氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋯材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，陶瓷材料一般具有天然的孔隙率，該天然的孔隙率是由原材料的組成和原材料的粒狀結(jié)構(gòu)，以及在干燥和焙燒過程中水分的逸出等因素決定的。此天然孔隙率在很多應用情況下可能不足，在這些情況下，重要的是，除了耐火特性外，還要保證良好的隔熱性能、電絕緣性能以及機械性能，并且還要求重量減輕。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)開發(fā)了多種具有較高孔隙率水平的陶瓷產(chǎn)品，孔的引入常見地是通過所謂的成孔劑，即形成孔的材料，例如，在現(xiàn)有技術(shù)中，成孔劑常見為石墨、聚合物?；蚶w維等獲得，成孔劑經(jīng)加熱而燃燒、蒸發(fā)或氣化，而不會留下殘余物。成孔劑一般與陶瓷前體進行預混合，而在焙燒步驟中揮發(fā)，由此在陶瓷體中留下孔，這些孔相當于起初被成孔劑顆粒所占據(jù)的空間。
[0004]所得的密度和重量降低的多孔陶瓷體，一般廣泛用于各種領(lǐng)域，尤其是工業(yè)領(lǐng)域以及藝術(shù)品領(lǐng)域，例如，應用于填料塔中的填料、各種套管和多孔板等。此外，其還廣泛應用于各類工藝品中，如，具有獨特審美的花瓶等。
[0005]然而，采用現(xiàn)有方法制備的多孔陶瓷依然具有機械強度較差的缺陷，不利于應用于諸如陶瓷刀具等，對機械性能強度要求較高的陶瓷成品中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要提供一種可以制備得到機械性能強度較高的氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法。
[0007]—種氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法，包括如下步驟:
[0008]提供氧氯化錯溶液、氧化乾溶液、氨水溶液、聚乙二醇、鹽酸溶液、水、無水乙醇、造孔劑和定型劑；
[0009]將所述鹽酸溶液加入至所述氧化釔溶液中，生成氯化釔溶液；
[0010]將所述氯化釔溶液、所述氧氯化鋯溶液和所述聚乙二醇混合后，滴入所述氨水溶液，并控制pH為5.8?10，生成氫氧化釔沉淀和氫氧化鋯沉淀；
[0011 ]將所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀水洗并過濾，再采用無水乙醇洗凈并干燥，得到氧化鋯陶瓷前驅(qū)體；
[0012]將所述氧化鋯陶瓷前驅(qū)體分散于所述無水乙醇中，干燥并煅燒后，進行球磨，得到氧化鋯陶瓷粉體；
[0013]將所述氧化鋯陶瓷粉體、所述造孔劑和所述定型劑混合后，制成填料生坯；
[0014]將所述填料生坯進行煅燒，制備得到所述氧化鋯多孔陶瓷填料。
[0015]在其中一個實施例中，滴入所述氨水溶液的操作中，還包括如下步驟:
[0016]量取所述氯化鋯溶液、所述氧氯化鋯溶液和所述聚乙二醇混合后得到的混合液的pH，當pH小于5.8時，對所述混合液進行攪拌操作。
[0017]在其中一個實施例中，所述攪拌操作采用磁力攪拌裝置進行。
[0018]在其中一個實施例中，所述攪拌操作采用局部區(qū)域攪拌。
[0019]在其中一個實施例中，所述水洗為采用蒸餾水進行清洗。
[0020]在其中一個實施例中，進行多次所述水洗和所述過濾。
[0021 ]在其中一個實施例中，所述氧氯化鋯溶液與所述氧化釔溶液的摩爾濃度比為1: (2
?10) ο
[0022]上述氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法通過共沉淀反應生成氫氧化釔沉淀和氫氧化鋯沉淀，并煅燒后得到氧化鋯陶瓷粉體，再采用造孔劑和定型劑制成生坯，將生坯再次煅燒后制備得到機械性能強度較高的氧化鋯多孔陶瓷填料。
【附圖說明】
[0023]圖1為一實施方式的氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0025]如圖1所示，一實施方式的氧化鋯多孔陶瓷填料制備方法，包括如下步驟:
[0026]S110:提供氧氯化鋯(ZrOCl2)溶液、氧化釔(Y203)溶液、氨水(ΝΗ4ΟΗ)溶液、聚乙二醇、鹽酸溶液、水、無水乙醇、造孔劑和定型劑。
[0027]例如，提供lmo 1?1.5mo 1的氧氯化錯，2mo 1?1 Omo 1的氧化I乙，8mo 1?40mo 1的氨水，12mol?60mol的鹽酸。
[0028]S120:將所述鹽酸溶液加入至所述氧化釔溶液中，生成氯化釔溶液。
[0029]通過向氧化釔溶液中加入鹽酸溶液，可以生成氧化釔(YC13)溶液，用于后續(xù)與氧氯化鋯發(fā)生共沉淀反應。
[0030]S130:將所述氯化釔溶液、所述氧氯化鋯溶液和所述聚乙二醇混合后，滴入所述氨水溶液，生成氫氧化釔沉淀和氫氧化鋯沉淀。
[0031]當?shù)稳氚彼芤汉?，氧氯化鋯溶液和所述氧氯化鋯溶液在堿性環(huán)境下，發(fā)生共沉淀反應，反應式如下:
[0032]Zr0Cl2+2NH40H+H20^Zr (0H) 4丄+2NH4C1
[0033]YC13+3NH40H^Y (OH) 3|++3NH4C 1
[0034]這樣，可以生成氫氧化釔沉淀(Y(0H)3丨)和氫氧化鋯沉淀(Zr(0H)4丨)，例如，所述氧氯化錯溶液與所述氧化乾溶液的摩爾濃度比為1: (2?10)，這樣，利用摩爾濃度比為1: (2?10)的氯化鋯溶液與氧化釔溶液制備得到的氫氧化釔沉淀和氫氧化鋯沉淀，即采用如此配比，可以得到實用價值更高的氧化鋯陶瓷粉料。優(yōu)選的，所述氧氯化鋯溶液與所述氧化釔溶液的摩爾濃度比為1:3，可以制備得到3mol%釔穩(wěn)定氧化鋯粉體(3YSZ)，其實用價值更高。
[0035]其中，聚乙二醇(PEG)用于起到分散劑的效果，在可溶性鋯鹽和釔鹽的混合溶液中引入適量的聚乙二醇可以起到位阻的作用，來阻礙膠粒進一步聚集長大，有效地改善膠體的分散性和均勻性。
[0036]可以理解，在水溶液中，氫氧化錯Zr(0H)4出現(xiàn)沉淀的PH范圍值為2.2?3.7，氫氧化釔Υ(0Η)3開始沉淀的pH值為5.8?6.8，為了控制氫氧化鋯和氫氧化釔同時沉淀出來，以在后續(xù)制備得到穩(wěn)定的氧化釔和氧化鋯前驅(qū)體，例如，將所述氯化釔溶液、所述氧氯化鋯溶液和所述聚乙二醇混合后，滴入所述氨水溶液，并控制pH為5.8?10，這樣，可以使氫氧化鋯和氫氧化釔同時沉淀出來，以確保氫氧化鋯和氫氧化釔維持穩(wěn)定且預期的摩爾比。
[0037]為了進一步確保氫氧化錯和氫氧化乾同時沉淀出來，例如，滴入所述氨水溶液的操作中，還包括如下步驟:量取所述氯化鋯溶液、所述氧氯化鋯溶液和所述聚乙二醇混合后得到的混合液的pH，當pH小于5.8時，對所述混合液進行攪拌操作，可以理解，在加入所述氨水溶液的操作中，由于采取的是滴入操作，即滴定操作，這樣，就會造成溶液中的pH出現(xiàn)局部過大的問題，從而導致氫氧化鋯即羥基氧化鋯Zr(0H)4優(yōu)先于氫氧化釔即羥基氧化釔Y(oh)3沉淀出來，這樣，氫氧化釔y(oh)3就不能很好的起到穩(wěn)定劑的作用，從而導致合成的氧化鋯粉體中含有一定量m.Zr02，不利于生成穩(wěn)定的氧化鋯粉體，通過量取所述氯化鋯溶液、所述氧氯化鋯溶液和所述聚乙二醇混合后得到的混合液的PH，并且當pH小于5.8時，對所述混合液進行攪拌操作，可以確保溶液的整體pH均衡，從而使沉淀反應也更均衡，進而可以確保氫氧化鋯和氫氧化釔維持穩(wěn)定且預期的摩爾比。
[0038]為了進一步確保氫氧化鋯和氫氧化釔同時沉淀出來，例如，所述攪拌操作采用局部區(qū)域攪拌，以避免局部pH過高的問題，又如，所述攪拌操作采用磁力攪拌裝置進行，其攪拌效果更加均勻，從而可以進一步確保氫氧化錯和氫氧化乾同時沉淀出來。
[0039]為了確保氫氧化鋯和氫氧化釔充分沉淀出來，例如，所述滴入所述氨水溶液的操作采用氨水溶液過量反向滴定法，這樣，利用過量的氨水溶液可以使氫氧化鋯和氫氧化釔充分沉淀出來，此外，采用上述方法還可以制備晶粒細小、化學均勻性良好且易燒結(jié)的粉料，過剩的沉淀劑，即氨水溶液可以使溶液中的全部陽離子同時沉淀下來，避免了有效陽離子的流失，最大限度的提高轉(zhuǎn)化率，例如，反向滴定所述氯化鋯溶液、所述氧氯化鋯溶液的方法來保證陽離子的完全沉淀，同時在滴定過程中保持較慢的滴定速度，使得陽離子能夠均勾沉淀。
[0040]S140:將所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀水洗并過濾，再采用無水乙醇洗凈并干燥，得到氧化鋯陶瓷前驅(qū)體。
[0041]通過將所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀進行水洗操作，不僅可以有效地消除多余的氯離子，而且還可以盡可能地消除團聚問題。例如，所述水洗為采用蒸餾水進行清洗，這樣，可以避免引入其余離子。
[0042]在水洗并過濾的操作之后，采用無水乙醇進行洗凈，可以使沉淀物膠體表面的羥基(-0H)基團被無水乙醇的氧乙基(-OC2H5)取代，從而可以在后續(xù)的粉體干燥過程中，阻止Zr-0-Zr鍵的形成，能夠有效地降低團聚的形成。
[0043]為了進一步清除所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀中的氯離子，例如，進行多次所述水洗和所述過濾;又如，所述過濾為真空抽濾;又如，所述真空抽濾采用真空抽濾機進行，這樣，可以進一步清除所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀中的氯離子。
[0044]為了充分除去所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀中的無水乙醇，例如，所述干燥采用干燥箱進行干燥;又如，所述干燥箱的參數(shù)設(shè)定為:干燥溫度100°C?120°C，干燥時間10小時?12小時，這樣，可以充分除去所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀中的無水乙醇。
[0045]為了進一步減少團聚問題的發(fā)生，例如，所述采用無水乙醇洗凈的操作中，還對所述氫氧化釔沉淀和所述氫氧化鋯沉淀進行攪拌操作，這樣，可以進一步減少團聚問題的發(fā)生。
[0046]S150:將所述氧化鋯陶瓷前驅(qū)體分散于所述無水乙醇中，干燥并煅燒后，進行球磨，得到氧化鋯陶瓷粉體。
[0047]通過將所述氧化鋯陶瓷前驅(qū)體分散于所述無水乙醇中，基于無水乙醇具有的分散劑的效果，尤其是對氧化鋯陶瓷前驅(qū)體具有極好的潤濕效果，可以均勻地將氧化鋯陶瓷前驅(qū)體分散，以避免發(fā)生團聚問題。
[0048]通過干燥可以除去所述氧化鋯陶瓷前驅(qū)體內(nèi)含有的無水乙醇，利于后續(xù)的干燥，以及可以制備得到更潔凈的氧化鋯陶瓷粉體。
[0049]為了得到粒徑更小更均勻的氧化鋯陶瓷粉體，例如，所述球磨為濕法球磨工藝，這樣，可以使氧化鋯陶瓷粉體與研磨球，以及粉體粒子之間發(fā)生充分的接觸和摩擦，從