ZrO2超细粉体的制备技术的研究发展现状

摘要：Zr02具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下为导体等良性质。在20世纪70年代出现了氧化锆陶瓷增韧材料，使氧化锆陶瓷材料的力学性能获得了大幅度的提高，极大的扩展了Zr02在结构陶瓷领域的应用，其中ZrO2超细粉体的制备技术是其基础。

本文主要介绍了氧化锆的基本性质、氧化锆超细粉体的一般制备方法。

关键词：氧化错；高性能陶瓷；制备；应用

锆英石的主要成分是ZrSiO4，一般均采用各种火法冶金与湿化学法相结合的工艺。即先采用火法冶金工艺将ZrSiO4破坏，然后用湿化学法将锆浸出，其中间产物一般为氯氧化锆或氢氧化锆，中间产物再经煅烧可制得不同规格、用途的ZrO2产品。目前国内外采用的工艺主要有碱熔法、石灰烧结法、直接氯化法、等离子体法、电熔法和氟硅酸钠法等。用传统工艺制备的ZrO2是ZrO2?8H：O化合物，是制备ZrO2超细粉和其他ZrO2制品的原料。随着高性能陶瓷材料的发展和纳米技术的兴起，制备高纯、超细ZrO2粉体的技术意义重大，研究其制备应用技术已成为当前的一个热点。

1共沉淀法

化学共沉淀法”和以共沉淀为基础的沉淀乳化法、微乳液沉淀反应法的主要工艺路线是：以适当的碱液如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素等作沉淀剂(控制pH一8-9)，从ZrOCl2?8H20等盐溶液中沉淀析出含水氧化锆(氢氧化锆凝胶)和氢氧化钇凝胶，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧(600～900。C)等工序制得钇稳定的氧化锆粉体。其工艺流程为：

锆盐溶液+沉淀剂一中和沉淀一过滤一洗涤一(100—120℃)干燥一(700—900℃)煅烧—氧化锆粉体。此法由于设备、工艺简单，生产成本低廉，且易于获得纯度较高的纳米级超细粉体，因而被广泛采用。目前国内大部分企业，如九江泛美亚、深圳南玻、上海友特、广东宇田等，采用的都是这种方法。但是共沉淀法的主要缺点是没有解决超细粉体的硬团聚问题，粉体的分散性差，烧结活性低。

2水解沉淀法

水解沉淀法分为锆盐水解沉淀和锆醇盐水解沉淀2种方法。(I)锆盐水解沉淀法是长时间地沸腾锆盐溶液，使之水解生成的挥发性酸不断蒸发除去，从而使水解反应平衡不断向右移动，然后经过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得氧化锆粉体。其工艺流程为：锆盐溶液_+(120。C沸腾48h)水解一过滤一洗涤一(100～120℃)干燥一(100—900℃)煅烧一氧化锆粉体。此法的优点是操作简便。缺点是反应时间较长(>48h)，能耗高，所得粉体存在团聚现象。

(2)锆醇盐水解沉淀法是利用锆醇盐极易水解的特性，在适当pH值的水溶液中进行水解得到Zr(OH)2.然后经过滤、干燥、粉碎、煅烧得到氧化锆粉体。其工艺流程为：锆醇盐溶液一(调节pH值)水解沉淀一过滤一(100～1200c)干燥一粉碎一煅烧一粉体。该法的优点是：①几乎全为一次粒子，团聚很少；②粒子的大小和形状均一；③化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂，成本较高。

3水热法

水热法”是在高压釜内(温度大于200。C，压力约为10MPa)，在锆盐和钇盐溶液中加入适当的化学试剂，直接反应生成纳米级氧化锆颗粒，形成钇稳定的氧化锆固溶体。其工艺流程为：醇盐溶液一水热处理一干燥一粉体。优点为粉料粒度极细，可达到纳米级，粒度分布窄，省去了高温煅烧工序，颗粒团聚程度小。缺点为设备复杂、昂贵，反应条件较苛刻，难于实现大规模工业化生产。

4溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法艘是广泛采用的制备超细粉体的方法，是借助于胶体分散体系制粉的方法，首先是形成几十纳米以下的胶体颗粒的稳定溶胶，再经适当处理形成包含大量水分的凝胶，最后经干燥脱水、煅烧制得氧化锆超细粉。其工艺流程为：锆盐溶液一水解缩聚一溶胶一陈化一湿凝胶一干燥一干凝胶—煅烧—粉体。

此法的优点为：①粒度细微，为亚微米级或更细②粒度分布窄；③纯度高，化学组成均匀，可达分子或原子尺度；④成温度比传统方法低400～500℃。缺点是：①原料成本高且对环境有污染；②处理过程时间较长；③胶粒及凝胶过滤、洗涤过程不易控制。

5微乳液法(反胶束法)

微乳液法是以多元油包水微乳液体系中的乳化液滴为微型反应器，通过液滴内反应物的化学沉淀来制备纳米粉体的方法。具体的制备步骤如下：按制粉要求比例配制一定浓度的锆盐与钇盐水溶液，在恒温摇床中少量多次地将该溶液注入含表面活性剂的有机溶液中，直至有混浊现象出现。以同样方法制得氨水的反胶团溶液，然后把两种反胶团溶液在常温下混合、搅拌、沉淀、分离、洗涤、干燥，高温焙2～4 h，即得产品。利用该方法可得粉体分散性能好，粒度分布窄，但生产过程较复杂，成本也较高。

6其他方法

随着研究的不断深人，一些研究者探索了新的制备超细粉的思路。如高温喷雾热解法、喷雾感应耦合等离子体法等［IOl，这些方法利用了先进的仪器设备，生产工艺与传统化学制粉工艺截然不同，是将分解、合成、干燥甚至煅烧过程合并在一起的高效方法。但是这些方法在如何进一步提高传热效率，并在保证粒度的前提下，如何扩大产量、降低成本尚需进一步研究探索。从以上可以看出，制备高纯、分散性好、粒度超细、粒度分布窄的氧化锆粉体是总的发展趋势。另外，广泛的原料来源、简单的操作条件也是氧化锆粉体工业化大生产的必然要求。（作者单位：郑州大学材料科学与工程学院）

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