一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法

本发明涉及陶瓷材料制备，具体涉及一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法。

背景技术：

1、氧化钇稳定氧化锆在汽车氧传感器中应用极为普遍，氧化锆传感器被有效应用于测量汽油车排放中，它是目前最佳的燃烧气氛测量方式，具有结构简单、相应迅速、维护容易、使用方便等优势。但是氧化锆传感器的寿命较短，对于氧化钇稳定氧化锆而言，由于氧传感器工作温度较高，在温度变化及高温环境中较长时间工作时，氧化锆无法适应，随着温度变化，其电导率也会发生变化，稳定性较差，从而影响传感器的灵敏度及精准度。此外，在反复循环过程中，随着循环使用次数增加，其电导性能下降，导致其寿命衰减。因此，保证氧化锆在较高温度变化下，电导率稳定不发生变化，同时，在多次循环工作下电导率稳定不衰减，保持优异稳定性对于氧传感器而言极其重要。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高稳定性氧化锆陶瓷材料，该材料随着温度的变化以及循环次数的增加，导电率不发生衰减，导电率稳定性优异。

2、本发明目的通过如下技术方案实现：

3、一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：是在氧化钇稳定氧化锆中加入蒙脱石壳聚糖复合物，球磨后进行分段煅烧，所述蒙脱石壳聚糖复合物是将蒙脱石预处理制备成的蒙脱石粉加入去离子水制备成蒙脱石悬液，在壳聚糖中加入稀盐酸得到壳聚糖溶液，向其中加入蒙脱石悬液，搅拌升温至90-100℃，保温10-12h，然后离心收集固体，洗涤干燥后进行粉碎过筛制得，所述分段煅烧分为三段依次递增的温度进行煅烧，第一段温度为400-450℃，第二段温度为550-650℃、第三段温度为850-900℃。

4、进一步，所述分段煅烧中第一段温度是5-8℃/min进行升温至400-450℃、煅烧时间为50-70min，第二段温度是以4-6℃/min进行升温至550-650℃、煅烧时间为30-60min，第三段温度是以5-8℃/min进行升温至850-900℃，煅烧时间为5-7h。

5、现有技术中蒙脱石壳聚糖复合物通常是作为吸附材料使用，研究其吸附性能，而本发明中通过蒙脱石壳聚糖复合物的添加，再结合三段升温煅烧处理，有效提高氧化锆陶瓷材料的稳定性能，使得氧化锆陶瓷材料在高温工作环境下性状稳定性增强，形变较小，从而提高了其电导率等性能在高温变化下的稳定性，以及多次循环使用的性能稳定性。

6、进一步，所述球磨的球磨速率为300-400rpm，球磨时间为15-18h。

7、进一步，所述干燥温度为100-110℃，干燥15-18h。

8、进一步，所述蒙脱石悬液和壳聚糖溶液的质量比为1:0.2～0.4，壳聚糖溶液中壳聚糖和稀盐酸的质量比为1:120-150，在80-100rpm下搅拌溶解，稀盐酸的质量分数为5％，离心转速为10000-20000rpm。

9、进一步，所述蒙脱石壳聚糖复合物与氧化钇稳定氧化锆的质量比为3-8:75-85。

10、进一步，所述预处理是将粉碎过筛后的蒙脱石干燥后分两步加入去离子水，然后加入edta-2na和nahco3，搅拌静置得悬浮液，加入食用盐，静置后离心收集沉淀，将沉淀洗涤干燥，然后球磨，再加入稀盐酸，水浴处理后干燥得蒙脱石粉。

11、进一步，所述两步加入去离子水是在蒙脱石中加入去离子水，浸泡36-40h，然后在150-200rpm搅拌20-30h，再加入去离子水，其中蒙脱石和两次加入的去离子水的质量比为1:20-30:200-250。

12、进一步，所述蒙脱石、edta-2na和nahco3的质量比为1:0.05-0.08:0.12-0.15，食用盐为悬浮液质量的10-15％。

13、进一步，所述粉碎过筛后的蒙脱石干燥是将蒙脱石进行粉碎过100目筛，然后在90-100℃干燥24-36h。

14、进一步，球磨后的沉淀与稀盐酸的质量比为1:30-40，稀盐酸的质量分数为5％。

15、进一步，所述氧化钇稳定氧化锆是采用氯氧化锆(zrocl2.8h2o)和硝酸钇(y(no3)3)混合溶于去离子水后加入聚乙二醇200，升温至40-50℃，5-8min内加入盐酸调节ph至2.0-3.5，然后再加入氢氧化钠调节ph至9.5-10.0，静置形成凝胶，干燥后在450-500℃下煅烧2-3h。

16、进一步，zrocl2.8h2o、y(no3)3、聚乙二醇200和去离子水的质量比为：2.48：0.054：0.027：7.8。

17、进一步，上述盐酸的体积分数为5-8％，氢氧化钠的浓度为0.5mol/l。

18、本发明具有如下技术效果：

19、本发明通过采用蒙脱石壳聚糖复合物添加，结合三段升温煅烧制备的氧化锆陶瓷材料，提高了氧化锆陶瓷材料的电导率，且在高温变化下的电导率稳定性优异，有效适应了温度变化，在循环使用20000次后，其电导率保持在起始电导率0.033s/cm的93.75％，具有优异的循环稳定性，可以保证在高温环境下长时间稳定工作。

技术特征：

1.一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：是在氧化钇稳定氧化锆中加入蒙脱石壳聚糖复合物，球磨后进行分段煅烧，所述蒙脱石壳聚糖复合物是将蒙脱石预处理制备成的蒙脱石粉加入去离子水制备成蒙脱石悬液，在壳聚糖中加入稀盐酸得到壳聚糖溶液，向其中加入蒙脱石悬液，搅拌升温至90-100℃，保温10-12h，然后离心收集固体，洗涤干燥后进行粉碎过筛制得，所述分段煅烧分为三段依次递增的温度进行煅烧，第一段温度为400-450℃，第二段温度为550-650℃、第三段温度为850-900℃。

2.如权利要求1所述的一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述分段煅烧中第一段温度是5-8℃/min进行升温至400-450℃、煅烧时间为50-70min，第二段温度是以4-6℃/min进行升温至550-650℃、煅烧时间为30-60min，第三段温度是以5-8℃/min进行升温至850-900℃，煅烧时间为5-7h。

3.如权利要求1或2所述的一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述球磨的球磨速率为300-400rpm，球磨时间为15-18h。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述蒙脱石悬液和壳聚糖溶液的质量比为1:0.2～0.4，壳聚糖溶液中壳聚糖和稀盐酸的质量比为1:120-150，在80-100rpm下搅拌溶解，稀盐酸的质量分数为5％，离心转速为10000-20000rpm。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述蒙脱石壳聚糖复合物与氧化钇稳定氧化锆的质量比为3-8:75-85。

技术总结
一种高稳定性氧化锆陶瓷材料的制备方法，是在氧化钇稳定氧化锆中加入蒙脱石壳聚糖复合物，球磨后分段煅烧，所述蒙脱石壳聚糖复合物是将蒙脱石粉加入去离子水制备成蒙脱石悬液，在壳聚糖中加入稀盐酸得到壳聚糖溶液，向其中加入蒙脱石悬液，搅拌升温至90‑100℃，保温10‑12h，然后离心收集固体，所述分段煅烧分为三段，第一段温度为400‑450℃，第二段温度为550‑650℃、第三段温度为850‑900℃。本发明制备的氧化锆陶瓷材料，提高了氧化锆陶瓷材料的电导率，且在高温变化下的电导率稳定性优异。

技术研发人员：田亮亮,曾冲,杨文耀,宋静
受保护的技术使用者：重庆文理学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15