一种非水解溶胶‑凝胶法结合熔盐工艺制备氧化锆晶须的方法

摘要

本发明公开一种非水解溶胶‑凝胶法结合熔盐工艺制备氧化锆晶须的方法，其特征在于包括如下步骤：在通风橱中称取一定量的无水锆源放入锥形瓶中，加入适量的无水有机溶剂搅拌至锆源全部溶解形成透明溶液；透明溶液经油浴加热回流24h后得到均匀的氧化锆溶胶，然后置于烘箱干燥，经预锻烧后形成氧化锆干凝胶粉；将干凝胶粉与熔盐、熔盐添加剂混合，经热处理、洗涤、干燥得到氧化锆晶须。该方法原料成本低，工艺简单，易于控制，可大规模生产，因此具有广阔的市场空间。

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种非水解溶胶-凝胶法结合熔盐工艺制备氧化锆晶须的方法。

背景技术

氧化锆具有熔点高（2715℃）、韧性好、强度大、抗磨损、耐腐蚀以及抗氧化等一系列优异性能，可用于制备航空发动机组件、燃料电池和氧传感器、人造骨骼、催化剂载体、过滤钢水所用的泡沫陶瓷、抗氧化及耐腐蚀涂层、切削刀具、磨具以及特种耐火材料。氧化锆陶瓷拥有众多优异的物理和化学性能，而晶须通常是指具有一定长径比，且直径较小的一种单晶纤维状材料，其强度接近完整晶体的理论值。因此若将氧化锆制备成氧化锆晶须，便能充分发挥氧化锆与晶须材料两者的优势，可大幅提升陶瓷、金属基复合材料的机械性能，如用于增韧补强氧化锆陶瓷材料；利用其膨胀系数与金属材料接近的特点，用作高温金属合金材料增强体等，应用前景十分广阔。目前，国内外制备氧化锆一维材料的研究集中在氧化锆纳米管、纳米棒以及纳米线等一维纳米材料，它们主要应用于功能材料领域；而对能够应用于结构材料领域增韧补强的氧化锆晶须的研究则少之又少，经检索只查阅到采用化学气相沉积（CVD）法或水热法制备氧化锆晶须的6 篇文献。CVD法[江頭誠, 勝木宏昭, 高月誠治, 岩永浩. 単斜晶ZrO₂ウイスカーの気相成長.>

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种原料成本低，工艺简单，易于控制，可大规模生产的氧化锆晶须的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种非水解溶胶-凝胶法结合熔盐工艺制备氧化锆晶须的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：在通风橱中称取一定量的无水锆源放入锥形瓶中，加入适量的无水有机溶剂搅拌至锆源全部溶解形成透明溶液；

步骤二：透明溶液经油浴加热回流24h后得到均匀的氧化锆溶胶，然后置于烘箱干燥，经预锻烧后形成氧化锆干凝胶粉；

步骤三：将干凝胶粉与熔盐、熔盐添加剂混合，经热处理、洗涤、干燥得到氧化锆晶须。

所述无水锆源为无水氯化锆、氟化锆、无水硫酸锆、无水醋酸锆中的一种。

所述无水溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇中的一种。

所述熔盐添加剂为氟化钠、氟化钾、氟化锂、氟化铵、氟化钙、氟化镁中的一种。

所述步骤二制得氧化锆溶胶中无水锆源的浓度为0.2～1.0>

所述步骤二中回流的温度为100～140℃之间。

所述步骤三中熔盐为偏钒酸钠或磷酸钠。

所述步骤三中干凝胶粉，熔盐，熔盐添加剂的摩尔比为：5～10:5～10:0.5～1。

所述步骤三中热处理温度为800～1000℃，保温时间为0.5～5h。

本专利采用非水解溶胶-凝胶法制备氧化锆干凝胶粉，然后将其与特定的熔盐混合，充分利用熔盐中的氟离子易于吸附在氧化锆高表面能晶面上的特点，与现有的CVD法和水热法相比，具有设备要求不高，工艺简单，控制要求低，晶须产率高且质量好，易于工业化推广等优点，因此市场应用前景十分广阔。

附图说明

图1为本发明氧化锆晶须的FE-SEM照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

以无水ZrCl₄（工业纯）为锆源，无水乙醇（化学纯）为溶剂，NaVO₃（化学纯）为熔盐，NaF（化学纯）为熔盐添加剂，首先称取7.00g无水ZrCl₄溶于30>

实施例2

以无水ZrCl₄为锆源，无水乙醇为溶剂，NaVO₃为熔盐,>

实施例3

以无水Zr(SO₄)₂为锆源，无水乙醇为溶剂，NaVO₃为熔盐,>

实施例4

以无水醋酸锆为锆源，无水丁醇为溶剂，NaVO₃为熔盐,>4F为熔盐添加剂，制备氧化锆晶须的工艺与实例1相同，只是回流温度为140℃，热处理温度为950℃保温3>

实施例5

以无水ZrCl₄为锆源，无水正丙醇为溶剂，Na₃PO₄为熔盐, KF为熔盐添加剂，制备氧化锆晶须的工艺与实例1相同，只是干凝胶粉、熔盐与氟化物摩尔比变为6：10：1，热处理900℃，保温3>

实施例6

以无水ZrF₄为锆源，无水异丙醇为溶剂，NaVO₃为熔盐,>4F为熔盐添加剂，制备氧化锆晶须的工艺与实例1相同，只是溶胶的回流温度为110>4前驱体浓度为0.2>

实施例7

以无水ZrCl₄为锆源，无水乙醇为溶剂，Na₃PO₄为熔盐,>4前驱体浓度为0.5>

实施例8

以无水ZrCl₄为锆源，无水乙醇为溶剂，Na₃PO₄为熔盐，CaF₂为熔盐添加剂，制备氧化锆晶须的工艺与实例1相同，只是ZrCl₄前驱体浓度为0.3>

实施例9

以无水ZrCl₄为锆源，无水乙醇为溶剂，NaVO₃为熔盐，MgF₂为熔盐添加剂，制备氧化锆晶须的工艺与实例1相同，只是前驱体浓度为0.75 mol/L保温时间为0.5>