趙金虎，劉振英，檀文俊，張安安，張宏超，韓成浩，萬建民(安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

?

共沉淀法制備氧化鋁
—氧化鋯復合粉體

趙金虎，劉振英，檀文俊，張安安，張宏超，韓成浩，萬建民
(安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

【摘 要】以八水合氧氯化鋯、六水氯化鋁為主要原料，氨水作為沉淀劑，采用共沉淀法制備氧化鋁—氧化鋯復合粉體。主要考察燒結(jié)溫度對復合粉體物相的影響，結(jié)果表明：復合粉體在1 200℃燒成后主要以單斜氧化鋯及氧化鋁晶相存在，粉體具有較高的燒結(jié)活性，晶相分布均勻。

【關(guān)鍵詞】共沉淀；氧化鋁—氧化鋯；復合粉體

氧化鋁—氧化鋯復合材料由于其具有較好的抗熱震性，且抗氧化性能好，高溫機械強度好，耐磨性好和具有低的導熱系數(shù)等特性而被廣泛關(guān)注。氧化鋁—氧化鋯復合陶瓷已經(jīng)在閥門密封圈、螺絲、氧傳感器、盔甲、人造牙齒、人造髖關(guān)節(jié)等諸多高要求領(lǐng)域進行了應用。本試驗是通過共沉淀法制備氧化鋁—氧化鋯復合材料。

1　試驗部分

1.1 原料

(1) 八水合氧氯化鋯：ZrOCl2·8H2O分析純AR，白色結(jié)晶粉末。

(2) 六水氯化鋁：AlCl3·6H2O，分析純AR，白色結(jié)晶。

(3) 氨水：分析純AR，無色透明液體。

1.2 試樣的制備

將分析純的ZrOCl2·8H2O和A1Cl3·6H2O按一定的摩爾比Zr∶Al＝1∶2和2∶1配制成0.5mol/L的混合溶液，加入2%PEG6000作為分散劑，分散劑的加入主要是造成空間上的位阻，防止混合溶液中粒子在沉淀過程中發(fā)生團聚現(xiàn)象。試驗配方見表1。

表1　試驗配方

1.3 試驗步驟

(1) 在混合溶液不斷攪拌的前提下，緩慢均勻的滴加氨水，控制滴速在5mL/min左右，產(chǎn)生氫氧化鋯和氫氧化鋁絮狀膠體，隨著氨水的不斷滴加，絮狀膠體逐漸增多，用pH試紙測其混合溶液的pH值，在pH值為7～8時，絮狀凝膠會向沉淀轉(zhuǎn)變。

(2) 繼續(xù)均勻而緩慢的滴加氨水，在pH值為9～10時，絮狀凝膠會完全形成沉淀，此時停止滴加氨水。

(3) 將形成沉淀的溶液靜置24h后，在進行醇水交換，然后將加有無水乙醇的沉淀倒入布氏漏斗中進行真空抽濾，將抽濾后的沉淀固體在80℃下的電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥24h。

(4) 將干燥之后的沉淀放入研磨缽中研磨2～3h即制得氧化鋁—氧化鋯粉末，粉末經(jīng)800、1 200℃煅燒得到氧化鋁—氧化鋯復合粉體。

1.4 樣品表征

將燒成后的樣品在冷卻后進行X-射線衍射(XRD)分析，用來觀察試樣的物相組成；通過掃描電鏡(SEM)的分析，觀察試樣的顯微形貌特征。

2　結(jié)果與討論

2.1 復合粉體在不同溫度下的物相分析

圖1是試樣在燒結(jié)溫度800℃時的XRD圖譜。

圖1　800℃時復合粉體的XRD圖譜

從圖1中可見，在800℃燒結(jié)得到的產(chǎn)物出現(xiàn)t-ZrO2和極少量的α-Al2O3的特征峰，并沒有出現(xiàn)m-ZrO2的特征峰。隨著氧化鋯相對含量的增加，衍射峰的強度增大，半高寬變窄，晶粒變大，說明氧化鋯相對含量的增大會使晶粒變大并降低氧化鋯的晶化溫度。

表2是根據(jù)標準XRD圖譜曲線得到的t-ZrO2和α-Al2O3三強峰所對應的2θ的位置。

表2　三強峰在標準XRD圖譜中位置

圖2是氧化鋁氧化鋯復合粉體在燒結(jié)溫度為1 200℃時的XRD圖譜。

圖2　1 200℃時復合粉體的XRD圖譜

由圖2可以看出在1 200℃的燒結(jié)溫度下，出現(xiàn)許多單斜晶系氧化鋯，而四方晶系氧化鋯逐漸變少。由圖中1#和2#對比可知，氧化鋁相對含量的增加有利于促進四方晶系向單斜晶系轉(zhuǎn)變，很明顯，氧化鋯的存在延緩向α-Al2O3的轉(zhuǎn)變，并且隨著晶粒逐漸變大，晶型趨于完整。

2.2 復合粉體的顯微結(jié)構(gòu)分析

圖3、圖4是1#在不同溫度下燒結(jié)制得粉體的掃描電子顯微鏡圖片。由圖3可知，在800℃燒結(jié)后，已經(jīng)有少許晶粒形成，但晶粒大小不均勻，而且還存在著大量的團聚。由圖4可知，隨著溫度的升高，晶粒開始緩慢形成，復合粉體的團聚現(xiàn)象也逐漸減小，晶粒不斷的形成和明顯長大并且分布均勻。因為在燒結(jié)的過程中，晶粒的生長速率會隨著溫度的升高而呈現(xiàn)指數(shù)增長，所以當保溫時間相同時，燒結(jié)溫度越高其晶粒尺寸越大。

圖3　800℃時燒結(jié)的復合粉體SEM圖

圖4　1 200℃時燒結(jié)的復合粉體SEM圖

3　結(jié)論

(1) 當燒結(jié)溫度在1 200℃時，Zr∶Al=2∶1和Zr∶Al=1∶2的復合粉體的XRD圖譜中均有t-ZrO2、m-ZrO2和α-Al2O3的衍射峰，而且α-Al2O3的結(jié)晶相良好?？梢?，隨著氧化鋁相對含量的增加衍射峰強度變強，說明氧化鋁對氧化鋯的晶粒有細化作用，且氧化鋁的相對含量增大提高了氧化鋯的晶化溫度。

(2) 從SEM圖中可以看出，當燒結(jié)溫度不斷升高時，晶粒的尺寸也會不斷變大。因為在燒結(jié)的過程中，晶粒的生長速率會隨著溫度的升高而呈現(xiàn)指數(shù)增長，所以當保溫時間相同時，燒結(jié)溫度越高其晶粒尺寸越大。

【參考文獻】

[1]SALAHI E, ESFAHANI H, MOBASHERPOUR I, et al. Sintering behavior and mechanical properties of alumina/zirconia multilayers composite via nano-powder processing[J]. Ceramics International, 2014(40): 2717-2722.

[2]KHOSHKALAM M, FAGHILI-SANI M A. An investigation on mechanical properties of Alumina-Zirconia-Magnesia spinel composite ceramics fabricated by gel-casting using solution combustion synthesized powder[J]. Materials Science and Engineering: A, 2013(587): 336-343.

[3]劉振英,徐彬.燒結(jié)溫度對剛玉斜鋯石復相陶瓷的性能影響[J].非金屬礦,2013,36(3):10-12.

[4]黃紅燕,邵忠財,王國營,等.溶膠共沉淀法制備氧化鋯氧化鋁復合粉體[J].材料研究學報,2008,22(3):246-250.

【試驗研究】

【收稿日期】2014-11-20

【基金項目】安徽省淮南市計劃項目(編號:11049)；安徽理工大學大學生科研項目(編號：ZY1419)。

【文章編號】1007-9386(2015)03-0009-02

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】TB383；TQ027.38