一种耐高温凹土纳米氧化锆的复合粉体及其制备工艺

摘要

本发明涉及一种耐高温凹土纳米氧化锆的复合粉体及其制备工艺，本发明通过采用以改性凹土为载体，在凹土表面负载纳米氧化锆颗粒，不仅解决了纳米氧化锆颗粒团聚问题，获得的改性凹土纳米氧化锆的复合粉体具有良好的耐高温性能，同时提高了凹土的附加值。本发明对凹土进行改性处理，通过吸附有机高分子化合物提高其活性，通过共沉淀法在凹土表面包裹纳米氧化锆颗粒，获得良好分散性能和耐高温特性的复合粉体，具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锆复合粉体，具体涉及一种耐高温凹土纳米氧化锆的复合粉体及其制备工艺。

背景技术

纳米氧化锆具有抗热震性强、耐高温、化学稳定性好、材料复合性突出等特点。将纳米氧化锆与其他材料(Al₂O₃、SiO₂)复合，可以极大地提高材料的性能参数，提高其断裂韧性、抗弯强度等。因此，纳米二氧化锆不仅应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域，也应用于提高金属材料的表面特性(热传导性、抗热震性、抗高温氧化性等)。但由于纳米氧化锆颗粒细小，存在非常严重的团聚现象。

发明内容

发明的目的是提供一种耐高温凹土纳米氧化锆的复合粉体及其制备工艺，该耐高温凹土纳米氧化锆粉体在水溶液中具有良好的分散性能，通过共沉淀法在改性凹土表面吸附纳米氧化锆粉末，该耐高温凹土纳米氧化锆粉体的制备工艺方法简单，效果优良。

本发明提供的技术方案是：

一种耐高温凹土纳米氧化锆的复合粉体，其制备方法包括以下步骤：

1)凹土粉末的改性处理

称量凹凸棒粘土放入蒸馏水中用搅拌器搅拌2～4小时，用浓度为lmol/L的盐酸在80～100℃中处理1～3小时；向处理后的悬浮液加入活性剂，再滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，以1500转/分搅拌2～4小时，静止10小时后，分离出凹凸棒石粘土悬浮液，待用；

将一定量的分散剂和六偏磷酸钠加入凹凸棒石粘土悬浮液中，在研磨罐中加入氧化锆研磨球，在行星磨进行高速球磨3～4h，将研磨后的凹凸棒粘土悬浮液在离心机中离心处理2～5次，每次5分钟，过滤回收固体物，得到改性凹土；

2)纳米氧化锆前驱体制备

配备2.0mol/L的ZrOCl₂·8H₂O溶液，滴加HCl调节ZrOCl₂·8H₂O溶液的pH值为0.5～1左右，然后加入聚乙二醇作为表面活性剂，进行搅拌处理，用十字搅刀搅拌器以1500转/分搅拌2～4h，再滴加乙二酸至得到透明溶胶，待用；

将透明溶胶陈化30min，进行搅拌，继续滴加乙二酸，使透明溶胶逐渐地转变为透明凝胶，慢慢聚沉为乳白色不透明的氧化锆前驱体的悬浊液；

3)改性凹土与氧化锆前驱体复合

将改性凹土与水配成凹土浆料，滴加氧化锆前驱体的悬浊液，经过30～60min搅拌后，陈化2～4h，然后将凹凸棒粘土悬浮液在离心机中离心处理2-5次，每次5分钟，过滤回收固体物；

将回收的固体物在550～600°高温炉中煅烧2～3h，即可得到改性凹土/纳米氧化锆复合粉末。

步骤1)中，凹凸棒粘土的细度为200～400目。

步骤1)中，每800～1000ml蒸馏水中加入100g凹凸棒粘土，用50～100ml lmol/L盐酸处理，再加入5～10ml的活性剂。

步骤1)中，所述的活性剂为环氧基聚硅氧烷。

步骤1)中，每100g凹凸棒粘土制得的凹凸棒石粘土悬浮液中加入10g分散剂和10～15g六偏磷酸钠。

步骤1)中，所述的分散剂为SD-00分散剂。

步骤2)中，ZrOCl₂·8H₂O溶液和聚乙二醇的体积比为40：(3～4)。

步骤3)中，每20克改性凹土与450～500ml的水配成凹土浆料，滴加150～200ml氧化锆前驱体的悬浊液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过采用以改性凹土为载体，在凹土表面负载纳米氧化锆颗粒，不仅解决了纳米氧化锆颗粒团聚问题，获得的改性凹土纳米氧化锆的复合粉体具有良好的耐高温性能，同时提高了凹土的附加值。

本发明对凹土进行改性处理，通过吸附有机高分子化合物提高其活性，通过共沉淀法在凹土表面包裹纳米氧化锆颗粒，获得良好分散性能和耐高温特性的复合粉体，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一、凹土粉末的改性处理工艺

1、称量100g细度为400目的凹凸棒粘土放入1000ml蒸馏水中用，搅拌器搅拌4小时，用溶度为lmol/L的100ml盐酸在100℃中处理1～3小时；将处理后的悬浮液加入10ml的活性剂，再滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至8，再用十字搅刀搅拌器以1500转/分搅拌4小时，静止10小时后，分离出凹凸棒石粘土悬浮液，待用。

2、将10g分散剂和15g六偏磷酸钠加入凹凸棒石粘土悬浮液中，在研磨罐中加入氧化锆研磨球，在行星磨进行高速球磨4h，将研磨后的凹凸棒粘土悬浮液在离心机中离心处理5次，每次5分钟，过滤回收固体物。

其中，步骤1中的活性剂是环氧基聚硅氧烷；步骤2中的分散剂是SD-00分散剂，主要成分是采购自南京霄科纳米陶瓷技术开发有限公司，主要成分是聚丙烯酸铵。

二、纳米氧化锆前驱体制备工艺

1、配备2.0mol/L的ZrOCl₂·8H₂O溶液200ml，滴加HCl调节ZrOCl₂·8H₂O溶液的pH值为1左右，然后加入20ml的聚乙二醇作为表面活性剂，进行搅拌处理，用十字搅刀搅拌器以1500转/分搅拌4h，在滴加200ml的乙二酸，得到透明溶胶，待用。

2、将透明溶胶陈化30min，进行搅拌，继续滴加50ml的乙二酸，使透明溶胶逐渐地转变为透明凝胶，慢慢聚沉为乳白色不透明的氧化锆前驱体的悬浊液。

三、改性凹土与氧化锆前驱体复合

将20克改性凹土与500ml的水配成凹土浆料，滴加200ml氧化锆前驱体的悬浊液，经过60min搅拌后，陈化4h，然后将凹凸棒粘土悬浮液在离心机中离心处理5次，每次5分钟，过滤回收固体物。

将回收的固体物在600°高温炉中煅烧3h，即可得到改性凹土/纳米氧化锆复合粉末。

实施例2

一、凹土粉末的改性处理工艺

1、称量100g细度为300目的凹凸棒粘土放入800ml蒸馏水中用搅拌器搅拌2～4小时，用溶度为lmol/L的50～100ml盐酸在80℃中处理2小时；将处理后的悬浮液加入8ml的活性剂，再滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至7，再用十字搅刀搅拌器以1500转/分搅拌3小时，静止10小时后，分离出凹凸棒石粘土悬浮液，待用。

2、将10g分散剂和10g六偏磷酸钠加入凹凸棒石粘土悬浮液中，在研磨罐中加入氧化锆研磨球，在行星磨进行高速球磨4h，将研磨后的凹凸棒粘土悬浮液在离心机中离心处理3次，每次5分钟，过滤回收固体物。

其中，步骤1中的活性剂是环氧基聚硅氧烷；步骤2中的分散剂是SD-00分散剂，采购自南京霄科纳米陶瓷技术开发有限公司，主要成分是聚丙烯酸铵。

二、纳米氧化锆前驱体制备工艺

1、配备2.0mol/L的ZrOCl₂·8H₂O溶液200ml，滴加HCl调节ZrOCl₂·8H₂O溶液的pH值为0.5左右，然后加入15ml的聚乙二醇作为表面活性剂，进行搅拌处理，用十字搅刀搅拌器以1500转/分搅拌2h，在滴加150ml的乙二酸，得到透明溶胶，待用。

2、将透明溶胶陈化30min，进行搅拌，继续滴加50ml的乙二酸，使透明溶胶逐渐地转变为透明凝胶，慢慢聚沉为乳白色不透明的氧化锆前驱体的悬浊液。

三、改性凹土与氧化锆前驱体复合

1、将20克改性凹土与450ml的水配成凹土浆料，滴加200ml氧化锆前驱体的悬浊液，经过60min搅拌后，陈化3h，然后将凹凸棒粘土悬浮液在离心机中离心处理2-5次，每次5分钟，过滤回收固体物。

2、将回收的固体物在550°高温炉中煅烧3h，即可得到改性凹土/纳米氧化锆复合粉末。

对实施例1制备的改性凹土/纳米氧化锆复合粉末进行分散性能表征，与水溶液制备成40vol％的浆料，通过NDJ-79粘度仪测定粘度为450mPa.s，悬浮性能表征在48小时沉降小于5％，具有较好的悬浮性能，该制备的改性凹土/纳米氧化锆复合粉末在马弗炉中经过800摄氏度高温处理，粉末外貌、重量都没有明显变化，具有良好的耐温性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。