[发明专利]微乳浊液法制备氧化锆粉末技术

说明书

微乳浊液法是陶瓷粉末制备技术领域中的一种新型方法。

氧化锆陶瓷由于其晶型转变可阻止材料受力时的微裂纹扩展，从而，不仅本身具有高的韧性，还可用来增韧其它陶瓷材料。作为结构材料，可用于各种机械工程领域。相关增韧效果同所用氧化锆粉末性能有很大关系，要求所用粉料是高纯、超细的。

通常制备ZrO₂粉末的共沉淀法，是利用碱液从氧氯化锆盐溶液中沉淀出含水氧化锆（又称氢氧化锆凝胶）。将凝胶干燥再经过煅烧得到ZrO₂粉末。但由于沉淀发生在大的体积范围，胶体体积不仅大，而且无法控制。这样煅烧后形成的粉体的团聚体形状和尺寸都无法控制，大大影响粉料的工艺性能。

在本发明实施过程中，于1988年了解到墨非脱·亚肯克和艾哈迈德·赛利加亚，在“由浮浊液沉积得到陶瓷粉末”（第一届国际陶瓷粉末工艺会议，1987年11月）和“通过浮浊液沉积制备氧化钇粉末”（陶瓷进展21卷1987年陶瓷粉末科学，G.L.梅辛等编）中，用甲苯作为油相，司班60和吐温80的混和物作为乳化剂，三乙醇胺作为沉淀剂制备Y₂O₃粉末。Y₂O₃粉末的粒子范围在0.2～2μm，粒子形状呈球形。还有温德尔·E·莱因和H·肯特·鲍恩，在“通过乳浊液技术制备2ZrO₂·Yb₂O₃”（第一届国际陶瓷粉末工艺会议，1987年11月）中，用芳香烃和脂肪烃作为油相，司班80作为乳化剂，氨气作为沉淀剂制备了2ZrO₂·Yb₂O₃粉末。但无论制备Yb₂O₃还是2ZrO₂·Yb₂O₃，他们只是做到了乳浊液这一步。

本发明最初的指导思想是把盐类水溶液通过一定的方法，使它分散到连续的油相中，制成油包水的乳浊液，然后加入沉淀剂，使反应发生在一个个被油相包围着的液滴中。这样，由于反应发生在每个弧立的小液滴中，所以可以通过液滴尺寸，达到控制聚团的目的。使得到的粉末大小均匀，流动性好，易于成型和烧成。

从理论上讲，只要将液滴尺寸控制得更小，氧化物聚团的大小也会降低。因此，我们在乳浊液中进一步加入极性有机物，制成微乳浊液。微乳浊液与乳浊液相比，液滴变得极小，一般小于1微米，甚至小到数十个埃。由于其液滴大小比可见光波长小得多而不能见到。因此与乳浊液相比微乳浊液变得透明或近于透明。微乳浊液法从理论上提供了一个制备更加细小的粉粒的途径。通过适当工艺，在微乳浊液中加入沉淀剂，使反应在一个个更加细小的液滴中进行，从而达到将聚团尺寸控制得更小的目的。微乳浊液不仅可以通过更细小的液滴制备更细小的粉料，而且微乳浊液与乳浊液相比内相容积可以很浓，达50%。这样可以提高产率，比乳浊液法（有机相∶水相＝10∶0.1，氧化物金属浓度为3.75×10^-4M）更加经济有效。

本发明将14～76wt%的ZrOCl₂·8H₂O的溶液与0～15wt%的稳定剂（YCl₃或CaCl₂）溶液，按照ZrO₂/Y₂O₃的摩尔百分比100/0～90/10，或ZrO₂/CaO的摩尔百分比100/0～84/16配 制成水溶液作为水相，煤油为油相，表面活性剂（司班80）作为乳化剂，高级醇（正丁醇、异戊醇、正己醇）为辅助乳化剂，通过机械搅拌或超声振荡，制成液滴小于1μm的油包水微乳浊液，其中：油相∶司班80∶水溶液＝（2～4）∶1∶（1～4），油相∶高级醇＝4∶（2～8），以浓度为15～26%的氨水或氢氧化钠溶液或有机胺（如：三乙醇胺，三乙胺）为沉淀剂。在搅拌或超声振荡状态下，将沉淀剂加入微乳浊液中，生成沉淀，将沉淀物用丙酮洗涤，并在600～800℃下煅烧，最终产物是Y₂O₃0～10%（克分子）或CaO0～16%（克分子）的氧化锆粉末。