用氧化钇稳定氧化锆的亚微细粒粉末的制备方法技术

一种用氧化钇稳定氧化锆亚微细粒粉末的制备方法，该法使含任选钇离子的氧锆基离子的溶液水絷沉淀，按着碱化并煅烧所得到的水含氧化物。或选择在水合氧化锆水热沉淀以后和碱化以前加入稳定的钇。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该法使含氧锆基和钇离子的酸性溶液热水解，接着碱化并煅烧所得到的水合氧化物。在众以周知的现有技术中，主要成分为ZrO2的瓷陶材料，能因多种其它氧化物的存在，而使其物理和机械性能大大改进，这些氧化物如Mg、Ca、Ce、Al、Y能与二氧化锆生成具有四方或立方结构的固溶体。根据改性元素的性质，化合物的晶体结构以及烧结条件，二氧化锆的粉末能用于制备许多的物品，例如，吸热发动机(endothermicmotor)的构件、挤压金属用的喷嘴、轴承、用于控制燃烧和温度的探测器。这种粉末尤其可用于制备有刃物，例如剪刀的刀刃、刀片等。由含有1.5-3.5%(摩尔计)Y2O3的二氧化锆组成的一组材料，其特征在于韧性好;在文献中用其名称的第一个字母TPZ(即四方多晶氧化锆)表示的这些化合物，具有一种四方结构，其相应的陶瓷产品含有低于1微米的细粒。相反，钇的百分含量较高的粉末呈现一种立方结构。以稳定的二氧化锆为主要成分的粉末，其传统制法是煅烧一种含ZrO2和改性元素氧化物的混合物，如美国专利4205051和欧洲专利申请EP26666所述。虽然该法成本不高，但通常得到的陶瓷坯料的性能不好，因为固态掺合使改性元素总是不能很均匀地分布在二氧化锆基料中。制备稳定氧化锆的第二种方法是由共沉淀和分解所组成。根据此方法，先将锆和稳定元素的盐从溶液中沉淀出来，然后再使这些盐分解而成氧化物。如日本专利申请JP59-078928和JP60-171223所述的这种方法可制细粒粉末，然而因煅烧步骤需高温，这会引起粉末的烧结，所以随后必须进行研磨，而这样又免不了会带入杂质。在现有技术中制备稳定氧化锆的第三种方法是采用锆和稳定元素的氯化物或有机金属化合物的气相化学分解法，如K.Mazdiyasni，C.T.Lynch，C.R.JourneesEtud.SolidesFinementDiv，1967(pb.1969)，9-28中所述。用此方法制得的粉末通常太细，因此很难处理;此外，由于试剂的成本高，使气相分解成为一种很昂贵的方法。现有技术中所用的第四种方法是溶胶-凝胶法。该方法使锆和改性元素的醇化物聚合，接着加热以生成氧化物。溶胶-凝胶的制法如R.G.Wymer等人，Proc.BritishCeram.Soc.，7，61，1967中所述。该方法的缺点是粉末颗粒会化学吸收大量的水，从而阻止制得的陶瓷坯料在压紧后具有高密度，而且在此情况下，要用颇为昂贵的原料，例如锆和改性元素的醇化物。第五种方法(该法不太贵，是现有技术中常用的)是通过冷碱化从相应金属的水溶液中共沉淀锆和改性元素的氢氧化物，如美国专利4619817和日本专利申请JP57-191234和JP58-135131中所述，然后对产物进行热处理以得到所要的晶体形式。该法的缺点通常是无法控制沉淀氢氧化物的颗粒分析，此沉淀是无定形和凝胶状的，具有不明确的形态，并由凝聚颗粒组成。在现有技术的其它方法中，在一种由锆的氧化物或氢氧化物组成的基质存在下，改性元素是以氢氧化物的形式进行沉淀的，该法如日本专利申请JP59-227725、JP60-51617、JP59-232920以及欧洲专利申请EP194191中所述。若用氧化锆作基质，则必须小心地进行分散，这就需要消耗很多的能量，并浪费很多的时间。我们意外地发现，可用一种比较便宜的方法制备用氧化钇稳定的优质氧化锆粉末，这种粉末不存在上述缺点，并使制得的陶瓷坯料具有高密度和良好的机械性能，尤其适用于上述用途。本专利技术的一个目的是提供水合氧化锆和氢氧化钇的亚微细粒和非聚集颗粒的制备方法，该方法在于(a)在有或没有稳定钇离子的情况下，在沸点至250℃的温度下，加热含氧锆基离子的一种酸性水溶液以进行水热沉淀;和(b)若在(a)中不存在稳定的钇离子，加入钇离子后，使该分散液碱化，直至pH不低于8.5。本专利技术的另一个目的是提供用氧化钇稳定的亚微细粒和非聚集的氧化锆粉末的制备方法，该方法在于(a)、在有或没有稳定钇离子的情况下，在沸点至250℃的温度下，加热含氧锆基离子的一种酸性水溶液以进行水热沉淀;(b)、若在(a)中不存在稳定的钇离子，加入钇离子后，使该分散液碱化，直至pH不低于8.5;(c)、在约750-1100℃的温度下，煅烧得到的水合氧化锆和氢氧化钇。通常进行步骤(a)所需的时间为通过水解而得到的分散液中水合氧化锆的含量不低于90%(以锆的重量计)。用本专利技术的方法可得到水合氧化锆和氢氧化钇的亚微细粒和非聚集颗粒，这种颗粒适用于制备具有四方或立方晶体结构的陶瓷粉末。这种颗粒的平均粒度一般小于0.5微米，最好不超过0.2微米。特别是本专利技术的方法能得到用氧化钇稳定的氧化锆的亚微细粒粉末。这种粉末具有一种四方和/或立方晶体结构，其颗粒平均大小不超过0.2微米，比表面不小于10m2/g。末经任何解聚的机械处理(例如研磨)，而经压紧和在1350℃下烧结1小时后，这种粉末所显示的密度不低于理论密度的92%，最好不低于理论密度的95%。按现有技术，在高于1350℃的温度下烧结稳定的氧化锆粉末，能得到这种密度值，这表明用本专利技术方法制得的粉末具有很高的反应性。将一种锆盐溶于水中以制备起始溶液，由此得到一种酸性溶液，其中锆的浓度范围为0.1-1.0M，最好为0.2-0.6M。这种酸性溶液的pH值一般低于0.3。任何能溶于水中的锆盐均可用作锆盐，最好使用由二氯氧化锆制成的锆盐。当稳定剂以盐或一种较浓的母液形式于步骤(a)存在时，钇被加到这样制备的溶液中的百分含量为1-15%，最好为3-12%，按煅烧最终产品中氧化钇的重量百分比计。所有的钇盐均可用作钇的化合物，这种盐可溶于锆的酸性溶液中，其阴离子在反应介质中不会生成不溶性产物，例如氯化物或氧化物，最好为氯化物。进行水解的优选温度为130-200℃，140-180℃更好，140-160℃最好。水解阶段所需的时间一般为1-6小时，它随水解温度而变化，例如，欲得到上述量的水合氧化锆沉淀，在140℃操作时，需进行3-5小时的加热，而在200℃操作时，加热1-2小时就足够。必须注意，水解时间太短，得到的沉淀在碱化后，其形态和大小都不均匀。水解反应是在自生压力下进行的。最好以下述方式进行溶液的加热，即达到水解温度前不使产物的成核作用发生，以使颗粒的粒度分布更加均匀。水解温度越高，加热时间越短。水解温度超过150℃时，加热时间一般低于1小时。特别是为使制得的产物水合氧化锆-氢氧化钇的粒度不超过0.2微米，最佳操作条件是水解温度为140℃，锆溶液的浓度不超过0.5M，最好为0.2-0.3M。加入任何一种碱溶液均能进行碱化步骤。通常使用氨的水溶液，其浓度无严格限制。加碱直到pH值至少达到8.5，一般pH范围为8.5-9.5，最好为9.0-9.1。钇稳定剂离子无论在步骤(a)中加入，还是在步骤(b)中加入，为使钇的沉淀完全，必须使pH呈碱性。碱化时间通常超过10分钟。为稳定pH，一般碱化进行的时间为1小时。为使pH稳定，可适当地置分散液于搅拌条件下15分钟以上。碱化终止时，过滤并洗涤产物以除去可溶性的盐。为使过滤操作更为容易些，可使用常用于絮凝固体的阴离子聚电解质，而且这些絮凝剂是现有技术，例如ECOCLARR和PRAESTOLR。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备水合氧化锆和氢氧化钇的亚微细粒和非聚集颗粒的方法在于：　　ａ）、在有或没有稳定钇离子的情况下，在沸点至２５０℃的温度下，加热含氧锆基离子的一种酸性水溶液以进行水热沉淀；和　　ｂ）、若在（ａ）中不存在稳定的钇离子，加入稳定的钇离子后，使该分解液碱化直至ｐＨ不低于８．５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：路易吉巴尔杜奇，保拉盖拉尔迪，路易吉佩洛西尼，
申请(专利权)人：圭多多内加尼研究公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]