湿化学法制备超细氧化锆粉的研究进展

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1、湿化学法制备超细氧化锆粉的研究进展王零森杨勇张金生樊毅(中南工业大学粉末冶金研究所，长沙，410083)摘要氧化锆超细粉的制备是制取性能优盘氧化问题。匿亘j耍噩囹锆陶瓷的关键。本文综述了湿化学法制备氧化格陶瓷粉的常用方法，并重点介绍了近年来用化学共沉淀法圈÷一去离子水制备氧化锆超细粉的新工艺厦其相关的制备原理。关键词超细粉鼠化锆陶瓷湿化学法制粉+一加入氨水1引言厦ii因(pH值在9以上)圆+氧化话陶瓷是一种具有广泛用途的高技术陶瓷。全稳定氧化锆陶瓷具有良好的氧离子传导特性，用它+制成的氧传感器可测定氧的浓度，用于炼钢工业中钢囝二习一去离子水控制等，还可以制成氧泵和高温燃料电池。而部分稳圈(7

2、0'c～100'c)液氧浓度的测定，汽车发动机和中、小型锅炉的燃烧●圃(800c，lh)’定氧化锆陶瓷(PSZ)则有良好的韧性，可用于制备各种相变增韧的结构陶瓷产品，如热机零件、挤压模具，高性能氧化锫材料对粉末的要求是：高纯度、超固刀具、阀门等。十{细、固聚程度低t各组分达到分子级剐上的均匀混台。传统固相法制备的粉末达不到上述要求。湿化学法通巨亘翻过液相合成，稳定剂的含量可精确控制，各组分的混图1共沉淀法工艺流程合均匀度可达到分子级水平，可以得到粒径分布窄、平均粒径为纳米级的超细粉。目前，湿化学法已成为由上述工艺制得的氧化锫粉，其BET比表面积实验室和工业生产中制备氧化锆粉束的重要方法之可达

3、40m2／g以上，相当于平均粒度小于25rim。但用沉降法测得的粒度却是为几十微米，说明粉末的团聚2化学共沉淀法相当严重。压坯烧成温度也相当高(1600℃以上)。Rhodes口。研究了粉末团聚对烧结制品性能的影响。他化学共沉淀法的基本原理是：形成zf件和稳定发现那些在压制过程中不能被压碎的硬团聚体，由于剂阳离子掣+、Ca抖、Mg什的混合盐溶液，加人氨水其内部颗粒之间结合紧密，在烧结过程中，收缩速度(或草酸、碳酸氢铵)生成不溶性的共沉淀物，将溶液要比周围基体快，结果在团聚体周围形成大的孔隙，中的阳离子滤去t经煅烧分解，得到氧化锆粉末。工艺产品性能恶化。为解决粉末的团聚问题，材料工作者流程如图1

4、。进行了长期深入的研究，取得了一系列成果。共沉淀工艺过程中，混合盐溶液总阳离子浓度应合理控法中的每一步工艺都对粉末团聚体的形成有影响，因制。浓度太大，生成的粉末粒径粗，团聚严重；浓度太此，可对其中某一步进行改进，以减少粉末的团聚。综小，则生产效率低。为了保证锫离子和稳定剂阳离子合起来有：乙醇脱水法、喷雾干燥法、共潍蒸馏法、表Y抖、Ca2+的同时沉淀，通常是采用反滴定法，并施以面活性剂法、乳浊液法、冷冻干燥法。剧烈搅拌。沉淀结柬，用去离子水或蒸馏水洗涤沉淀下面对各方法作简要介绍。以充分除去沉淀物中的盐类，防止残留的无机盐对后2．1乙醇脱水法续烧结工艺的有害影响n)。煅烧以后，有时还霈球磨，以破

5、碎煅烧过程中形成的团聚体。但球磨使粉末脏Dole和Habevko等”“最先认识到，氢氧化锆化，近来多不采用，而改用其他方法解决粉末的团聚胶体的洗涤和干燥是造成粉末团黎的关键。Habevko‘功能材料》增刊199B·10587先对氢氧化锆胶体用蒸馏水彻底清洗，然后用乙醇洗v—o聚现象明显减轻，团聚体强度明显减弱。粉末压坯在_穴《×_。涤凝胶，置换氢氧化锫中的水，再烘干，煅烧，粉束团1300"(2烧结3h，相对密度达到98％，而未经乙醇洗涤的粉末，在同样烧结条件下试样相对密度只有85％。＼么．．．+—／乙醇和其它醇类能显著降低氧化锆粉团聚体的强度，”少广、≥弋形成疏松的软团聚体，粉末的烧结性能明

6、显提高。这一结果随后得到许多人的反复验证口”。。”从“、A／，DOle[61则用丙酮一甲苯一丙酮洗涤凝胶，然后烘干煅烧。制得的氧化锫粉末同未经上述处理的粉末相比，烧结性能也有所改善，但效果远不如乙醇。(A)水洗粉末乙醇洗涤可以减轻粉末团聚的原因，最初用毛细管效应解释。水的表面张力较大(72．75×10一N／cm，20"C)在氢氧化锆千燥过程中，存在于颗粒之问的水以毛细管力将各个颗粒紧紧拉在一起，干燥过后，形成大而硬的团聚体。用乙醇将水置换掉以后，乙醇的表面张力很小(ZZ．75×10～N／era，zOc)，因而颗粒之间的相互作用力很弱，干燥后粉末团聚体的直径变小，团聚体密度低。Lee和Read

7、y等”叫1从氢氧化错的分子结构出发，对团聚体的形成和无水乙醇的作用作出了新的解释。氢氧化锫的分子结构如图2。“’蕊艺鬣端莱“7。芥(；。留3不同工艺条件下粉末团聚形成机理刚(表示氢键)：。啸臂羊撼谗分过水分子～中，水分子去掉，颗粒问形成了化学键L见崮儿n／，，这样的联接导致了硬宙聚体的形成。而用乙醇洗涤沉施剑林等人㈨惭咒J巾哪弦一．淀后，乙氧基取代了颗粒表面的桥接羟基，在颗粒表化锆细粉的工业。他们先用共沉淀法