[发明专利]一种纳米级氧化物陶瓷粉末的制备方法

说明书

本发明涉及氧化物陶瓷粉末的制备技术，特别是一种纳米级氧化物陶瓷粉末的制备方法。

纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料，它是纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料，其中包括晶粒尺寸、晶界宽度，第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平，由于界面占有可与颗粒相比拟的体积百分比，小尺寸以及界面的无序性使它具有不同于传统陶瓷的独特性能。由于晶粒细小可使材料的力学性能有数量级的提高，晶界数量的大大增加使可能分布于晶界处第二相物质的数量减少，晶界变薄，使晶界物质对材料性能的负影响减少到最低限度，从而提高了材料的断裂韧性，使材料具有塑性行为。此外晶粒细化也对晶体结构中的其他行为产生影响，如电导系数低，比热比传统金属高2倍。纳米陶瓷材料的高磁化率，高矫顽力，低饱和磁矩，低磁耗以及特别的光吸收效应，都将为材料的应用开拓一个崭新的领域。

目前多采用磁控溅射或电子光学的方法制备纳米粉末，工艺复杂、成本高。最近也有用溶胶凝胶（Sol-gel）法制备氧化物陶瓷粉末的报导，主要步骤如下：

（1）金属有机物水解产生单聚体，可反应的单聚体经过缩聚作用形成胶状物的齐聚体（Sol）;

（2）进一步水解经缩聚作用和交叉连接产生先驱体;

（3）凝胶产生聚合物经热分解产生氧化物陶瓷粉末，粉末的尺寸达到纳米级。但用此方法工艺复杂、原材料成本高、不易于大规模生产。

已经形成规模的氧化物陶瓷粉末的制备方法为共沉淀法，即用金属的硝酸盐或盐酸盐为原料，加氨水，将得到的共沉淀物经过滤、水洗、干燥，在800℃下焙烧1小时，最终得到陶瓷粉末。此方法虽然原料成本低、工艺简单，但是产生的粉末晶粒生长过快，不易控制，同时用其粉末制块状陶瓷，其热稳定性较差，在烧结过程中晶粒容易长大。

本发明的目的在于提供一种纳米级氧化物陶瓷粉末的制备方法，所需原料成本低、工艺简单、适合于大规模生产。

本发明的主要内容是采用金属硝酸盐和1或盐酸盐作原料，加入氨水，其特征在于同时加热、加压、温度控制在100～300℃，压力在5～10MPa之间，PH值控制在7-9，用本发明所述的方法生产的陶瓷粉粒度在20nm以下，在1300℃以下烧结到理论密度时，晶粒度小于100nm。下面结合实施的详述本发明。

实例1

原料：Zr OCl₂·8H₂O 261.53g、YCl₃5.14g、NH₄OH氨水。

将ZrOCl₂·8H₂O，YCl₃溶于水，滴入氨水到PH值为8，温度250℃压力。8MPa，4小时条件下合成ZrO₂+（3mol%）Y₂O₃的复合纳米陶瓷粉末，晶粒度12nm。此种粉末在1250℃，保温30分钟，可烧结到理论密度98%，晶粒度小于50nm。

实例2

原料 Ce（NO₃）·6H₂O 252.23g，YCl₃25.97g

将Ce（NO₂）₃·6H₂O₃与YCl₃溶于水，滴入氨水到PH值为8，温度250℃，压力8MPa，4小时后合成CeO₂+8mol%Y₂O₃，获得纳米粉末的粒度为10.8nm。此种粉末在1300℃，保温1小时，可烧结到理论密度98%，晶粒度小于70nm。

实例3

原料 Ce（NO₃）₃·6H₂O 252.23g，Mg（NO₃）₂6.89g

将Ce（NO₃）₂·6H₂O，Mg（NO₃）₂溶于水，滴入氨水到溶液的PH值为9。

加热温度265℃，加压9MPa，4.5小时后合成CeO₂+8mol% MgO纳米陶瓷复合粉末，其晶粒度为7.5nm。此种粉末在1300℃，保温1小时，可烧结到理论密度98%，晶粒度小于50nm。

实例4