[发明专利]一种钇锆纳米陶瓷粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于结构陶瓷技术领域，具体涉及一种钇锆纳米陶瓷粉体及其制备方法。 

背景技术

氧化锆具有优异的物理和化学性能，除硫酸和氢氟酸外，对酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属均具有很好的稳定性，同时具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、不导电、不导磁、抗热冲击性好、折射率高、热稳定性好等特性，是一种非常重要的结构和功能陶瓷材料。高纯度的氧化锆为白色晶体、熔点高达2680℃，沸点为4275℃。氧化锆在不同温度下具有单斜相(m-ZrO2)、四方相(t-ZrO2)和立方相(c-ZrO2)三种不同晶型。三种晶型的转化关系为： 

由于单斜相向四方相的转变存在一种滞后的转变，m-ZrO2加热至1170℃转变为t-ZrO2，这个速度很快并伴随有7％～9％的收缩，但在降温过程中，t-ZrO2向m-ZrO2的转变温度仅需900℃，同时伴随5％的膨胀，这属于马氏体转变。假如采用纯氧化锆作为结构陶瓷，在加热过程中会产生过大的热应力，使得陶瓷成品因开裂、剥落而失效。 

采用本方法合成的钇锆纳米陶瓷粉体不仅能够彻底解决这种状况，增加材料的韧性和抗热震性能，同时能够通过控制颗粒的尺寸来提高材料的强度和硬度，以及利用钇锆纳米陶瓷具有高塑性和高转变韧性的特点，可以使其得到更为广泛的应用。 

经对现有技术的文献检索发现： 

中国专利CN1389405(公开日：2003-01-08)中描述了采用煅烧法制备的氧化锆陶瓷粉体。这种方法使得粉体团聚，形成微米级颗粒，不利于提高材料的强度和硬度，同时其有大量的氯化氢气体排出，污染环境，因此使得其应用受到限制。 

中国专利CN101550001A(公开日：2009-10-07)中描述了采用水热法合成钇锆复合纳米陶瓷粉体。这种方法生成的陶瓷粉体颗粒粒径为20～30nm，比采用本方法合成的纳米陶瓷粉体粒径要大，同时具有纯度低、成分不可控的缺点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种钇锆纳米陶瓷粉体的制备方法，该方法具有工艺操作简单、 价格低、可实现产业化等优点。该方法制备的钇锆纳米陶瓷粉体具有纯度高、可控的化学组分、粒径小且粒度分布窄、无团聚、具有球形的理想形貌等特性。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

本发明所涉及的钇锆纳米陶瓷粉体是由2～10mol％Y2O3、90～98mol％ZrO2组成。 

本发明所涉及的一种钇锆纳米陶瓷粉体的制备方法，该方法包括如下步骤： 

步骤1：将硝酸氧锆溶于水中，然后加入硝酸钇，搅拌均匀备用； 

步骤2：将适量的沉淀剂加入到步骤1中备用的溶液中，得到悬浊液； 

步骤3：在将一定量的表面活性剂加入到步骤2所得的悬浊液中，经超声分散一段时间； 

步骤4：将步骤3所得的超声分散样品放入高压反应釜中进行水热反应； 

步骤5：将步骤4所得的反应样品经喷雾造粒后，即得钇锆纳米陶瓷粉体。优选地，步骤2中，所述的沉淀剂为氨水、碳酸铵、苛性钠、尿素等碱性物质中的一种，其质量分数为2～10％。 

优选地，在步骤3中，所述的表面活性剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、柠檬酸中的一种，其质量分数为0.2～1.5％。。 

优选地，在步骤3中，所述的超声分散时间为15～40min，优选为20～30min。 

优选地，在步骤4中，所述的水热反应条件为100～250℃，反应2～16h。 

优选地，在步骤5中，所述的钇锆纳米陶瓷粉体是颗粒粒径为3～20nm的球形粉体。 

与现有技术对比，本发明至少具有以下有益效果： 

(1)采用水热合成钇锆陶瓷具有更快的反应速率，主要是因为水热体系中存在温度梯度，溶液具有较低的粘度和较大的密度变化，使得溶液对流更迅速，溶质传输更有效； 

(2)采用此方法合成的钇锆陶瓷，具有能耗低、原料相对廉价易得，反应在液相快速对流中进行，物相均匀、纯度高； 

(3)此工艺具有操作简单，不需高温煅烧即可直接得到结晶完好、粒径小且粒度分布窄的钇锆陶瓷粉体； 

(4)此方法合成的钇锆陶瓷粉体具有可控的化学组分和较好的分散性，因此无须研磨，省去了研磨引入的杂质，同时可避免由于研磨造成的结构缺陷； 

(5)采用喷雾造粒工艺后，使得钇锆陶瓷粉体具有理想的球形形貌、流动性好等优异特征。 

具体实施方式