ZrO2超细粉体的制备及控制其团聚的措施

维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　李永青：ＺｒＯ：超细粉体的制备及控制其团聚的措施　ＺｒＯ２超细粉体的制备及控制其团聚的措施　李永青　（河南省化工设计院有限公司，河南郑州４５００５２）　摘要：随着ＺｒＯ：基超细粉体日益应用到高科技领域，科技工作者对其性能的要求越来越高。本文介绍了ＺｒＯ，超　细粉体的制备方法及减轻其团聚的措施，并提出了适合工业化生产的建议。　关键词：ＺｒＯ２超细粉；制备；团聚　中图分类号：ＴＱ１７４　４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３４６７（２００７）０６—０００７—０３　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ＺｒＯ２　Ｐｏｗｄｅｒ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＬＩ　Ｙｏｎｇ——ｑｉｎｇ　（Ｈｅｎａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ＺｒＯ２一ｂａｓｅｄ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｈｉｇｈ—ｔｅｃｈ　ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄｉｎｇ　ｆ０ｒ　ｉｔｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｉｓ　ｂｅｃｏｍｉｎｇ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ａｌｌｅｖｉａｔｉｎｇ　ａｇｇｌｏｍｅｒａ－　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｈｒａｆｉｎｅ　ＺｒＯ２　ｐｏｗｄｅｒ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ　ａｄａｐｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｏｆｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｈｒａｆｉｎｅ　ＺｒＯ２　ｐｏｗｄｅｒ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ　要想获得高性能的陶瓷材料，使用超细度、高活　１．２醇盐水解法　性、颗粒度分布集中、团聚小的粉体原料是必经之　醇盐水解法是利用金属有机醇盐能溶于有机溶　路。这样不仅能降低烧结温度，节约能源，而且可以　剂并可发生水解生成氢氧化物或氧化物的特性制备　大大提高其制品的性能；因此，在超细粉体的研制过　超细粉体的一种方法。此法的优点是：①几乎全为　程中应对如何防止和消除粉体不均一和团聚予以充　一次粒子，团聚很少；②粒子的大小和形状均一；③　分的注意。本文就ＺｒＯ　超细粉体的制备方法及减　化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工　轻其团聚的措施等进行了探讨。　艺较为复杂，成本较高。　１　ＺｒＯ：超细粉体的制备方法　１．３水热合成法　水热合成法是指在密闭体系锆盐水溶液中加入　１．１无机盐水解法　适当化学试剂，在高温（＞１００　ｏＣ）、高压（＞９．８１　无机盐水解法是利用金属的硝酸盐溶液、硫酸　ＭＰａ）下反应直接产生超细级ＺｒＯ　颗粒，从而制得　盐溶液、氯化物溶液胶体化的手段来合成超微粉。　极细的ＺｒＯ　粉体。此法的优点是粒度极细，可达到　例如将氯氧化锆在接近沸腾状态下循环的加水分　超细级，粒度分布窄，省去了高温煅烧工序，颗粒团　解，使水解生成的挥发性酸不断蒸发除去，从而使水　聚程度很轻；缺点是设备复杂昂贵，条件苛刻，不易　解反应平衡不断向右移动，生成含水氧化锆沉淀，然　实现工业化生产。　后经过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得ＺｒＯ　粉体，　１．４化学气相法　其粒径、形状和晶型随溶液的初期浓度和ｐＨ值等　化学气相法是指将反应气体ＺｒＣ１　、氧气通过流　变化　Ｊ。　量计进入反应室，用电阻、等离子焰或激光进行加　此法的优点是操作简便；缺点是反应时问较长　热，使之反应得到ＺｒＯ　粉体。此法易于控制反应条　（＞４８　ｈ），耗能较大，所得粉体也存在团聚现象。　件，反应物容易精制，反应气氛易于控制，只要控制　收稿日期：２００７—０２—１０　作者简介：李永青（１９７４一），女，工程硕士，助理工程师，从事化工设计和研究工作，电话：（０３７１）６５９５３０２０。　维普资讯 http://www.cqvip.com 河南化工　・８・ＨＥＮＡＮ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２００７年第２４卷　反应气相足够稀薄，就能得到团聚少甚至不团聚的　上述几种方法制备出的Ｚｉ’Ｏ　粉体在－一定程度　上存在硬团聚现象，冈此，人们试同在设备方法　｝：进　超细粉体；但该方法设备复杂昂贵，不易实现工业化　生产。　１．５溶胶一凝胶法　溶胶一凝胶法是指在高分子界面活性剂存在或　行一定的改进。例如：将共沉淀制得的Ｚｒ（ＯＨ）　凝　胶置于高压釜内，加入一定量的无水乙醇，通氮气至　一定压力，密封，利用超临界干燥法进行于燥，得到　醇流动条件下还原金属盐类，采用适当的方法形成　Ｚｒ（ＯＨ）　超细胶体颗粒的稳定溶胶，然后再适当处　理形成包含大量水分的凝胶，最后经干燥脱水、煅烧　的ＺｒＯ：超细粉体的孔结构大为改善，比表面积也增　大。将喷雾热解法改进成等离予喷雾热解法，制备　出的ＺｒＯ：超细粉体纯度高，其氯含量低于３０　Ｘ　制得粉体ＺｒＯ：超细粉。　用此法制得的ＺｒＯ　粉料均匀性好、粒度分布非　常窄，但颗粒团聚现象难以避免。　１．６液相沉淀法　液相沉淀法是一种在水溶液或有机溶剂中制备　超细粉体的方法，主要用于氧化物或复合氧化物超　细粉体的制备。此法包括直接沉淀法、均匀沉淀法　和共沉淀法三种。　直接沉淀法是指在溶液中仅存在一种金属阳离　子情况下，金属离子与沉淀剂在一定条件下发生化　学反应形成沉淀物。加料方式有正滴法和反滴法两　种。不同的加料方式可能对沉淀物的粒度大小及粒　度分布、形貌等产生影响。在反滴法沉淀过程中，一　个含金属离子的液滴进入高度过量的、高浓度的沉　淀剂溶液中，反应和成核几乎都是在瞬问进行的，在　极短的时间内产生了大量的晶核，基本不可控制，形　成的一次颗粒非常均匀、细小。　均相沉淀法是指利用化学反应使加入溶液中的　某种沉淀剂在整个溶液中缓慢而均匀地释放出沉淀　离子，从而使沉淀在整个溶液中缓慢均匀地析出的　方法。一般的沉淀过程是不平衡的，但如果控制溶　液中的沉淀剂浓度，使之缓慢地增加，控制过饱和度　在适当的范围内，则溶液中的沉淀处于平衡状态，避　免浓度不均匀现象，从而控制颗粒的生长速度，沉淀　能在整个溶液中均匀地出现，获得纯度高、粒度均匀　的纳米颗粒　。　化学共沉淀法在分析化学上是指使溶液内某些　特定的离子分别沉淀时，共存于溶液中的其它离子　也和特定的离子一起沉淀的方法。共沉淀法是制备　超细Ｙ—ＺｒＯ：粉体的基本方法，其最重要的意义在　于可以实现工业化生产。共沉淀法基本工艺过程　为：以适当的碱液作沉淀剂，从锆盐溶液中沉淀析出　含水氧化锆Ｚｒ（ＯＨ）　和Ｙ（ＯＨ），，再经过过滤、洗　涤、干燥、煅烧、喷雾干燥等过程制得Ｙ—ＺｒＯ：粉　体。　１．７其它方法　１０～，而且反应的速度也有很大的提高；采用高分子　表面修饰一共沸蒸馏　艺成功地制备了纳米氧化锆　微粒。　以共沉淀法为代表的液相沉淀法，具有设备简　单、操作方便、成本低廉等特点，开始应用于工业化　生产；但是因为制备出的粉体颗粒细小而具有很大　的表面能，极易自发团聚形成团聚体。再者，团聚体　的存在，使所需烧结温度升高，烧结温度的升高将加　速粉体在烧结过程中的二次重结晶，并在烧结体中　形成大晶粒，影响到材料的强度、韧性、可靠性、电性　能、机械性能等。因此，解决共沉淀法制备超微粉体　过程中的粉体团聚成为重要的研究课题。　２控制ＺｒＯ　超细粉体团聚的措施　粉体团聚会降低粉体的性能，是陶瓷粉料制造　过程中一个不容忽视的问题，尤其对特种陶瓷材料　的影响更为突出。在ＺｒＯ：超细粉体制备的各阶段　都可能出现团聚问题，因此如何减少及控制颗粒团　聚成为近年来研究的重点，同时也相继提出了各种　解决的办法；但这些方法只是在一定程度上改善粉　体团聚，并不能制备出无团聚的粉体。下面介绍根　据团聚形成的主要阶段而采取减轻或防止团聚的几　种方法。　２．１液相反应阶段　２．１．１　利用双电层的作用　双电层结构是指颗粒吸附水溶液中的Ｈ　或　ＯＨ一而使表面带有一定量的电荷，带电表面附近溶　液中则会出现电量相等而电性相反的电荷扩展层。　液相中反应生成的颗粒表面都带有电荷，它们所带　电荷的数量和性质对其分散与团聚有很大的影响，　当颗粒表面带有同种电荷时，随电荷密度增大，颗粒　间的电斥力也增大，固液悬浮体越易分散且分散性　越高，颗粒越不易团聚。　２．１．２采用分散剂　使用分散剂是抑制团聚的最好措施。它们在液　相中有两个作用：一是吸附作用，降低界面的表面张　维普资讯 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