中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氧化鋯（ZrO2）是一種耐高溫、耐腐蝕、高硬度材料，熔點(diǎn)高達(dá)2680℃，莫氏硬度為8.5，導(dǎo)熱系數(shù)為2.09W/(m·k)。此外，氧化鋯還是唯一具有酸性、堿性、氧化性和還原性的金屬氧化物，因此在工業(yè)合成、催化劑、催化劑載體、特種陶瓷等方面有較大的應(yīng)用價(jià)值。
普通的的氧化鋯存在比表面積小、熱震穩(wěn)定性差等缺陷，從而限定了它的發(fā)展。近年來(lái)，為了更好滿足應(yīng)用方面的要求，氧化鋯呈現(xiàn)出高純化、納米化、復(fù)合化的發(fā)展趨勢(shì)，因此納米氧化鋯的制備研究成為了研究熱點(diǎn)。
氧化鋯制備工藝簡(jiǎn)述
氧化鋯的制備工藝分為濕法和火法，自然界中存在的鋯主要以鋯英石、斜鋯石、水鋯石、曲晶石、鈉長(zhǎng)石等礦物形式存在，其主要成份是ZrSiO4，是由ZrO2和SiO2彼此以牢固化學(xué)鍵結(jié)合而成的非常穩(wěn)定的化合物，故無(wú)法直接用濕化學(xué)法分解，一般均先采用火法冶金將ZrSiO4破壞，再用濕化學(xué)法將鋯浸出，其中間產(chǎn)物一般為氯氧化鋯或氫氧化鋯，中間產(chǎn)物再經(jīng)煅燒可制得不同規(guī)格、用途的二氧化鋯產(chǎn)品。其方法主要有堿熔法、石灰燒結(jié)法、直接氯化法、等離子體法、電熔法、氟硅酸鈉法等。
納米氧化鋯制備工藝簡(jiǎn)述
制備先進(jìn)氧化鋯陶瓷的前提條件是制備納米級(jí)陶瓷粉末，這已成為納米材料研究的熱門(mén)課題。目前制備納米氧化鋯的方法主要是采用化學(xué)方法，如濕化學(xué)法(包括共沉淀法、乳濁液、水熱法、直接沉淀法及均一沉淀法等)、化學(xué)氣相法(CVD法)和溶劑蒸發(fā)法等。隨著納米技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，制備納米氧化鋯的新方法逐漸趨于成熟。
1、共沉淀法
共沉淀法是在水溶性鋯鹽與穩(wěn)定劑的混合水溶液中加入氨水等溶液，反應(yīng)后生成不溶于水的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽等，再經(jīng)加熱分解得到高純度納米超細(xì)粉。
2、水解沉淀法
利用金屬的明礬鹽溶液、硫酸鹽溶液、氯化物溶液、硝酸鹽溶液等在高溫下經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的水解可以形成氧化物超微粉。例如，加熱ZrClO2溶液使其沸騰，水解生成的HCl不斷蒸發(fā)除去，使水解反應(yīng)平衡不斷向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，經(jīng)過(guò)幾天時(shí)間可以合成單分散態(tài)ZrO2超微粉。
3、金屬醇鹽法
在鋯鹽的苯或異丙醇等有機(jī)溶劑中加水使鹽分解，然后洗凈生成的溶膠，干燥煅燒后得到納米ZrO2粒子。金屬醇鹽水解沉淀法最大的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，而且可以從所得物質(zhì)的混合液中直接分離制備高純度納米粒子，所得粒子幾乎均是一次粒子，且粒子的大小和形狀均一。因此，該法制得的納米ZrO2適用于高性能、高強(qiáng)、高韌的電子材料和結(jié)構(gòu)材料。其缺點(diǎn)是需要用大量昂貴的有機(jī)金屬化合物，而且作為溶劑的有機(jī)物常是一些有毒的物質(zhì)。
4、溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是從金屬化合物的溶液出發(fā)，在較低溫度下發(fā)生水解等反應(yīng)，得到金屬氧化物或氫氧化物的均勻的溶膠，再濃縮成透明的凝膠，凝膠經(jīng)干燥及熱處理后得到粒徑在幾至幾百納米范圍內(nèi)的氧化物超微粉。
5、水熱法
水熱法是在高溫高壓下的水溶液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，是制備無(wú)機(jī)材料先進(jìn)而成熟的技術(shù)。該法適用于金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物納米陶瓷粉末的制備。將一定濃度Zr(NO3)4溶液和濃硝酸按一定比例混合，置于聚四氟乙烯的高壓容器內(nèi)，在150℃加熱12h后冷卻至室溫，制得平均粒徑小于5nm的納米ZrO2超細(xì)粉。
6、反膠團(tuán)法
反膠團(tuán)法具體制備過(guò)程為：將氨水溶液和ZrOCl2·8H2O溶液，分別注入一定配比的CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)正己醇混合物中并在恒溫水浴中震蕩，形成均勻透明的反膠團(tuán)溶液，在室溫下將2種反膠團(tuán)溶液混合均勻后離心過(guò)濾。沉淀物用無(wú)水乙醇超聲洗滌3次后，使之自然干燥，最后將干燥物在600℃焙燒2h，得到白色ZrO2納米超細(xì)粉。
7、溶劑蒸發(fā)法
溶劑蒸發(fā)法又可分為凍結(jié)干燥法、噴霧干燥法、火焰噴霧法、超臨界流體干燥法等。將鋯的硝酸鹽、氯化物的酒精混合液(或鋯的丁基醇鹽)噴霧燃燒，可得到0.1μm左右及形狀均勻的ZrO2超細(xì)粉。溶劑蒸發(fā)法與沉淀法和水解法相比，溶劑蒸發(fā)法不存在膠狀物難于沉淀、水洗和過(guò)濾粉料中易于混入雜質(zhì)等問(wèn)題。
8、化學(xué)氣相法
化學(xué)氣相法是讓一種或數(shù)種氣體通過(guò)熱、光、電、磁和化學(xué)等作用而發(fā)生熱分解、還原或其他反應(yīng)，從氣相中析出納米粒子，此法適合制備金屬納米粉末以及金屬和非金屬的氧、氮、碳化物的納米粉末。可分為激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法、等離子體誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法和熱化學(xué)氣相沉積法3種方法。
此外還有一些其他的制備方法，如共沸蒸餾法、均相沉淀-發(fā)泡法、電化學(xué)合成法、微波誘導(dǎo)法等。隨著高科技的迅速發(fā)展和對(duì)合成新材料的迫切需求，納米氧化鋯的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用必將引起更加廣泛的重視。
2020年10月29-30日，中國(guó)粉體網(wǎng)將在無(wú)錫舉辦“2020第三屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”。屆時(shí)，來(lái)自河南工業(yè)大學(xué)的孫亞光教授帶來(lái)題為《新常態(tài)下的氧化鋯生產(chǎn)工藝的對(duì)比研究》的報(bào)告，孫亞光教授將對(duì)氧化鋯濕法和火法生產(chǎn)工藝進(jìn)行介紹，并對(duì)不同工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)和對(duì)比分析，并重點(diǎn)對(duì)水熱法、共沉淀法納米氧化鋯的制備方法進(jìn)行介紹。
參考來(lái)源：
[1]范增為等.納米氧化鋯粉體的制備
[2]孫亞光等.二氧化鋯制備及發(fā)展趨勢(shì)
[3]田曉利等.納米氧化鋯微粉的制備技術(shù)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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