专利名称：聚乙二醇凝胶法合成稳定的立方系纳米晶陶瓷粉技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用聚乙二醇作为胶体保护剂，制备Y2O3稳定的立方系ZrO2纳米晶纳瓷粉的制备技术。
纳米晶陶瓷粉是现代高技术领域中的一类先进材料。在现有的技术中主要是以沉淀法A·Benedetti等，J·Marer·Sci，25(1990)1473水热法(Y·CZhang等，JLess-CommonMetals，116(1986)301及锆醇盐法(W、F、M、Grootzevert等，J、MaterSci，25(1990)1449)来制备陶瓷的生坯材料，然后通过灼烧而得陶瓷粉。在这些技术中存在着工艺复杂，制备周期长或耗能高等缺点。例如，采用共沉淀法，难以得到晶粒尺寸小的陶瓷粉，而且沉淀物与液相分离较困难，原料损失大。灼烧出的粉体易产生硬团聚。采用水热合成法虽然能得到较小粒径的粉体，但合成周期长(一般需24小时以上)，且需要高温、高压，因此能耗较大。又如，采用锆醇盐溶胶一凝胶法，不仅所用的锆醇盐相对较贵，不易得，而且合成陶瓷生坯的条件较严，如需在不含水的气氛环境中合成，这就增加了合成的难度。此外，合成周期也较本发明的技术要长些(约需6-8小时)以上的凝胶化过程)。
本发明较好地解决了上述技术的缺点，与现有的技术相比较，具有如下优点①原料易得;②工艺简单;③合成周期短;④能耗低(可低温灼烧);⑤得到的粉体粒径小(根据不同的灼烧温度与时间，最小可达4nm的平均粒径);⑥粉体不发生硬团聚。因此具有较高的经济效益和使用效益。
本发明所制备的纳米陶瓷粉体，主要用于功能材料中的制造热敏，固体电解质燃料电池，氧传感器及结构陶瓷元器件的粉体材料。
首先将分子量为M＝10000～20000的聚乙二醇在玻璃敞口容器内用水溶解。另外将二氯氧锆加入到用硝酸溶解的氧化钇溶液中并搅拌溶解。然后加入聚乙二醇水溶液中。
开动搅拌，并加热脱水。保持加热温度为60～80℃。搅拌转速不小于120转/分。随着脱水溶液成为白色凝胶后，停止搅拌及加热，自然降温至室温。
将凝胶进一步置于红外灯下干燥，干燥温度保持在50～60℃，使其进一步脱水至干块状。即为陶瓷粉生坯体。
将生坯体置于陶瓷器皿中，放入马福炉内在500～1000℃，0.5～2h空气气氛中灼烧，根据不同灼烧条件，即可得到不同平均粒径的陶瓷粉。
在制备凝胶过程中，聚乙二醇的加入量为聚乙二醇质量氧化钇+二氯氧锆＝0.8～1.2∶1聚乙二醇加入的作用是使在脱水过程中，使其形成脱粒的保护剂，当聚乙二醇的加入量过少，高分子长链对胶粒形成的是吸附作用，这样易使胶粒接触长大。当加入量适中，形成的是包复作用，此时可有效地防止胶粒的聚集长大。从而在灼烧后得到粒径较小的粉体，并避免粉体的硬团聚。当加入聚乙二醇过多，则形成多层包复，使吸附在胶粒表面的水层不易在干燥时脱掉，至使干燥困难。
在立方相纳米晶粉体中钇的mol%数为1%～15%，或表示Y1-xZrxO3(x＝0.85～0.99)。
在灼烧过程中，经差热分析表明，聚乙二醇在280℃进行氧化热分解，结合X-射，线衍射，在500℃生成立方相的灼烧产物。
实施例如下实施例1、称分子量为20000的聚乙二醇167克，在玻璃容器内用50ml水溶解。按钇在锆中15m。中的摩尔比率另将氧化钇16.21克用30ml，60%的硝酸溶解，然后加入151.4克二氯氧锆，待溶解后，加入聚乙二醇水溶液中。搅拌并加热至60～80℃使其脱水。当体系形成白色凝胶后，停止搅拌和加热，自然降温至室温。将凝胶置于红外灯下，进一步干燥，控制温度50～60℃得到干固体物。即陶瓷粉生坯料。
将该干固体物置于陶瓷器皿中，放入马福炉。在空气气氛下550℃灼烧2小时，得到含钇15mol%的立方相ZrO2。其平均粒径为4nm。
实施例2重复实施例1的制备陶瓷粉生坯料过程。在600℃，1小时条件下灼烧。得平均晶粒尺寸为8nm的15mol%钇稳定的立方相ZrO2。
实例3重复实施例1的制陶瓷生坯过程，在800℃，1h灼烧得到10nm的15mol%钇稳定的立方相ZrO2。下表列出不同摩尔百分含量的Y稳定的立方相ZrO2在不同灼烧温度时间的结果。
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权利要求
1.一种制备Y2O3稳定的立方ZrO2纳米晶陶瓷粉的方法。其特点是该方法使用聚乙二醇，作为二氯氧锆、氧化钇硝酸水溶液的保护剂以保护在凝胶化过程中胶粒的聚集以及利用该陶瓷粉生坯在较低温及较短时间的灼烧。
2.根据权利要求1的方法，其特征是聚乙二醇的分子量为10000～20000。
3.根据权利要求1的方法其特征是聚乙二醇的加入量与总盐量(二氯氧锆+氧化钇)之质量比为0.8～1.2。
4.根据权利要求1的方法，其特征是二氯氧锆与氧化钇硝酸水溶液中，水的重量百分数为10～20%。
5.根据权利要求1的方法，其特征是粉体的灼烧条件为500～1000℃，0.5～2h空气气氛。
全文摘要
聚乙二醇凝胶法合成Y
文档编号H01M8/12GK1088559SQ9311748
公开日1994年6月29日 申请日期1993年9月18日 优先权日1993年9月18日
发明者李熙, 徐宝琨, 赵慕愚 申请人:吉林大学