張弛

摘要：二氧化鋯廣泛用于制造各種重要原件，被認為是21世紀最具發(fā)展前途的功能材料之一。本文以氧氯化鋯和氨水為原料，在室溫下通過化學(xué)沉淀法及高溫?zé)崽幚砗铣啥趸喎垠w，用SEM對所制備的納米粉體進行了表征，研究了不同煅燒溫度對ZrO2納米粒子結(jié)構(gòu)與性能影響。實驗結(jié)果表明合成的氧化鋯顆粒細小，顆粒度均勻，粒子近似為球形，隨著煅燒溫度的升高，氧化鋯粉體顆粒尺寸逐漸減小。這對高性能納米氧化鋯的合成制備具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：煅燒溫度 納米粉體 氧化鋯 微乳液 鋯鹽濃度

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

1 前言

氧化鋯是一種十分重要的結(jié)構(gòu)和功能材料，具有非常優(yōu)異的物理化學(xué)性能，包括耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等[1-3]。隨著電子和新材料工業(yè)的發(fā)展，氧化鋯除用于耐火材料和陶瓷顏料外，在電子陶瓷、功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用也日益擴大。電子工業(yè)的發(fā)展對電子器件提出了微細化、高精度和高可靠性要求。為了滿足這些要求，制作這些元器件的原材料必須具備純度高、顆粒微細的條件。因此，高純超細氧化鋯的研制與開發(fā)便成為當今學(xué)者研究的熱門話題[4]。為了獲得納米氧化鋯粉末，不同的物理機械化學(xué)方法已被采用或試用[5-7]。隨著高科技的迅速發(fā)展和對合成新材料的迫切需求，納米二氧化鋯的開發(fā)和應(yīng)用必將引起更加廣泛的重視。就目前來講，納米氧化鋯在制備方面仍有許多理論問題和技術(shù)問題有待進一步的探索。其中，現(xiàn)有納米氧化鋯的合成方法都存在能耗大、污染嚴重、生產(chǎn)周期長等缺點。并且，許多研究都由于注重改進反應(yīng)產(chǎn)物的性能而采用了大量、復(fù)雜的原料和工藝，這無疑加劇了工藝本身的缺陷。在對生存環(huán)境日益重視的今天，開發(fā)二氧化鋯合綠色合成方法，以減少去離子水的大量消耗，降低對大氣環(huán)境的污染，降低粉末煅燒溫度，縮短生產(chǎn)周期，降低能耗，回收使用副產(chǎn)品，實現(xiàn)資源循環(huán)再生利用等顯得非常有必要。本實驗所采用的化學(xué)沉淀法其合成途徑較簡單，其合成的氧化鋯顆粒均勻性好，顆粒細小，便于表征。本研究旨在探尋這種綠色合成的可能性與可行性。

2 實驗方法

2.1實驗原料與儀器設(shè)備

實驗原料如下表1所示，實驗室提供的去離子水。強力攪拌器，真空過濾裝置，真空干燥箱，燒杯（500ml，250ml，80ml），量筒（10 ml），容量瓶（25ml）若干，稱量瓶，鐵架臺，玻璃棒，馬弗爐，攪拌子，研缽，布氏漏斗，保鮮膜，藥匙，滴管，濾紙，坩堝，表面皿，掃描電鏡。

表1.主要實驗原料

藥品名稱 純度 生產(chǎn)廠家

氧氯化鋯.八水 分析純 國藥集團化學(xué)試劑有限公司

硝酸鋯.五水 分析純 國藥集團化學(xué)試劑有限公司

無水乙醇 分析純 天津市化學(xué)試劑三廠

氨水 分析純 青島江山化學(xué)試劑有限公司

環(huán)己烷 分析純 天津市博迪化工有限公司

正己醇 分析純99% 天津市福晨化學(xué)試劑廠

辛基苯基聚氧乙醚 化學(xué)純cp 中國醫(yī)藥上?；瘜W(xué)試劑公司

硝酸銀 分析純 國藥集團化學(xué)試劑有限公司

2.2研究方法

化學(xué)沉淀法是以以分析純氫氧化鈉和氨水為原料，通過低溫強堿合成法簡單方便的合成二氧化鋯晶核。再經(jīng)高溫處理得其為細粉末。對制得的納米粉體進行SEM表征。 粉體制備中，需要在室溫下稱取一定量的氧氯化鋯、氨水、無水乙醇。

3.化學(xué)共沉淀法

3.1納米ZrO2粉體的制備

5mol/l氨水與八水氧氯化鋯鹽溶液分別放入滴液漏斗中，在強力攪拌作用下，將配制好的氨水和八水氧氯化鋯溶液同時滴入基液中，保持Ph值在8-9之間。滴定在10分鐘內(nèi)完成，滴定完畢繼續(xù)攪拌20min后沉化20min后抽濾。

抽濾后得到濾餅放入盛有40ml蒸餾水燒杯中，用氨水調(diào)節(jié)pH值在8-9之間。水洗攪拌20min后抽濾，待凝膠成濾餅狀后返回?zé)瓋?nèi)如此反復(fù)沖洗直到監(jiān)測抽濾后液體中無氯離子存在為止。（每次水洗溶液均需用氨水調(diào)節(jié)pH在8-9之間，且盛裝容器用水洗凈后均需用蒸餾水洗滌）。將無水乙醇150ml和抽濾后濾餅倒入真空過濾裝置內(nèi)抽濾，待凝膠呈濾餅狀后返回三口瓶內(nèi)進行二次醇洗。（醇洗目的有二，一將凝膠中水分充分置換出避免水的存在導(dǎo)致硬團聚發(fā)生，二對凝膠粒子進行表面改性。每次配洗時所用盛裝容器用水洗凈后均需用電吹風(fēng)吹干）

抽濾后濾餅放入真空干燥箱內(nèi)干燥，溫度保持50-60℃，干燥2h。干燥后凝膠研磨后，取少許樣品，其余分成三份，做350℃、550℃和850℃煅燒后再作SEM分析，觀察其晶核大小。其中，樣本的煅燒溫度及保溫時間如表2所示。

表2.樣本的煅燒溫度及保溫時間

煅燒溫度（℃） 煅燒后保溫時間（h） 編號

未煅燒樣品 1#

350 1 2#

550 1 3#

850 1 4#

3.2納米ZrO2粉體的表征

選取1#，2#，4#三個樣品進行SEM表征，以觀察粉體的顆粒形貌，粒徑尺寸，表面微孔結(jié)構(gòu)，得到了如下的結(jié)果，如圖1-圖3所示。

圖1樣品1#的SEM表征

由圖1可看出其有團聚現(xiàn)象，顆粒分布不均勻，主要在于未經(jīng)過高溫煅燒處理。

圖2樣本2#的SEM表征

圖3樣本4#的SEM表征

由2和圖3所示，2#和4#表征圖看出，顆粒分布較均勻，顆粒呈一定的的球形，得到預(yù)想的結(jié)果，與未經(jīng)煅燒處理的原樣品相比團聚現(xiàn)象減輕。

4 結(jié)論

本論文通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)沉淀法制的氧化鋯粉體其隨著溫度的升高其顆粒逐漸變細，變小，顆粒度均勻粒子形狀近似為球形，粒子表面有微孔，粒子的分散性較好。

參考文獻：

[1]尹衍升，陳宇剛，劉英才.氧化鋯陶瓷的摻雜穩(wěn)定及生長動力學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.83.

[2]Woo Seok Lee，Sun Woog Kim.Synthesis and micro—structure of Y2 O3一doped ZrO2一CeO2 composite nanopar—ticles by drothermalprocess[J].Colloids and SurfacesA ：Physicochemical and Engineering Aspects.2008，313-314：1OO-1O4.

[3]Pitieeseu R R，Monty C，Taloi D，et a1.Hydrothermalsynthesis of zirconia nanomaterials[J].Journal of theEuropean Ceramic Society，2001，21：2 057-2 060.

[4]Mater K.Surface and catalytic properties of ZrO2 [J].Chem Phys，1985，13（3-4）：347-364.

[5]李陽. 納米ZrOz粉體的共沉制備及分散技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2002.

[6]鄒興.納米粉制備過程中團聚現(xiàn)象的探討[J].粉末冶金工業(yè)，2004，14（5）：24-27.

[7]卓蓉暉.ZrO。超細粉制備過程中粉體團聚的控制方法 [J].江蘇陶瓷，2002，35（3）：31-32.endprint