[發明專利]溶膠-凝膠法合成高產率的硅酸鋯粉體

無效

• 申請號: 201410167366.8
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103922354A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 李友芬;胡剛
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種溶膠凝膠法合成硅酸鋯粉體的方法。

背景技術

硅酸鋯是鋯英石的主要成分，具有許多獨特的性能。如熱穩定性好、熱導率低、熱膨脹系數小，并且其強度在1400℃的高溫也不衰減，同時燒結硅酸鋯具有比莫來石和氧化鋯更好的抗熱震性能，這些性能使得硅酸鋯成為高溫結構陶瓷的重要候選材料。然而自然界中存在的硅酸鋯通常含有很多雜質，純度較低，使得硅酸鋯在低溫下即會分解。因此，對于高溫應用，合成高純硅酸鋯粉體就顯得非常重要。在此處鍵入背景技術描述段落。

目前，制備硅酸鋯粉體的方法主要有固相反應法、沉淀法、水熱法以及溶膠-凝膠法等。其中，固相法合成溫度高，且制備的硅酸鋯粉體純度低、粒徑大；沉淀法粒子粒徑較寬，分散性較差，容易引入雜質離子；水熱法對反應設備要求苛刻，操作難度大，難以大規模工業化生產；溶膠-凝膠法是當前合成硅酸鋯粉體的研究熱點之一。

在制備硅酸鋯的研究中，Curtis?C.?E.等[C.E.Curtis,?H.G.Sowman.?Journal?of?the?American?ceramic?society，1993，36，190.]以ZrO₂和SiO₂為原料用固相法制備硅酸鋯，1315℃開始形成ZrSiO₄，在1500℃下產率達到85%；Takao?Itoh等[Takao?Itoh.?Cryst?Growth，1992，125，223.]以氧氯化鋯硅溶膠為原料采用沉淀法在1200℃煅燒開始形成鋯英石；杜春生等[杜春生，葛志平，楊正方，袁啟明，陳玉如.硅酸鹽學報，1999，27，346.]采用溶膠-凝膠法，添加晶種，在1100℃煅燒開始有ZrSiO₄生成，至1200℃時合成率為40%。董雪亮[董雪亮，滕元成，曾沖盛，任雪譚.?中國粉體技術,2010,16,4]等用溶膠-凝膠法制備硅酸鋯，通過添加晶種，合成溫度降低到1200℃。W.P.C.M.?Alahakoon[W.P.C.M.?Alahakoon,?S.E.?Burrows,?A.P,?Howes,?B.S.B.?Karunaratne,?M.E.?Smith,?R.?Dobedor.?Journal?of?the?European?Ceramic?Society,?2010,30,2515.]等研究了Fe、Al對鋯石制備的影響，結果表明Fe能促進ZrSiO₄的結晶，Al能促進致密化。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單、易控、低成本合成硅酸鋯粉體的方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案，其特征是：以氧氯化鋯、正硅酸乙酯為原料，以硝酸鐵為催化劑，添加水和乙醇作為溶劑，通過溶膠-凝膠法獲得硅酸鋯干凝膠，然后經過粉碎、煅燒，得到硅酸鋯粉體。

在上述方案中，先將一定量的正硅酸乙酯與水、乙醇按一定的比例混合，在堿性條件下水解；然后將溶液pH調為7，之后加入氧氯化鋯和硝酸鐵的水溶液，在堿性條件下水解得到前驅體溶膠。

在上述方案中，優化的正硅酸乙酯與水、乙醇比例按體積比為：正硅酸乙酯:水:乙醇=1:3~6:3~6。

在上述方案中，優化的氧氯化鋯的濃度為0.1~1mol·L^-1。

在上述方案中，優化的正硅酸乙酯、氧氯化鋯、硝酸鐵比例按摩爾比為：正硅酸乙酯:氧氯化鋯:硝酸鐵=1:0.1~1:0.01~0.08。

在上述方案中，優化的水解溫度為30~70℃，優化的煅燒制度為：800~1500℃保溫1~6h，升溫速率：2~10℃·min^-1。

本發明采用溶膠-凝膠法制備硅酸鋯粉體，其合成硅酸鋯粉體的溫度為800~1500℃，與現有的合成技術相比，合成溫度降低，并且工藝簡單、便于操作，反應周期短，溫度低，重復性好，適合工業化生產。

附圖說明

圖1實施實例1的XRD圖譜，其中橫坐標為2θ角，縱坐標為衍射峰強度，單位為a.u.；

圖2實施實例2的XRD圖譜，其中橫坐標為2θ角，縱坐標為衍射峰強度，單位為a.u.；

圖3實施實例3的XRD圖譜，其中橫坐標為2θ角，縱坐標為衍射峰強度，單位為a.u.；

圖4為實施實例1的SEM圖像；

圖5為本發明的工藝流程圖。

具體實施方法

實施例1