[00117564]一种尺寸均匀的球型钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法

①课题来源于背景 氧化锆（ZrO2）是一种非常重要的结构和功能性材料,具有化学稳定性,耐磨损,导热系数低,耐高温,耐腐蚀性、热稳定性和抗冲击性等特性,是耐火涂层材料、高温结构材料、生物材料和电子材料的重要原料,在能量、材料、电子和环境等领域得到了广泛应用。制备纳米Y2O3-ZrO2粉体的方法较多,主要有：化学沉淀法、微乳液体法、溶胶凝胶法和水热法等。通常化学沉淀法制备得到的粉体需要高温煅烧,粒子分散性差,团聚现象严重。溶胶凝胶法反应周期长、工艺条件苛刻,原料成本高,有机溶剂对人体有危害,不宜于大规模工业化生产。水热法制备得到的粉体具有结晶性能好、纯度高、尺寸分布均匀、团聚程度较小和不需要高温煅烧工序等优点。 ②技术原理及性能指标 在室温下纯的ZrO2为白色晶体,熔点为2680℃,沸点为4275℃。二氧化锆是一个多晶体系,可分为三种晶型：单斜晶系（Monoclinic,m- ZrO2）、四方晶系（Tetragonal,t- ZrO2）和立方晶系（Cubic,c- ZrO2）。室温下单斜相是稳定相,四方相和立方相是亚稳定相。这些晶型之间可发生可逆的相转变,同时引起极大的体积效应,如加热到1150℃条件下,二氧化锆从单斜相转变为四方相,体积收缩;冷却时,四方相向单斜相转变伴随着约6%~8%的剪切应变和3%~5%的体积膨胀,从而制备的材料容易产生裂纹,甚至破裂,因此无多大的工程价值。 通过掺杂粒子离子半径和原子价数与Zr4+相近的金属离子,如Ca2+、Mg2+和Y3+等。当二氧化锆晶体中引入Y3+金属离子时,它们取代晶格中锆离子的位置,为了保证粒子的电中性会产生氧空穴,分布在锆离子周围的氧空位降低了氧氧之间的排斥力,使得配位层产生较大的畸变,从而促进室温条件下四方相或者立方相二氧化锆的稳定。项 目 结 果 ZC-3YSZ ZC-5YSZ ZC-8YSZ 化学成分（wt%） Zr（Hf）O2 95.20% 90.62% 86.32% Y2O3 5.29% 8.82% 13.61% SiO2 0.015% 0.014% 0.014% Fe2O3 0.002% 0.002% 0.002% TiO2 0.005% 0.005% 0.005% Al2O3 0.022% 0.030% 0.025% Cl- 0.010% 0.008% 0.008% 比表面积（m2/g） SSA 5-40 10-25 10-25 中位粒径（um） D50 0.5-10 0.5-10 0.5-10 松装密度（g/cm3） AD 1.2 1.2 1.2 ③技术的创造性与先进性 本发明提供一种尺寸均匀的球形钇稳定氧化锆纳米粉体的制备方法创造性,主要包括以下步骤：将锆源和钇源制成溶液,在溶液中添加沉淀剂,充分搅拌后再加入分散剂,将上述混合溶液置于高温高压反应釜中,先室温下搅拌,再进行加热反应一段时间后得到产物;产物经过水洗、醇洗,冷冻干燥,得到半稳定纳米级钇稳定锆,再进行热稳定化处理,制得到球形钇稳定氧化锆纳米粉体。 本发明的先进性：采用水热方法制备的钇稳定氧化锆纳米粉体尺寸分布均匀,形貌呈球形,结晶度高,在室温条件下以四方相稳定存在等优点。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 本发明技术运用了一套合理的配比和水热反应条件的控制,通过实验开发出可应用在催化剂、隔热材料、结构陶瓷、固体燃料电池和传感器等广泛的领域的钇稳定氧化锆纳米粉体,该复合氧化锆粉体具有分散性好,尺寸均匀,比表面积大,结晶度较好等优点。易于操作加工和生产控制,无需复杂的配料粒度调整和热处理工序,提高生产效率。 ⑤应用情况及存在的问题 该法已完成小试与中试,重复效果良好、稳定,操作简单易行,中试产品已完成客户认证,得到良好评价。该技术发明方法制备产品操作安全,物料稳定,具有良好的应用前景与市场。在市场背景环境下,客户希望我们进一步降低生产成本,稳定大量供货。 ⑥历年获奖情况 暂无.