氧化锆陶瓷的制备工艺.doc

氧化锆陶瓷的制备工艺 一 氧化锆陶瓷的原料 氧化锆工业原料是由含锆矿石提炼出来的。 斜锆石（ZrO2）自然界锆矿石 锆英石（ZrO2SiO2）二 氧化锆陶瓷的提炼方法 氯化和热分解 碱金属氧化物分解法 石灰溶解法提炼氧化锆的主要方法 等离子弧法 沉淀法 胶体法 水解法 喷雾热分解法氯化和热分解法 ZrO2SiO2+4C+4Cl2ZrCl4+SiCl4+4CO 其中ZrCl4和SiCl4 以分馏法加以分离，在150180下冷凝出ZrCl4然后加水水解形成氧氯化锆，冷却后结晶出氧氯化锆晶体，经焙烧就得到氧化锆。碱金属氧化物分解法ZrO2SiO2+NaOHNa2ZrO3 +Na2SiO4+H2OZrO2SiO2+Na2CO3Na2ZrSiO3+CO2氨水调整PH值ZrO2SiO2+Na2C03 Na2ZrO3+Na2Si03+CO2用水水解反应后用水溶解，滤去Na2Si03；焙烧Na2Zr03 水合氢氧化物 用硫酸进行钝化 Zr5O8(SO4)2xH20 氧化锆粉石灰熔融法CaO+ZrO2SiO2ZrO2+CaSiO3 焙烧后用盐酸浸出除去CaSiO3等离子弧法 锆英石砂（ZrO2SiO2）注入高温等离子弧中 熔化并离解SiO2ZrO2凝固后SiO2粘在ZrO2结晶表面用液体NaOH煮沸可除SiO2ZrO2 和 硅酸铀洗 涤氧化锆沉淀法沉淀法是在羧基氯化锆等水溶性锆盐与稳定剂盐的混合水溶液中加入氨水等碱性类物质，以获得氢氧化物共沉淀的方法。将共沉淀物干燥后一般得到的是胶态非晶体，经500700左右焙烧而制成ZrO2粉末。胶体法胶体法是合成粉体中各种前驱体在溶胶状态下混合均匀，而后固体从溶胶中析出的方法。溶胶法溶胶凝胶法溶胶沉淀法 溶胶凝胶技术 溶胶沉淀法金属氧化物或氢氧化物的溶胶 胶体沉淀剂（在锆盐溶液中加有机化合物）在碱中共沉淀转 化凝 胶由有机化合物构成的凝胶中分散金属氢氧化物复合体干 燥焙 烧清除添加剂焙 烧ZrO2粉末氧化物水解法醇盐水解法：将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐，进行加水分解的方法。水解法：高温、高压下，氢氧化锆在水中的溶解度大于常温、常压下在水中的溶解度，于是氢氧化锆溶于水中，同时析出氧化锆。溶胶乳化凝胶法：将含有Zn+4 溶胶先放入含有有机分散剂的乳化液中分散、陈化、稳定，再将溶胶凝胶化，凝胶经过烘干、焙烧得到ZrO2粉末。喷雾热分解法将锆盐和稳定剂的混合盐溶液喷入高温气氛中，散成无数小液滴，液相蒸发，液滴变小，随后因过饱和而析出固相，进而热分解直接生成所需要的ZrO2粉。三 氧化锆陶瓷的粉体加工 陶瓷材料烧结后很难进行机械加工，且加工成本十分昂贵，故人们一直在寻找一种适合复杂形状陶瓷部件的近净尺寸成型技术。近十年来，国内外陶瓷研究工作者研究开发了许多ZrO2超细粉的制备技术。所谓超细粉通常是指平均粒径为0.01-0.1m的粉末。为了制得纳米陶瓷，必须首先制备出纳米级陶瓷粉末。传统的粉末制备方法已不能满足要求，必须采用新的粉末制备方法。化学气相法（CVD法）物理法乳浊法共沉淀法水热法湿化学法化学法纳米材料的制备直接沉淀法溶剂蒸发法均一沉淀法其他方法共沉淀法溶胶-凝胶法乳浊液法蒸发法氧化锆微细粉末的制备的一般方法超临界合成法气相法共沉淀法这是一种古老的方法。它是利用各种在水中溶解的物质，经反应生成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解而成高纯度超微粉。ZrOCl2的水溶液中加入铵盐分散剂（NH4）2SO4,用氨水沉淀、分离、水洗、烘干、球磨、煅烧后制的ZrO2超细粉。溶胶凝胶法溶胶凝胶法指金属有机或无机化合物经过溶液溶胶凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法.制备ZrO2超细粉时，首先在Zr（0H）4水溶液中加入ZrO2的稳定剂，如MgO、Y2O3、CaO等的硝酸盐化合物，然后加入硝酸，把pH值调至5.56，待溶胶凝聚后，于70左右脱水，然后加热到400700，就可得到ZrO2超细粉。制备流程以ZrOCl8H2O为原料，用去离子水制成一定浓度的原料液，搅拌条件下添加沉淀剂制成水合ZrO2胶体，与70恒温加热一小时后陈化，制备成凝胶，抽滤并洗涤凝胶直至无Cl存在，干燥凝胶，并经高温煅烧制成纳米级ZrO2粉体。乳浊液法这是一种比较新颖的粉体制备方法，即乳浊液法，用这种方法可以制得粉末性能非常好的纳米超细粉体。将纯度99%的ZrO(NO3)2nH20和（NO3）36H20晶体溶于蒸馏水中，配成一定浓度的溶液，按Y2O3含量为3%（摩尔分数）分别量取两种溶液并配成混合溶液。将混合液逐渐加入含3%（摩尔分数）乳化剂的二甲苯溶液中，不断搅拌并经超生处理形成乳浊液。在这种乳浊液中盐溶液以尺寸为1030m的小液滴形态分散于有机溶剂中。忘乳浊液中通NH3气，使分散的盐溶液小液滴凝胶化。然后将凝胶放入蒸馏瓶中进行非均相的共沸蒸馏处理。经过蒸馏处理的凝胶进行过滤同时加入乙醇洗涤，目的是尽可能地滤去剩余的二甲苯和乳化剂。滤干的凝胶于红外灯下烘干，最后在7001h条件下燃烧即得Y2O3ZrO2粉体。气相法化学气相沉淀法（CVD）是很有前途的一种新方法，它是在一定的反应条件下（3005h，1.01105）下的反应前驱物（如乙酰丙酮锆）蒸气在气态下分解得到Zr02。化学气相合成法（CVS）低温气相合成法气相法气相置换法a.化学气相合成法 CVS法的原理是将一种挥发性的金属有机物前驱体在减压下热分解而制成粉体。合成ZrO2反应过程：用氦气气流（99.9%He）与叔丁基锆（前驱体）一同喷入反应去。另外，为保证产品能完全氧化，同时通入氧气流。氦气和氧气流量控制比例为1:10，气流压力由一碟式阀控制保持为1000Pa反应器被加热至1000.气流经过反应器时锆的化合物被分解，形成细小的氧化物纳米颗粒，最后利用温度梯度将微粒收集下来。b.气相置换法气相置换法是利用ZrCl4气体与Fe2O3固体反应制备ZrO2的。其具体步骤是，先在1cm5cm（内径）的石英管中分开放置锆金属和三氧化二铁，石英管抽真空并低压（约13Pa）下保持1h以去除固体吸附的气体，然后保持1h以去除固体吸附的气体，然后通入一定量的氯气并密封，主要反应方程式如下：Zr（s）+2Cl2(g)=ZrCl4(g)Fe203(s)+ZrCl4(g)=2FeCl2(g)+ZrO2(g)+O2(g)FeCl2(g)+2Zr(s)=2ZrCl(g)+Fe(s) 四 氧化锆微粉的干燥直接高温煅烧 用湿化学法制备纳米ZrO2粉体要解决的一个关键问题是如何进行颗粒的干燥以消除或减少由此过程产生的团