[發(fā)明專利]一種單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112125663B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶進(jìn)長;曹洪楊;高遠(yuǎn);李偉;袁祥奕;郭秋松;張魁芳
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省科學(xué)院稀有金屬研究所
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/626
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 方燕;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的制備方法。該制備方法，包括如下步驟：(1)在含有鋯鹽和釔鹽的水溶液中加入絡(luò)合劑和分散劑，獲得鋯釔絡(luò)合物的溶液，將鋯釔絡(luò)合物的溶液進(jìn)行水浴，攪拌的條件下向鋯釔絡(luò)合物的溶液中加入中和劑，得到鋯釔溶膠的水溶液；(2)將鋯釔溶膠的水溶液經(jīng)霧化和液氮凍干后真空冷凍干燥獲得鋯釔前驅(qū)體粉末，鋯釔前驅(qū)體粉末在空氣氣氛下經(jīng)熱處理后，獲得單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體。本發(fā)明提出的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的晶型為四方晶型，二次粒徑大小為50～500nm，比表面積為10～400m²/g，可應(yīng)用于固體燃料電池的電解質(zhì)材料、齒科用氧化鋯陶瓷等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的制備方法。

背景技術(shù)

穩(wěn)定化氧化鋯是一種工業(yè)應(yīng)用廣泛的功能陶瓷材料，常用的穩(wěn)定劑有氧化釔、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈧等，尤以氧化釔為多。工業(yè)化應(yīng)用的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯功能陶瓷材料的性能優(yōu)劣受初始氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體的影響，通常包括初始粉體的粒徑大小、穩(wěn)定劑分布均勻性、顆粒的單分散性等因素，而這些因素與初始粉體的制備方法密切相關(guān)。

目前，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體的制備方法較多，主要有：化學(xué)共沉淀法、水熱法、溶膠凝膠法、機(jī)械混合法等。(1)化學(xué)共沉淀法是工業(yè)上最常用的方法之一，通常是將鋯元素和釔元素的無機(jī)鹽溶解在水中，再加入沉淀劑將鋯釔離子從溶液中沉淀析出，收集并洗滌沉淀物再經(jīng)煅燒獲得氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉末。化學(xué)共沉淀法具有工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是制備的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體，存在著粉體的二次粒徑大且粒徑分散性差、團(tuán)聚嚴(yán)重、燒結(jié)活性差等缺點(diǎn)。(2)水熱法制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯又分為水熱水解法和水熱沉淀法，通常工業(yè)生產(chǎn)上使用的水熱沉淀法采用耐高溫、高壓的反應(yīng)釜設(shè)備，通過對含有鋯源、釔源以及沉淀劑的水溶液加熱、加壓，在經(jīng)歷較長的反應(yīng)時(shí)間后，反應(yīng)沉淀物發(fā)生溶解-重結(jié)晶過程，最終經(jīng)洗滌干燥后便得到氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體。水熱沉淀法制備的粉體材料的晶型好、純度高、二次粒徑較小、團(tuán)聚程度較少，具有良好的燒結(jié)活性，但是水熱沉淀法對設(shè)備要求高，工藝參數(shù)難控制、生產(chǎn)周期長等缺點(diǎn)。(3)溶膠凝膠法也是一種常見的制備氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的方法，此方法通常是在含有鋯、釔元素的水溶液中加入絡(luò)合劑，在一定條件下形成溶膠溶液，然后經(jīng)凝膠化后獲得鋯釔前驅(qū)體，再經(jīng)過煅燒后得到氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉體。該方法的優(yōu)點(diǎn)是制備的粉體的晶型好、二次粒徑小且粒徑分布窄、活性大，缺點(diǎn)是溶膠在凝膠過程中存在著周期長、干燥時(shí)易發(fā)生團(tuán)聚導(dǎo)致收縮率大、操作復(fù)雜等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了旨在針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的制備方法，本發(fā)明利用絡(luò)合劑將鋯釔離子絡(luò)合后，再在分散劑的作用下均勻分布在溶液中，然后以緩慢的滴加速率加入中和劑以控制溶液的pH值，之后通過霧化及液氮快速凍干使得溶劑水迅速成冰晶而不會造成鋯釔離子的偏析，再在真空冷凍干燥下獲得無硬團(tuán)聚的鋯釔前驅(qū)體粉末，最終經(jīng)煅燒工藝得到單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體。

本發(fā)明提供了一種單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體的制備方法，包括如下步驟：

(1)在含有鋯鹽和釔鹽的水溶液中加入絡(luò)合劑和分散劑，獲得鋯釔絡(luò)合物的溶液，將所述的鋯釔絡(luò)合物的溶液進(jìn)行水浴，水浴溫度為60℃～80℃，攪拌的條件下向鋯釔絡(luò)合物的溶液中加入中和劑，得到鋯釔溶膠的水溶液；

(2)將步驟(1)得到的鋯釔溶膠的水溶液經(jīng)霧化和液氮凍干后獲得鋯釔前驅(qū)體粉末，將鋯釔前驅(qū)體粉末在空氣氣氛下經(jīng)600℃～900℃的熱處理后，即可獲得單分散的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體。

優(yōu)選地，步驟(1)所述的含有鋯鹽和釔鹽的水溶液中，所述鋯鹽選自硫酸鋯、硝酸鋯和八水合二氯氧鋯中的一種，所述的釔鹽為氯化釔或六水合硝酸釔，其中鋯元素與釔元素的摩爾比為4.5～49.5:1，鋯元素的摩爾濃度為0.1～2mol/L。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的鋯元素與釔元素的摩爾比為97:6～92:16，鋯元素的摩爾濃度為0.5～1mol/L。