条件下添加沉淀剂制成水合 ZrQ胶体，与70C恒温加热一小时后陈化，制备成凝胶，抽滤并洗涤 凝胶直至无Cl存在，干燥凝胶，并经高温煅烧制成纳米级ZrQ粉体。 乳浊液法 这是一种比较新颖的粉体制备方法，即乳浊液法，用这种方法可 以制得粉末性能非常好的纳米超细粉体。 将纯度99%勺ZrO（NO） 2 nHO和（NQ） 3 6H0晶体溶于蒸馏水 中，配成一定浓度的溶液，按Y2O含量为3%（摩尔分数）分别量取两 种溶液并配成混合溶液。将混合液逐渐加入含 3% （摩尔分数）乳化 剂的二甲苯溶液中，不断搅拌并经超生处理形成乳浊液。 在这种乳浊 液中盐溶液以尺寸为10 30卩

8、m的小液滴形态分散于有机溶剂中。忘 乳浊液中通NH3气，使分散的盐溶液小液滴凝胶化。然后将凝胶放入 蒸馏瓶中进行非均相的共沸蒸馏处理。经过蒸馏处理的凝胶进行过滤 同时加入乙醇洗涤，目的是尽可能地滤去剩余的二甲苯和乳化剂。 滤 干的凝胶于红外灯下烘干，最后在 700 CX 1h条件下燃烧即得 YQ ZrO2 粉体。 气相法 化学气相沉淀法（CVD是很有前途的一种新方法，它是在一定 的反应条件下（300CX5h, 1.01 X105）下的反应前驱物（如乙酰丙 酮锆）蒸气在气态下分解得到 Zr02。 化学气相合成法（CVS 低温气相合成法 气相置换法 a.化学气相合成法 气相法 CVS法的原理是将一

9、种挥发性的金属有机物前驱体在减压下热 分解而制成粉体。 合成ZrQ反应过程：用氦气气流（99.9%He与叔丁基锆（前驱 体）一同喷入反应去。另外，为保证产品能完全氧化，同时通入氧气 流。氦气和氧气流量控制比例为 1:10，气流压力由一碟式阀控制保 持为lOOOPa反应器被加热至1000C .气流经过反应器时锆的化合物 被分解，形成细小的氧化物纳米颗粒，最后利用温度梯度将微粒收集 下来。 b.气相置换法 气相置换法是利用ZrCl 4气体与FeO固体反应制备ZrQ的。其具 体步骤是，先在1cmK5cm （内径）的石英管中分开放置锆金属和三 氧化二铁，石英管抽真空并低压（约 13Pa）下保持1h以去除固体吸 附的气体，然后保持1h以去除固体吸附的气体，然后通入一定量的 氯气并密封，主要反应方程式如下： Zr （s） +2Cl2（g）=ZrCI 4（g） Fe203（s）+ZrCl 4（g）=2FeCI 2（g）+ZrO 2（g）+O2（g） FeCl2（g）+2Zr（s）=2ZrCI（g）+Fe（s） 四氧化锆微粉的干燥 用湿化学法制备纳米ZrO2粉体要解决的一个关键问题是如何 进行颗粒的干燥以消除或减少由此过程产生的团聚。 直接高温煅