[发明专利]一种基于低温自蔓延燃烧的Y-TZP粉体制备方法

说明书

本发明公开了一种基于低温自蔓延燃烧的Y‑TZP粉体制备方法，该方法包括以下步骤：配制Zr离子和Y离子的金属盐水溶液，加硝酸溶解，添加低分子量聚乙二醇，得到可燃烧溶液；或者，往水中加入Zr的硝酸盐和/或醋酸盐、加入Y的硝酸盐，添加低分子量聚乙二醇得到可燃烧溶液；对可燃烧溶液加热引发自蔓延燃烧，收集燃烧产物；煅烧燃烧产物，再将产物粉碎后得到Y‑TZP粉体。本发明方法使用低聚合度聚乙二醇作为辅助燃料，使溶液无需完全干燥即可引发自蔓延燃烧，简化了生产工艺；自蔓延燃烧发生时，溶液中仍含有部分水分，燃烧产生的热量加速水分蒸发，大量蒸汽与反应产生的气体使燃烧产物更加蓬松，反应更加可控。

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种基于低温自蔓延燃烧的Y-TZP(四方相氧化锆陶瓷)粉体制备方法。

背景技术

ZrO₂是一类具有高熔点、高硬度、抗氧化、耐酸碱腐蚀等特性的材料，添加少量CaO、MgO、Y₂O₃等稳定剂的ZrO₂粉体可以用于制备氧化锆陶瓷。Y₂O₃稳定的四方相氧化锆陶瓷(Y-TZP)具有高韧性、高强度、耐磨损、耐腐蚀及生物惰性等优点，是一种应用范围极广的陶瓷材料。

目前，工业化生产Y-TZP粉体的常用方法是化学沉淀法和水热法。化学沉淀法工艺简单、成本低，但产物易团聚、杂质含量高、工艺流程长。国内江西泛美亚、东莞南玻等厂家多采用化学沉淀法，但生产的Y-TZP大多用于中低端产业。

水热法的产物纯度高、分散性好、粒径小且分布窄。采用该种工艺制备的Y-TZP能够满足临床上使用的氧化锆陶瓷原料在纯度、分散性、粒径分布等方面的要求，国外日本东曹、东丽等厂家多采用这种方法生产。但水热法所需设备昂贵复杂，反应条件较苛刻，生产成本较高。

发明内容

为了克服现有Y-TZP粉体制备方法的不足，本发明的首要目的在于提供一种基于低温自蔓延燃烧的Y-TZP粉体制备方法，该方法以去离子水为溶剂，以硝酸锆、醋酸锆、硝酸钇等为主要原料，添加低分子量聚乙二醇作为辅助燃料，依次经配制溶液、蒸发浓缩、自蔓延燃烧、高温煅烧、粉碎处理，制得Y-TZP粉体。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的Y-TZP粉体，其高纯度、分散性良好。

本发明的再一目的在于提供上述的Y-TZP粉体的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种制备Y-TZP粉体的方法，包括以下步骤：

(1)配制Zr离子与Y离子摩尔比为(19.0-32.3):1.0的金属盐水溶液，加硝酸溶解原料，添加低分子量聚乙二醇作为燃料，过滤除去杂质颗粒得到可燃烧溶液；

或者，往水中加入Zr的硝酸盐、加入Y的硝酸盐，使溶液中Zr离子与Y离子摩尔比为(19.0-32.3):1.0，添加低分子量聚乙二醇作为燃料，过滤除去杂质颗粒得到可燃烧溶液；

步骤(1)中，配制金属盐水溶液的原料包括氢氧化锆和氧化钇；氢氧化锆与硝酸反应可生成硝酸锆，氧化钇与硝酸反应可生成硝酸钇；

步骤(1)中，所述往水中加入Zr的硝酸盐时，还可以加入Zr的醋酸盐；所述往水中加入Y的硝酸盐时，还可以加入Y的醋酸盐；

步骤(1)中，Zr离子与Y离子的摩尔比优选97:3，此比例得到的Y-TZP称为3Y-TZP，综合性能最优，应用范围最广；

在低温自蔓延燃烧合成法中，物料燃烧速度越快，燃烧产物越蓬松。蓬松的燃烧产物经高温煅烧后形成的Y-TZP粉体团聚较少、分散性更好。在步骤(1)配制的可燃烧溶液中，氧化剂(硝酸根)与还原剂(醋酸根、聚乙二醇)配比对自蔓延燃烧反应速度有直接影响。