[发明专利]IVB族金属氧化物的水热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及IVB族金属钛、锆、铪氧化物的水热合成方法，本发明尤其涉及氧化锆的水热合成方法，属于材料制备工艺技术领域。

背景技术

IVB族金属钛、锆或铪的氧化物在工业领域中有着广泛的应用。氧化钛粉体广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层和填料、塑料及弹性体、陶瓷、玻璃、催化剂等方面。氧化铪是一种优良的快离子导体材料，在电子材料、燃料电池等领域有着十分重要的应用。氧化锆粉体则广泛应用于结构陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷、高级耐火材料、光通讯器件、人造宝石、氧传感器、固体氧燃料电池、研磨抛光等行业。其中，金属氧化物粉体物化指标对产品的性能有着重要的影响。

例如，传统的氧化锆粉体生产采用共沉淀法，通过高温煅烧氢氧化锆前驱体得到氧化锆粉体。在高温煅烧过程中，随着水分的减少，氧化锆粒子之间距离逐渐减小，当水分完全消失时，氧化锆粒子最终结合在一起形成团聚体，从而影响粉体的性能。虽然可以在氢氧化锆中加入有机物来改善粉体的团聚，但是收效甚微，而且有机物的引入不仅增加了成本，而且在煅烧过程中会释放出碳的化合物，对大气造成污染。

发明内容

本发明利用水热法在低温下反应生成氧化锆粉体，克服了共沉淀法的缺点，避免了高温煅烧引起的粉体团聚，制得的氧化锆粉体性能极佳。

由于钛、锆、铪同属于IVB族，化学性质近似，本发明的水热合成方法也适用于制备氧化钛粉体或氧化铪粉体，制得的粉体性能优良。

本发明的水热合成方法，通过添加一定比例的稳定剂，还可以用于生产锆、钛、铪金属氧化物的复合材料。

根据本发明的一个方面，提供了一种IVB族金属氧化物的水热合成方法，其中所述IVB族金属氧化物是钛、锆或铪的氧化物，所述方法包括：将IVB族金属盐溶液加入到碱性沉淀剂中，得到氢氧化物沉淀；洗涤沉淀，去除其它杂质；向氢氧化物沉淀中加入水配制成悬浊液后进行水热反应，得到金属氧化物悬浊液；对金属氧化物悬浊液进行后处理，得到金属氧化物粉体。

作为一个具体但非限制性的实施方案，在IVB族金属盐溶液加入到碱性沉淀剂的步骤中，IVB族金属盐溶液的浓度可为0.02～0.2mol/L(以金属氧化物基计)；所述水热反应的操作温度可为120～350℃，操作压力可为0.4～10MPa，控制保温的时间可为2～24小时；所述后处理可采用微波干燥、喷雾干燥、闪蒸干燥、喷雾造粒或气流粉碎中的一种或几种。

作为一个具体但非限制性的实施方案，制备的IVB族金属氧化物为氧化锆，使用对应的金属盐溶液为锆盐溶液。更具体的，所述的锆盐可为氧氯化锆、硝酸锆或氯化锆。

作为一个具体但非限制性的实施例，所述碱性沉淀剂可为氨水、氢氧化钠、碳酸钠或尿素中的一种或几种。

作为一个具体但非限制性的实施方案，所述水热反应步骤中进一步加入矿化剂，矿化剂的添加量为0.001mol/L～0.01mol/L(按混合后溶液总体积计)。更具体的，所述矿化剂为钠、钾、镁的氢氧化物和碳酸盐中的一种或多种。

作为具体但非限制性的实施方案，在IVB族金属盐溶液加入到碱性沉淀剂的步骤中，IVB族金属盐溶液与稳定剂按照一定比例一起加入到碱性沉淀剂中，从而制得金属氧化物复合材料粉体。作为一个具体但非限制性的实施例，所述金属氧化物复合材料为氧化钇复合氧化锆、氧化镁复合氧化锆、氧化铈复合氧化锆、氧化钙复合氧化锆，所用的稳定剂为上述复合材料对应的金属可溶性盐。

根据本发明的另一方面，提供了一种IVB族金属氧化物粉体，其中所述IVB族金属氧化物是钛、锆或铪的氧化物，所述金属氧化物粉体由上面所述的水热合成方法制备得到。

本发明利用水热反应，在液相体系中制备IVB族金属钛、锆、铪的氧化物或其氧化物复合材料粉体，所得粉体具有粒度均匀、分散性好、可操作性强等优点。根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，用本发明的水热合成方法制备氧化锆粉体与传统的用共沉淀法制备氧化锆粉体相比，具有如下有益效果：

1)用本发明的水热合成方法制得的氧化锆或其复合材料如氧化钇复合氧化锆，粉体形貌为近球形，一次颗粒大小均匀且可控，粉体加工性能优良，可以弥补国内在功能陶瓷领域长期依赖进口氧化锆粉体的不足；

2)本发明的工艺路线简单，可以实现自动化全密闭工艺，减少生产过程中杂质的引入，可以实现粉体的高纯度。

3)本发明没有采用高温煅烧工艺，在节能方面效果明显。相对于传统共沉淀工艺，节能30％。

4)本发明中的水热法在制备氧化锆或其复合材料粉体过程中，没有“三废”的产生，是真正意义上“绿色”工艺。