[发明专利]一种制备纳米氧化物浆体的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种纳米氧化物浆体的制备方法。

背景技术

随着纳米科技和纳米粉体制备技术的成熟和热喷涂涂层技术的发展，纳米结构的涂层的制备已经实现了工业化生产。利用纳米技术开发的纳米结构热障涂层是指热障涂层的显微结构如晶粒、孔洞等处于纳米水平（2-100nm），从而对涂层的力学和物理性能产生重要影响，能够获得比普通热障涂层更优异的性能。

目前制备纳米结构热障涂层的关键是制备满足热喷涂要求的纳米结构微米级球形粉末。热喷涂用纳米粉末要求其内部必须保持纳米结构，并且满足喷涂工艺要求，如颗粒大小及其分布、颗粒形状、流动性等。热喷涂时，只有颗粒在一定大小和密度时才能具备等离子喷涂所需的质量，颗粒质量太小，不能获得足够的动能，喷不到工件表面。而纳米粉体自身流动性极差，直接使用不能满足喷涂工艺的送粉要求，所以纳米粉体必须经过喷雾造粒和致密化过程制成微米级球形喷涂粉末，再采用等离子喷涂等喷涂工艺沉积成涂层。

热喷涂用纳米结构微米级球形粉末主要采用喷雾干燥法制备，喷雾干燥法是将纳米级氧化物粉体与一定量的粘结剂混合，加入适量的水配制成一定固体含量的浆料，采用一定的压力将浆料喷射到干燥塔内，浆料雾滴在热风中干燥，通过自身的表面张力团聚成球形。受目前喷雾造粒设备性能的限制，为了获得一定粒度（如20μm～90μm）的干粉末，必须控制浆料中的固体粉体的含量，通常固含量在30％～70％时，才能通过离心（或二流体）喷雾造粒干燥工艺获得颗粒粒度能满足喷涂需要的微米级球形粉末。

但纳米粒子因其粒径小、比表面积大、表面能高以及特殊的表面结构，在制备浆料过程中很难提高其固含量，当纳米粉体的固含量超过30％时，料浆的流动性就会显著变差，难以喷雾造粒。因此，得到具有高固含量、高流动性和稳定性能的纳米材料浆料是成功制备纳米结构微米级球形粉末的关键。

热喷涂用纳米氧化物浆体的要求主要包括以下三个方面：一是具有高固相体积分数，即高固含量；二是具有良好的流动性，即具有较低的粘度特性；三是具有良好的均匀稳定性。高固相体积分数与良好的流动性即低粘度是一对矛盾体，通常固相体积分数越高，浆体的流动性越小。对于纳米粉体而言，由于其颗粒粒径小，比表面积大，比表面能大，表面活性高，因而在水介质中，高活性的粉体颗粒会与水分子作用，使大量的自由水转化为结构水，从而难以使浆体在具有高固相体积分数的同时又保持良好的流动性，而且当浆料的固相体积分数很高时，颗粒间的距离较小，颗粒表面基本不带电荷，相互作用力大，极易发生凝聚和絮凝而失去超细颗粒原有的独特性能。纳米粉体的表面改性是人们解决这一问题的主要技术途径。

另外，在纳米结构陶瓷的制备过程中，由于纳米颗粒的上述性质，导致陶瓷坯体的成型困难，如果先将纳米颗粒团聚成为微米级的大颗粒，也有利于降低成型压力，提高陶瓷的致密性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备纳米氧化物浆体的方法。该方法生产的纳米氧化物浆体在具有高固含量的同时还具有良好的流动性，稳定性好，适用于能满足纳米结构热喷涂工艺和高温烧结工艺所需要的微米级纳米氧化物球形粉末的制备。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种制备纳米氧化物浆体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）配制酸性表面改性剂的溶液；

2）配制pH为2-5的纳米氧化物浆体，所述的pH为2-5的纳米氧化物浆体是通过下述两种方法中的一种制备得到的：

方法A：将步骤1）所配制的酸性表面改性剂溶液加入到纳米氧化物粉体的干状物中，边加边搅拌，直至形成pH为2～5的纳米氧化物浆体，所述纳米氧化物粉体的干状物是通过在纳米氧化物粉体中加入水搅拌而得到的；

方法B：将酸性表面改性剂或步骤1）配制的酸性表面改性剂溶液先加入水中，搅拌均匀，然后加入到纳米氧化物粉体中，边加边搅拌，直至形成pH为2～5的纳米氧化物浆体；所述方法A或方法B中纳米氧化物粉体和水的重量比为2：8～7：3。

按上述方案，步骤2）中所述的纳米氧化物为钇稳定纳米氧化锆、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米氧化钴、纳米氧化镍中的一种或多种的混合，其粉体粒径为3～100nm。

按上述方案，步骤1）中所述的酸性表面改性剂为为甲酸、乙酸、聚丙烯酸、盐酸、硝酸中的一种或两种以上的混合。