氧化鋯陶瓷的制備工藝

氧化鋯陶瓷的制備工藝 一 氧化鋯陶瓷的原料 氧化鋯工業(yè)原料是由含鋯礦石提煉出來的。 斜鋯石（ZrO2）自然界鋯礦石 鋯英石（ZrO2SiO2）二 氧化鋯陶瓷的提煉方法 氯化和熱分解 堿金屬氧化物分解法 石灰溶解法提煉氧化鋯的主要方法 等離子弧法 沉淀法 膠體法 水解法 噴霧熱分解法氯化和熱分解法 ZrO2SiO2+4C+4Cl2ZrCl4+SiCl4+4CO 其中ZrCl4和SiCl4 以分餾法加以分離，在150180下冷凝出ZrCl4然后加水水解形成氧氯化鋯，冷卻后結(jié)晶出氧氯化鋯晶體，經(jīng)焙燒就得到氧化鋯。堿金屬氧化物分解法ZrO2SiO2+NaOHNa2ZrO3 +Na2SiO4+H2OZrO2SiO2+Na2CO3Na2ZrSiO3+CO2氨水調(diào)整PH值ZrO2SiO2+Na2C03 Na2ZrO3+Na2Si03+CO2用水水解反應(yīng)后用水溶解，濾去Na2Si03；焙燒Na2Zr03 水合氫氧化物 用硫酸進(jìn)行鈍化 Zr5O8(SO4)2xH20 氧化鋯粉石灰熔融法CaO+ZrO2SiO2ZrO2+CaSiO3 焙燒后用鹽酸浸出除去CaSiO3等離子弧法 鋯英石砂（ZrO2SiO2）注入高溫等離子弧中 熔化并離解SiO2ZrO2凝固后SiO2粘在ZrO2結(jié)晶表面用液體NaOH煮沸可除SiO2ZrO2 和 硅酸鈾洗 滌氧化鋯沉淀法沉淀法是在羧基氯化鋯等水溶性鋯鹽與穩(wěn)定劑鹽的混合水溶液中加入氨水等堿性類物質(zhì)，以獲得氫氧化物共沉淀的方法。將共沉淀物干燥后一般得到的是膠態(tài)非晶體，經(jīng)500700左右焙燒而制成ZrO2粉末。膠體法膠體法是合成粉體中各種前驅(qū)體在溶膠狀態(tài)下混合均勻，而后固體從溶膠中析出的方法。溶膠法溶膠凝膠法溶膠沉淀法 溶膠凝膠技術(shù) 溶膠沉淀法金屬氧化物或氫氧化物的溶膠 膠體沉淀劑（在鋯鹽溶液中加有機(jī)化合物）在堿中共沉淀轉(zhuǎn) 化凝 膠由有機(jī)化合物構(gòu)成的凝膠中分散金屬氫氧化物復(fù)合體干 燥焙 燒清除添加劑焙 燒ZrO2粉末氧化物水解法醇鹽水解法：將有機(jī)溶液中混合著鋯和穩(wěn)定劑的醇鹽，進(jìn)行加水分解的方法。水解法：高溫、高壓下，氫氧化鋯在水中的溶解度大于常溫、常壓下在水中的溶解度，于是氫氧化鋯溶于水中，同時(shí)析出氧化鋯。溶膠乳化凝膠法：將含有Zn+4 溶膠先放入含有有機(jī)分散劑的乳化液中分散、陳化、穩(wěn)定，再將溶膠凝膠化，凝膠經(jīng)過烘干、焙燒得到ZrO2粉末。噴霧熱分解法將鋯鹽和穩(wěn)定劑的混合鹽溶液噴入高溫氣氛中，散成無數(shù)小液滴，液相蒸發(fā)，液滴變小，隨后因過飽和而析出固相，進(jìn)而熱分解直接生成所需要的ZrO2粉。三 氧化鋯陶瓷的粉體加工 陶瓷材料燒結(jié)后很難進(jìn)行機(jī)械加工，且加工成本十分昂貴，故人們一直在尋找一種適合復(fù)雜形狀陶瓷部件的近凈尺寸成型技術(shù)。近十年來，國內(nèi)外陶瓷研究工作者研究開發(fā)了許多ZrO2超細(xì)粉的制備技術(shù)。所謂超細(xì)粉通常是指平均粒徑為0.01-0.1m的粉末。為了制得納米陶瓷，必須首先制備出納米級陶瓷粉末。傳統(tǒng)的粉末制備方法已不能滿足要求，必須采用新的粉末制備方法?；瘜W(xué)氣相法（CVD法）物理法乳濁法共沉淀法水熱法濕化學(xué)法化學(xué)法納米材料的制備直接沉淀法溶劑蒸發(fā)法均一沉淀法其他方法共沉淀法溶膠-凝膠法乳濁液法蒸發(fā)法氧化鋯微細(xì)粉末的制備的一般方法超臨界合成法氣相法共沉淀法這是一種古老的方法。它是利用各種在水中溶解的物質(zhì)，經(jīng)反應(yīng)生成不溶解的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽等，再經(jīng)加熱分解而成高純度超微粉。ZrOCl2的水溶液中加入銨鹽分散劑（NH4）2SO4,用氨水沉淀、分離、水洗、烘干、球磨、煅燒后制的ZrO2超細(xì)粉。溶膠凝膠法溶膠凝膠法指金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液溶膠凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而成氧化物或其他化合物固體的方法.制備ZrO2超細(xì)粉時(shí)，首先在Zr（0H）4水溶液中加入ZrO2的穩(wěn)定劑，如MgO、Y2O3、CaO等的硝酸鹽化合物，然后加入硝酸，把pH值調(diào)至5.56，待溶膠凝聚后，于70左右脫水，然后加熱到400700，就可得到ZrO2超細(xì)粉。制備流程以ZrOCl8H2O為原料，用去離子水制成一定濃度的原料液，攪拌條件下添加沉淀劑制成水合ZrO2膠體，與70恒溫加熱一小時(shí)后陳化，制備成凝膠，抽濾并洗滌凝膠直至無Cl存在，干燥凝膠，并經(jīng)高溫煅燒制成納米級ZrO2粉體。乳濁液法這是一種比較新穎的粉體制備方法，即乳濁液法，用這種方法可以制得粉末性能非常好的納米超細(xì)粉體。將純度99%的ZrO(NO3)2nH20和（NO3）36H20晶體溶于蒸餾水中，配成一定濃度的溶液，按Y2O3含量為3%（摩爾分?jǐn)?shù)）分別量取兩種溶液并配成混合溶液。將混合液逐漸加入含3%（摩爾分?jǐn)?shù)）乳化劑的二甲苯溶液中，不斷攪拌并經(jīng)超生處理形成乳濁液。在這種乳濁液中鹽溶液以尺寸為1030m的小液滴形態(tài)分散于有機(jī)溶劑中。忘乳濁液中通NH3氣，使分散的鹽溶液小液滴凝膠化。然后將凝膠放入蒸餾瓶中進(jìn)行非均相的共沸蒸餾處理。經(jīng)過蒸餾處理的凝膠進(jìn)行過濾同時(shí)加入乙醇洗滌，目的是盡可能地濾去剩余的二甲苯和乳化劑。濾干的凝膠于紅外燈下烘干，最后在7001h條件下燃燒即得Y2O3ZrO2粉體。氣相法化學(xué)氣相沉淀法（CVD）是很有前途的一種新方法，它是在一定的反應(yīng)條件下（3005h，1.01105）下的反應(yīng)前驅(qū)物（如乙酰丙酮鋯）蒸氣在氣態(tài)下分解得到Zr02?；瘜W(xué)氣相合成法（CVS）低溫氣相合成法氣相法氣相置換法a.化學(xué)氣相合成法 CVS法的原理是將一種揮發(fā)性的金屬有機(jī)物前驅(qū)體在減壓下熱分解而制成粉體。合成ZrO2反應(yīng)過程：用氦氣氣流（99.9%He）與叔丁基鋯（前驅(qū)體）一同噴入反應(yīng)去。另外，為保證產(chǎn)品能完全氧化，同時(shí)通入氧氣流。氦氣和氧氣流量控制比例為1:10，氣流壓力由一碟式閥控制保持為1000Pa反應(yīng)器被加熱至1000.氣流經(jīng)過反應(yīng)器時(shí)鋯的化合物被分解，形成細(xì)小的氧化物納米顆粒，最后利用溫度梯度將微粒收集下來。b.氣相置換法氣相置換法是利用ZrCl4氣體與Fe2O3固體反應(yīng)制備ZrO2的。其具體步驟是，先在1cm5cm（內(nèi)徑）的石英管中分開放置鋯金屬和三氧化二鐵，石英管抽真空并低壓（約13Pa）下保持1h以去除固體吸附的氣體，然后保持1h以去除固體吸附的氣體，然后通入一定量的氯氣并密封，主要反應(yīng)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 氧化鋯微粉的干燥直接高溫煅燒 用濕化學(xué)法制備納米ZrO2粉體要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何進(jìn)行顆粒的干燥以消除或減少由此過程產(chǎn)生的團(tuán)