[发明专利]一种纳米氧化锆的制备方法以及得到的纳米氧化锆的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米氧化锆的方法，属于纳米功能材料制备技术领域，具体涉及一种纳米氧化锆的制备方法以及得到的纳米氧化锆在陶瓷材料中的应用。

背景技术

氧化锆具有熔点高、耐腐蚀、抗氧化、高温蒸气压低、良好的粒子电导率等物理化学性质，在多个领域都有广泛的使用，特别是在结构和功能陶瓷材料方面应用广泛。纳米级氧化锆因其具有优异的物理和化学性质，而受到研究者高度关注。一般认为，优良的纳米氧化锆粉体应该具备晶形完整、结构稳定、颗粒分布均匀、比表面积大、无团聚等特征。

传统的制备氧化锆的方法包括球磨法、沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等，概括起来分为固相法和液相法两类。固相法操作简单，制备条件易于控制，容易进行工业化生产，但能耗大，制备的产品颗粒大，颗粒形貌难以控制，产品批次重复性差；液相法是将可溶性原料进行充分混合后反应，可制备出均匀一致、粒径可控的产品，一直是制备纳米颗粒的重要方法，并且在掺杂过程中，可使掺杂原子均匀地分布到晶体结构中去，以得到均一、高性能的氧化锆粉体材料。但液相法对反应设备要求苛刻，且需要昂贵的反应试剂和复杂的反应过程，生产成本较高，另外，一般的制备方法生产周期长，不利于工业化生产。

随着研究的深入，在传统的制备方法基础上，研究者们开发了微乳液法、喷雾热分解法、超临界合成法、气相法等一系列氧化锆超细粉末制备方法。但仍然有各自的问题，比如，气相法对设备条件要求很高，原料昂贵，反应条件不易控制等缺点限制了工业化推广。现关于制备纳米氧化锆方面的专利存在的问题或不足之处有：

中国专利CN1477060A公开了一种将环己烷、曲拉通-100、正己烷按比例充分混合成透明乳液，再在上述乳液中分别增溶掺钇的氧氯化锆反应液和氨水，将获得的氧氯化锆微乳液体系和氨水微乳液充分混合反应的方法。最终获得粒径为30-55nm的100%四方向球形氧化锆粉体。该方法所产生的颗粒大小可控且分布较均匀，但是大量使用有机溶剂不但提高了反应的成本，也产生了有机废水后处理问题，不适合工业化生产。

中国专利CN101698509公开了一种改进的共沉淀法，其特征是将掺钇的氧氯化锆和氨水经高压喷射混合反应，制得原始粒径为40-50nm，d50为0.3-0.4μm，含量为99.9%的纳米氧化锆产品。该方法改善了传统沉淀法微观混合和速率不均匀的缺陷，但是高压反应环境及后续喷雾干燥过程，提高了对反应设备的要求，增加了反应成本。

中国专利CN1636932A提出了微波水热合成纳米氧化锆的方法，较传统水热法和常规化学合成具有反应温度更低，反应时间更短的优点，制备的粉体粒径分布窄、分散性好、团聚少，但是该方法设备投资大，工艺流程复杂，工艺参数较难控制。

中国专利CN102040379A采用无机酸为原料的溶胶凝胶法，制备固相含量调节宽，胶体性质稳定的前驱体，但是该方法采用恒温浓缩，反应时间长，能耗大，不利于工业化生产。

中国专利CN102311264A涉及一种环保节能的纳米氧化锆制备方法，其特征是在氧化锆氧化钇和纯水混合液当中添加羧甲基纤维素，搅拌3-5个小时生成均匀胶体再与氢氧化钠溶液搅拌反应4-8小时，生成颗粒均匀细腻，粉体粒径50-80nm的纳米氧化锆材料。但是，该方法反应时间长，大分子量的羧甲基纤维素加入量大，工业化难度大。

综上所述，在迄今所知的制备方法中，都难以得到纯度高、粒径小且形状均一，无团聚并易于工业化生产的纳米氧化锆制备方法。

发明内容

针对上述情况，本发明提供了一种新型的纳米氧化锆的制备方法。制备出的纳米氧化锆可通过超重力水平来调控纳米前躯体粒径大小从而得到所需的粒径。并利用微波程序升温煅烧纳米前驱体，制备的纳米氧化锆平均粒径约为10-20nm，粒径分布窄，结晶度高且晶型完整。

为了达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

1）一种纳米氧化锆的制备方法：包括

在超重力环境下，制备纳米氧化锆的前躯体；然后采用微波煅烧所述纳米氧化锆的前驱体，从而制备得到所述纳米氧化锆。本发明的纳米氧化锆为四方相结构纳米氧化锆。

2）在本发明的制备方法的第1）项的一个实施方式中，所述纳米前躯体在超重力场环境下以气-液（G-L）反应或液-液(L-L)反应方法制备得到。

3）在本发明的制备方法的第1）或第2）项的一个实施方式中，所述超重力场环境由超重力场反应器提供，所述超重力场反应器为旋转填充床（RPB）或螺旋通道型旋转床（RBHC）。也可为其它形式的超重力反应装置。