共沉淀法制备氧化锆流程
氧化锆制备
制备氧化锆常用的三种工艺方法世界上所使用的ZrO2大部分是由锆英石提炼而得到的。
从锆英石(ZrSiO4)中提炼ZrO2主要有两种方法：化学法(碱金属氧化物分解法)和电熔法(还原熔融脱硅法)。
前者工艺复杂，制得的ZrO2纯度高，但价格较贵，一般在特种陶瓷中使用;后者生产较容易，成本低廉，适合规模生产，ZrO2含量可达95%，能满足耐火材料行业的需求。
另外，用等离子体法提取高纯ZrO2也是一种实用的方法。
1.化学法(碱金属法)将锆英石精矿粉加入到高热苛性钠中，反应生成锆酸钠。
将锆酸钠用浓盐酸洗涤，可制得氧氣化锆(ZH)Cl2.SH2OX氧氣化锆可溶解在水中，加入氨水使之生成Zr(OH)1沉淀。
Zr(OH)1S灼烧即可得到氧化锆。
其化学反应式如下：ZrSiO4+4NaOH→Na2SiO3+Na2ZrO3+2H2ONa2ZrO3+4HCl→ZrOCl2+2NaCl+2H2OZrOCl2+2NH4OH+H2O→Zr(OH)4+2NH4ClZr(OH)4→ZrO2+2H2O↑（加热）也可将锆英石与苛性钠或纯喊熔融而得到锆酸钠，加水浸析，除去溶液，再将沉淀物(Zr(OH)4、Na2ZrO3、Na2SiO3与未分解物等)加盐酸或硫酸进行酸浸析，除掉沉淀，再加氨水制得Zr(OH)4。
另外，将锆英石加碱土金属氧化物或碳酸盐，经焙烧生成锆酸钙，再用盐酸煮沸除去杂质，也可得到氧化锆。
2.电熔法制备氣化锆锆英石在电弧炉中还原熔融是一个脱硅富锆的还原过程。
在2700℃的电弧炉中，锆英石完全分解成液态的ZrO2和SiO2;同时SiO2又可分解为气态的SiO2和O2，这是一个可逆反应。
反应式如下：ZrSiO4→ZrO2+SiO22SiO2→2SiO+O2↑要想使液态的SiO2分解为气态的SiO逸出炉外，达到与ZrO2分离的目的，就必须促使反应向右进行。
加入一定量的还原剂可以消耗氧气、降低氧分压，而促进反应进行。
一般采用碳(鳞片石墨、热解石墨或者两者的混合物)作还原剂。
氧化锆粉体的几种制备方法
氧化锆粉体的⼏种制备⽅法
1.共沉淀法
共沉淀法因其操作简单、反应过程易控制、成本低等原因⽽成为⽬前制备纳⽶氧化锆最常⽤的⽅法。
该⽅法的具体过程是：添加部分稳定剂（如Y(NO3)3）和分散剂（如PEG2000等），将可溶性的锆盐（ZrOCl2?8H2O、ZrCl4或Zr(NO3)4等）制成盐溶液，往该盐溶液中逐渐添加沉淀剂（如NH3?H2O、NaOH、H2NCONH2），并合理地控制pH值，经反应沉淀析出氢氧化锆凝胶和氢氧化钇凝胶，然后再经过陈化、过滤、⽔洗、醇洗、⼲燥、煅烧等过程，从⽽制得氧化锆粉体。
2.⽔热法
⽔热法的具体过程是：将可溶性的锆盐（如ZrOCl2?8H2O、ZrCl4等）和氨⽔混合，控制溶液pH值，经反应获得氢氧化锆凝胶，再经过滤、洗涤、⼲燥，制得⽔热前躯体，将蒸馏⽔和⽔热前躯体混合，控制⽔热条件获得⽔热产物，再经过滤、洗涤、⼲燥获得ZrO2粉体。
3.微乳液法
微乳液法的具体过程是：将ZrOCl2?8H2O和Y(NO3)3的⽔溶液与氨⽔分别和⼗六烷基三甲基溴化铵和正⼄醇的混合物混合，形成反胶团溶液，再将该反胶团溶液混合，再经搅拌、反应沉淀、过滤、洗涤、⼲燥、焙烧制得氧化锆粉体。
4.电熔法
电熔法制备氧化锆粉体,因其⼯艺简单、污染⼩、成本低等特点⽽成为⽬前制备氧化锆的⼀种有效的⽅法。
⽬前电熔法制备氧化锆的主要过程是：将含锆矿⽯（如锆英⽯砂等）、碳素含有物（如⽯墨、焦炭等）、稳定剂（氧化钇、氧化钙等）、澄清剂（铁、氧化铝等）等混合均匀，然后进⾏电炉熔炼，在电弧炉的⾼温下熔融成液相，将熔融液冷却、后期粉碎加⼯处理，获得氧化锆粉体。
5.其他
还有⼀些其他的⽅法也⽤于氧化锆粉体的制备。
如溶胶-凝胶法等。
有机添加剂_超强碱共沉淀法制备纳米氧化锆粉体的研究_谭强强
有机添加剂-超强碱共沉淀法制备纳米氧化锆粉体的研究谭强强1,3,张中太1,唐子龙1,罗绍华1,方克明2(1.清华大学材料科学与工程系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京100084;2.北京科技大学物理化学系,北京100083;3.中国科学院电工研究所,北京100080)摘 要: 用X射线荧光光谱、X射线衍射、透射电镜和粒度分析仪等手段对有机添加剂-超强碱共沉淀法制备的粉体性能进行了表征。
结果表明,以氯氧化锆、氢氧化钠为原料,有机聚合物聚乙二醇(P EG4000)为添加剂,采用有机添加剂-超强碱共沉淀法,通过控制适当的工艺条件,可制备出粒径为10nm左右的高纯纳米多晶氧化锆粉体,得到了室温稳定的纳米四方多晶氧化锆粉体。
超强碱共沉淀法所制备的粉体具有纯度高和氯离子等杂质少等特点。
该粉体873K处理的粉体一次粒径为10nm左右,其粒度小,分散性好,粒度分布窄,二次颗粒平均粒径为0.46μm。
关键词: 超强碱共沉淀法;有机添加剂;纳米;四方多晶氧化锆中图分类号: T F174 文献标识码:A文章编号:1001-9731(2003)03-0323-021 引 言纳米陶瓷是80年代中期发展起来的先进材料。
它由粒径为纳米尺寸(1～100)的粒子固化而成的新型陶瓷材料。
其晶粒尺寸、气孔尺寸、缺陷尺寸和晶界宽度等都仅限于100nm量级水平,具有不同于传统陶瓷的独特性能。
其中晶粒尺寸对陶瓷性能有十分显著的影响,晶粒尺寸的减小将使得材料的力学性能有数量级的提高,同时有利于提高材料的韧性和塑性。
因此纳米粉体的制备成为纳米陶瓷研究的基础。
粉体的颗粒形貌、粒度大小和分布及其纯度都决定于其制备方法和工艺过程。
由于氧化锆材料其具有良好的力学、热学、光学和优异的高温离子电导的等特性,广泛应用于结构材料和功能材料等领域,因而纳米氧化锆粉体的制备技术就成为当前国内外研究的热点[1]。
对氧化锆粉体的制备方法已有不少报道[2],如化学共沉淀法、溶胶凝胶法、水热解法、反胶束法、水热合成法和化学气相沉积法等,而对于超强碱共沉淀法则少见报道[3]。
制作氧化锆的工艺高中地理
制作氧化锆的工艺高中地理
制作氧化锆的工艺并不属于高中地理范畴，而是属于化学或材料学的内容。
以下是一个简单的制作氧化锆的工艺流程：
1. 原料准备：以锆矿石为原料，通过矿石的选矿和破碎研磨等工序，得到锆石粉末。
2. 化学处理：将锆石粉末与强碱性溶液混合，经过酸碱反应，将其他杂质和非锆物质去除。
3. 过滤：将混合溶液过滤，将溶液中的固体残渣分离。
4. 精细处理：将过滤得到的溶液进行浓缩和加热处理，使溶液中的锆物质形成固态沉淀。
5. 沉淀处理：将溶液中沉淀的锆物质继续进行沉淀、过滤和烘烤等处理，得到氧化锆粉末。
6. 粉末处理：对氧化锆粉末进行粒度分级和洗涤等处理，以得到纯度高、粒度适中的氧化锆粉末。
7. 烧结：将氧化锆粉末进行高温烧结，即在高温下加热并压实，使其晶体结合，
形成致密的氧化锆块材。
8. 修整与加工：对烧结得到的氧化锆块材进行机械修整和加工处理，得到所需要的氧化锆制品，例如氧化锆陶瓷、氧化锆刀片等。
需要注意的是，上述工艺流程仅为一个简化的描述，实际生产过程中可能还会包括其他的中间步骤或处理措施。
【精品文章】一文了解Cu-ZrO2催化剂制备方法及应用
一文了解Cu/ZrO2催化剂制备方法及应用
氧化锆是常用的催化剂载体之一，是具有酸、碱性及氧化、还原性的金属氧化物，同时又是P型半导体，易产生空穴，可与活性组分产生较强的相互作用。
因此以Cu/ZrO2为载体的过渡金属催化剂，可以代替部分昂贵的稀有贵金属，具有明显的经济效益。
下面小编简要介绍Cu/ZrO2催化剂制备方法及应用。
一、Cu/ZrO2催化剂制备方法
Cu/ZrO2催化剂的制备方法主要有共沉淀法、浸渍法、沉淀沉积法、溶胶一凝胶法和微乳液法等。
1、共沉淀法
共沉淀法是同时将铜盐与锆盐溶液均匀混合，在沉淀剂的作用下进行共沉淀。
然后将沉淀经过老化、洗涤、抽滤、干燥、焙烧和还原制得催化剂。
通常所用的沉淀剂有NaOH、Na2CO3、NaHCO3、NH3H2O和
NH4HCO3等。
共沉淀法按照加料方式可以分为顺加法、反加法和并流法。
共沉淀法制备的Cu/ZrO2催化剂SEM图片
共沉淀法的优点是：可以制备得到纳米级的粒度和分子级的均匀混合程度，从而加大活性组分间的交互作用。
在共沉淀法中，对共沉淀条件的控制是获得高活性催化剂的关键，主要有起始盐的种类、母液浓度、沉淀剂的种类及其用量、沉淀方式、沉淀温度、老化温度和时间、pH值和焙烧温度等。
2、浸渍法。
氧化锆制作流程
氧化锆制作流程
以氧化锆制作流程为题，首先我们需要了解什么是氧化锆。
氧化锆是一种化学元素，化学符号为ZrO2，是一种白色晶体粉末，具有高硬度和高熔点等特点，因此广泛应用于陶瓷、电子元器件、生物医学等领域。
在制作氧化锆时，一般采用化学合成的方法。
具体操作步骤如下：
1.原料处理：将氧化锆的原材料加入溶剂中，并进行搅拌和分散处理，以便原料充分混合。
2.沉淀反应：加入沉淀剂，进行反应后，将产生的沉淀物通过过滤和洗涤处理，得到氧化锆的初级沉淀物。
3.初步烧结：将初级沉淀物进行烧结处理，以去除其中所含的杂质和水分等物质。
烧结温度一般在1000℃左右。
4.二次烧结：将初步烧结后的氧化锆沉淀物进行二次烧结处理，以提高其密度和强度等物理性能。
二次烧结温度一般在1500℃左右。
5.粉碎：将二次烧结后的氧化锆沉淀物进行粉碎处理，以获得所需的颗粒大小和形状。
6.成型：将粉末状氧化锆进行成型处理，一般采用压制或注射成型等方法，以获得所需的形状和尺寸。
7.烧结：将成型后的氧化锆进行高温烧结处理，以提高其密度和硬度等物理性能。
烧结温度一般在1600℃左右。
8.表面处理：将烧结后的氧化锆进行表面处理，以改善其表面性能和美观度。
处理方法包括抛光、电解抛光、化学抛光等。
以上就是氧化锆的制作流程，其中每个步骤都需要精确的操作和严格的控制，以确保所得到的产品具有优良的物理性能和化学性能。
由于氧化锆广泛应用于高科技领域，因此其制作技术也在不断地发展和改进。
未来，随着科技的不断进步，氧化锆的制作工艺和应用领域也将会得到更大的拓展和发展。
共沉淀法制备稳定二氧化锆粉体工艺简介
共沉淀法制备稳定⼆氧化锆粉体⼯艺简介⼆氧化锆具有多晶型的相结构，随温度变化产⽣不同的晶相，低温为单斜相（m-ZrO2），⾼温为四⽅相（t-ZrO2），更
⾼温度为⽴⽅相（c-ZrO2）。
由于晶相转变引起体积效应变化很⼤，容易造成耐磨陶瓷衬板、耐磨陶瓷管道龟裂，所以ZrO2必须经稳定化处理，改变相的性质，稳定相结构，才能在特种陶瓷⾏业应⽤。
为稳定ZrO2的晶型结构，需要在ZrO2体系中加⼊离⼦半径与Zr相近、性质相似的物质作稳定剂，常见的有Y2O3、
CeO2、CaO等。
部分稳定氧化锆具有增韧的特性，是结构陶瓷的重要材料。
⽬前制备稳定⼆氧化锆粉体最常见的⼯艺是共沉淀法。
共沉淀法是在氧氯化锆（ZrOCl2•8H2O）和稳定剂（⼀般为YCl3）的⽔溶液混合物中加⼊氨⽔（NH3•H2O）等碱性物，以获得两者氢氧化物的共沉淀产物。
沉淀物经洗涤、⼲燥得到胶态⾮晶体，于⼀定温度下煅烧成粉末。
在共沉淀制备稳定ZrO2的过程中，物料浓度、沉淀pH值、沉淀物洗涤、⼲燥⼯艺和煅烧温度等是影响粉末性能的主要因素。
共沉淀法⼯艺简单、制备的粉末纯度⾼、粉末性能优异，能满⾜绝⼤多数结构陶瓷的⽣产，故此法应⽤⼴泛。
但该法最⼤的缺点是反应过程中易产⽣团聚，制备的粉末分散性较差。
为避免粉末团聚，制备过程中需要加⼊相应的表⾯活性剂来改善和控制粉末的分散性和粒径。
氧化锆的制备方法 -回复
氧化锆的制备方法-回复【氧化锆的制备方法】氧化锆（ZrO2）是一种重要的无机非金属材料，由于其优异的物理化学性质，如高熔点、耐腐蚀、高强度以及良好的化学稳定性，在结构陶瓷、功能陶瓷、催化剂载体、高级耐火材料等领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍氧化锆的几种主要制备方法。
一、固相法1. 原料准备：首先，选取高纯度的锆砂（ZrSiO4）作为原料，这是因为锆砂中锆元素含量较高且易于提取。
2. 热分解还原：将锆砂与还原剂（如碳或镁）混合均匀后，进行高温热处理（一般在1600-2000）。
在这个过程中，锆砂被还原为二氧化锆和硅。
3. 分离提纯：经过高温反应后的产物冷却后，通过破碎、筛选和磁选等步骤去除杂质，并分离出二氧化锆。
4. 烧结活化：将得到的二氧化锆粉末在高温下进一步烧结，以消除晶格缺陷，提高其致密度和纯度，最终得到氧化锆产品。
二、溶胶-凝胶法1. 前驱体溶液制备：选用可溶性锆化合物（如硝酸锆、氯化锆等）溶解于醇类或其他有机溶剂中，然后加入适量的稳定剂和络合剂，形成稳定的锆盐溶液。
2. 溶胶生成：通过缓慢滴加碱液（如氨水）或醇盐引发水解和聚合反应，使锆盐溶液转化为溶胶体系。
3. 凝胶老化与干燥：将上述溶胶在一定温度下静置一段时间（老化过程），使其充分形成三维网络结构，随后通过低温烘干去除溶剂，得到干凝胶。
4. 热解与煅烧：将干凝胶在氮气或氩气保护下逐步升温至500-800进行热解，除去有机成分并转化为氧化锆。
之后继续升温至1200-1600进行煅烧，最终得到具有高纯度和良好微观结构的氧化锆粉体。
三、水热法1. 原料溶解：选择锆的可溶性盐在热水或超临界水中溶解，同时添加适当的稳定剂，促使锆离子在水热条件下生成稳定的锆配合物。
2. 水热反应：将溶解有锆盐的溶液置于高压釜中，在特定温度（通常高于100）和压力下进行水热反应，促使锆离子发生沉淀并转变为氧化锆。
3. 后处理：反应结束后，冷却并减压，过滤收集沉淀物，经洗涤、干燥及高温煅烧等一系列后处理工序，最终获得氧化锆粉末。
纳米氧化锆粉体的制备与表征
纳米氧化锆粉体的制备与表征共沉淀法共沉淀法是在水溶性锆盐与稳定剂的混合水溶液中加入氨水等溶液，反应后生成不溶于水的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解得到高纯度纳米超细粉。
张渊明等⋯以ZrOC1 ·8H 0为原料，加入Y 0 为稳定剂，搅拌时向混合液中滴加氨水生成沉淀，经分离、水洗和喷雾干燥后制得的纳米z ，晶粒大小为20 nm左右，比表面积可达79．5 n{／g。
反应器对纳米材料的合成及最终产品的性能有影响。
由于物料在不同形式的反应器中具有不同的流动和传热传质特征，导致反应器中浓度、温度及停留时间分布不同，从而影响着物料间的反应与晶体成核和生长过程的相对速度，进而影响着最终产物的粒度和粒度分布。
钱刚等‘采用共沉淀法，将Kenics型静态混合器应用于ZrO 纳米粉体的制备，研究了物流在其中的流动状态，并研究了静态混合器单元数、反应物浓度和流量等因素对粉末性能的影响。
结果表明，静态混合器可消除反应器内物料在径向的浓度和温度等差别，物料在其中的流动状态近似于活塞流；反应物浓度越大，粉末的一次粒径越小，但团聚粒径变大，而增大反应物流量则有利于生成粒径较小的粒子。
共沉淀法工艺简单，所得纳米粉体性能较好，但在洗涤后的沉淀物中，有少量初始溶液中的阴离子及沉淀剂中的阳离子残留物，对纳米粉体的烧结性能产生不良影响。
李燕等以共沉淀法制得纳米ZrO 超细粉，用硬脂酸对其表面进行改性，发现表面发生了类似于酸和醇生成酯的酯化反应，在粒子表面形成单分子膜，使表面由极性转变为非极性，提高了纳米z 超细粉的分散性。
水解沉淀法利用金属的明矾盐溶液、硫酸盐溶液、氯化物溶液、硝酸盐溶液等在高温下经过较长时间的水解可以形成氧化物超微粉。
例如，加热ZrCIO 溶液使其沸腾，水解生成的HC1不断蒸发除去，使水解反应平衡不断向生成产物的方向移动，经过几天时间可以合成单分散态Zd3 超微粉。
其反应式如下：ZrOC12+(3+n)H20一zr(OH)4nH20+2HC1此法操作简单，但能耗较大，反应缓慢且不经济。
纳米氧化锆生产工艺流程
纳米氧化锆生产工艺流程English Answer:Raw Material Preparation.The production of nanosized zirconia powder typically starts with the preparation of raw materials, which involves:Zirconium Source: Zirconium-containing compounds such as zircon (ZrSiO4), zirconia (ZrO2), or zirconium oxychloride (ZrOCl2) can be used as zirconium sources.Stabilizer: Stabilizers are added to control the crystal size and prevent agglomeration during the synthesis process. Common stabilizers include yttria (Y2O3), ceria (CeO2), or calcia (CaO).Chemical Synthesis.Several chemical synthesis methods can be employed to produce nanosized zirconia:Sol-Gel Method: In this method, a homogeneous solution containing zirconium precursors, stabilizers, and solvents is prepared. The solution undergoes a series of hydrolysis and condensation reactions to form a gel, which is then dried and calcined to obtain nanosized zirconia.Co-Precipitation Method: This method involves the co-precipitation of zirconium and stabilizer precursors in an aqueous solution. The precipitate is then filtered, washed, and calcined to produce zirconia nanoparticles.Hydrothermal Synthesis: Nanosized zirconia can be synthesized under hydrothermal conditions, where the precursors are sealed in an autoclave and heated at high temperature and pressure.Physical Vapor Deposition (PVD)。
纳米氧化锆陶瓷的制备
ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 0942案例C ASES纳米氧化锆陶瓷的制备王利利 郝灵波纳米氧化锆现已广泛用于牙科烤瓷牙、功能陶瓷、高温光学组件等领域。
随着纳米科技的不断发展，纳米氧化锆的研制掀起热潮。
纳米氧化锆陶瓷的研制主要包括纳米粉体的制备、素坯成型、烧结等几个方面。
一、纳米氧化锆陶瓷粉体制备采用化学共沉淀法，在超声波作用下制备纳米ZrO 2粉体，用氧化钇作为稳定剂。
用化学共沉淀法制备粉体，任何时候都有可能产生团聚，甚至产生硬团聚，将对烧结后陶瓷的力学性能有严重影响。
无水乙醇做反应溶剂，在超声波作用下，避免了硬团聚的形成，从而制备出粒径小、没有硬团聚的纳米粉体。
1.实验原材料和设备（1）原材料：分析纯氧氯化锆（ZrOCl 2•8H 2O）、三氧化二钇（Y 2O 3）、浓硝酸（HNO 3）、浓氨水（NH 3•H 2O）、无水乙醇（CH 3CH 2OH）、甲苯（C 6H 5OH 3）。
（2）设备及仪器：79-I型磁力加热搅拌器、SX2-4-10型马弗炉、702-3型电热干燥箱、液压机、高温烧结炉、分液漏斗、烧杯、抽滤瓶、真空泵。
2.纳米氧化锆粉体制备过程用化学共沉淀法生产纳米氧化锆粉体的工艺流程见图1。
氧氯化锆、硝酸钇溶液滴加氨水和无水乙醇混合液沉淀洗涤干燥煅烧ZrO 2（Y 2O 3）粉体 图1具体实验步骤：（1）首先配制硝酸钇溶液。
在浓硝酸溶液中，加入1.75g 三氧化二钇，用磁力加热搅拌器加热并搅拌，形成Y(NO 3)3溶液并逐渐结晶。
（2）再把ZrOCl 2•8H 2O和Y（NO 3）3结晶按成分配比（ZrOCl 2•8H 2O 79g），一起溶于无水乙醇并加热，配成混合溶液，然后经过过滤去除杂质。
（3）把混合溶液装到分液漏斗中，然后滴入稍过量的浓氨水、无水乙醇溶液中，均匀搅拌，pH值保持在8.5，在50kHz超声波的作用下进行反应，强力搅拌器搅拌直到反应结束。
（4）把所得到的沉淀物进行减压过滤，并用无水乙醇反复洗涤三次，脱水。
氧化锆制作流程
氧化锆制作流程
1、选择原料
氧化锆原料主要包括铝锆矿、有机添加剂。
2、混合原料
将铝锆矿和有机添加剂混合搅拌放入混合炉中，搅拌成均匀的混合物。
3、加热混合物
将混合物放入电弧炉，加热到1650-1750℃，并保持3小时以上，使混合物发生反应生成复合氧化物。
4、冷却复合氧化物
反应完成后，复合氧化物需要进行冷却，可以使用水冷却，把温度控制在900-1000℃，维持3-4小时。
5、粉碎复合氧化物
将冷却后的复合氧化物放入粉碎机中研磨粉碎，获得氧化锆材料，材料粒度控制在0.05-1mm之间即可。
6、烧结氧化锆
氧化锆粉末放入烧结炉中烧成氧化锆烧结体，烧结温度一般为1900-2050℃，烧结时间为3-4小时。
7、冷却氧化锆
将烧结完成的氧化锆从烧结炉中取出，放入冷却槽中冷却，使温度下降至800-1000℃，维持3小时左右。
8、投料检验
将冷却后的氧化锆进行投料检验，确保材料质量合格，即可用于下一道流程。
化学沉淀法制备纳米氧化锆的研究
第26卷第5期2002年 9月河北师范大学学报(自然科学版)Journal of H ebei N o r m al U niversity(N atural Science Editi on)V o l.26N o.5Sep.2002Ξ化学沉淀法制备纳米氧化锆的研究王焕英1,2, 宋秀芹2(1.衡水师范专科学校化学系,河北衡水 053000;2.河北师范大学化学学院,河北石家庄 050016)摘 要:以氧氯化锆(Zr OC l2・8H2O)和氨水(N H3・H2O)为原料,采用化学沉淀法制备了纳米级氧化锆微粉,考察了反应温度、反应物浓度、溶液pH值、煅烧温度和时间对产物粒径的影响,获得了最佳工艺条件.通过透射电镜、X射线衍射研究了产品的粒度、形貌和结构,所得纳米Zr O2分散性良好,粒度分布均匀,平均粒径约20nm,粒子形状为球形.关键词:化学沉淀法;纳米;氧化锆;制备中图分类号:O612.4;TB383 文献标识码:A 文章编号:100025854(2002)0520488204纳米Zr O2是一种粒径介于1～100nm之间的新型高功能精细无机材料,是制备特种陶瓷最重要的原料之一,它可用于制备多种功能陶瓷元件,如氧传感器、压电陶瓷、透明铁电陶瓷和合成宝石等,也可用于制备多种增韧结构陶瓷刀具、陶瓷阀门、轴承及先进的陶瓷发动机零件.尤其是近些年来,纳米氧化锆陶瓷的高韧性和低温塑性变型能力已被实验证实,成为改善陶瓷材料脆性的新战略途径[1].纳米氧化锆的制备方法目前报道的有溶胶2凝胶法(so l2gel)[2]、水热法[3]、溅射源法[4]等,但是这些方法在工业实施中有一定困难.本文中,笔者以Zr OC l2・8H2O和N H3・H2O为原料,采用反向化学沉淀法制备纳米Zr O2,考察了影响产物的各种因素,获得了制备的最佳工艺条件,并对产品进行了表征.化学沉淀法一般是指将沉淀剂加入到金属盐溶液中进行沉淀,然后再对沉淀物进行固液分离、洗涤、干燥以及加热分解等后处理从而制得粉末产品.化学沉淀法分为正向化学沉淀法(将沉淀剂加入到金属盐溶液中)和反向化学沉淀法(将金属盐溶液加入到沉淀剂中)2种,通过对这2种方法所制得的纳米粉体的比较,反向化学沉淀法所制得的纳米Zr O2粒径更细小,颗粒更均匀.化学沉淀法制备Zr O2粉体的反应过程可表示为: Zr OC l2+2N H3・H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2N H4C l, Zr(OH)4→Zr O2+H2O(g).1 实验部分1.1 主要试剂和仪器氧氯化锆(Zr OC l2・8H2O),分析纯,中国医药上海化学试剂站;氨水(N H3・H2O),分析纯,石家庄市试剂厂.pH S3C数字酸度计,851恒温磁力搅拌器,真空干燥箱,马福炉,日立H600型透射电子显微镜,R igaku D m ax RA型X射线衍射仪.1.2 工艺流程与实验方法反向沉淀工艺流程为:N H3・H2O溶液加入Zr OC l2・8H2OZr(OH)4分离、洗涤、真空干燥、煅烧纳米Zr O2Ξ收稿日期:20020323;修回日期:20020531基金项目:河北省教育厅科研基金资助项目(2002)作者简介:王焕英(19682),女,河北武邑人,衡水师范专科学校讲师,现为河北师范大学在职硕士研究生. 取一定量的N H 3・H 2O 溶液,将其加入反应器中,然后加入一定浓度的Zr OC l 2・8H 2O 溶液,在搅拌下进行加热反应.反应结束后,陈化、抽滤,用水洗涤至沉淀中不含C l -(用A gNO 3溶液检验),再用无水乙醇洗涤2～3遍(起到表面活性剂的作用,防止以后在煅烧过程中的团聚),真空干燥、煅烧即可得到纳米Zr O 2粉体.1.3 分析与检测产品粒径用日立H600型透射电镜观测,用R igaku D m ax RA 型X 射线衍射仪检测粒子晶型.2 结果与讨论2.1 反应物原始浓度对产物粒径的影响反应物原始浓度与粒径的关系如图1所示,从中可以看出,在实验考察的范围内,随氧氯化锆浓度的增大,产品的粒径越来越小,这可以从粒子成核理论得到解释,粒子的形成有晶核的生成与生长2个过程,溶液中浓度越大,则过饱和度越大,生成晶核的速度愈快,数目也越多.晶核形成以后,溶质在晶核上不断沉积,晶粒不断长大;浓度越小,碰撞少,形成的晶核数目少,生成的晶粒粒径就比较大.要得到粒径小的Zr O 2,应选取较高浓度的Zr OC l 2・8H 2O 溶液,由实验得到的最佳浓度为1.0m o l L .2.2 溶液pH 对产物粒径的影响实验结果表明,随溶液pH 值升高,产品粒径增大,产品粒径随pH 值的变化曲线如图2所示.从理论上讲[5,6],沉淀物胶粒是带电的,其带电性随着溶液pH 的变化而变化,胶粒表面带电增强了胶粒的空间位阻效应,当胶粒表面所带电荷与电解质所带电荷相等且异号时,胶粒处于等电点状态(pH =7),在等电点附近,一方面由于位阻效应显著削弱,沉淀开始形成的胶粒不稳定,很快聚成大块絮状物;另一方面,溶剂通过胶粒表面渗入胶粒的渗透压减弱,导致溶胶颗粒较大.在接近等电点时,粉体的粒径较大,随着pH 值的降低,酸性增大,胶粒表面会带有同号的正电荷,胶粒间相互排斥,所以,胶粒的稳定性提高,分散性较好;另一方面,胶粒带电后,渗透压增强,粒径减小,因此在偏离等电点较远的pH 值范围,溶胶的颗粒粒径较小,但pH 值不能太低,否则胶粒带电饱和,大量酸的存在只会使唐南效应又减弱[5],导致颗粒粒径又增大.实验结果表明,若获得纳米级Zr O 2颗粒,反应的最佳pH 值范围为pH =4～5.图1 Zr O 2粒径与Zr OC l 2・8H 2O 浓度关系 图2 粒径随pH 变化的关系曲线2.3 反应温度对产物粒径的影响反应温度与粒径的关系曲线如图3所示.结果表明,温度低,晶核形成慢且数目少,形成的晶粒粒径大;温度高,晶核形成快且数目多,形成的晶粒粒径较小,但是反应温度不能太高,一般不超过60℃.温度太高,使沉淀的沉降和溶解这一动态平衡加速,可能使其凝胶晶化.2.4 煅烧温度和时间对产物粒径的影响实验中发现,煅烧温度过高,时间过长,会使纳米Zr O 2发生团聚,粒径增大,因此在保证Zr (OH )4煅烧分解完全的基础上,温度越低,时间越短越好.分别在350℃4h ,550℃4h ,600℃2h ,700℃2h ,800℃1h 进行煅烧,确定最佳煅烧条件为550℃4h .984第5期 王焕英等:化学沉淀法制备纳米氧化锆的研究 图3 粒径随反应温度变化的关系曲线2.5 产品结构分析图4为在不同温度下煅烧的Zr O 2X 射线衍射图谱.由图谱看出,250℃煅烧的XRD 图谱在2Η约30°附近出现1个馒头峰,说明此时粉料为无定形的;350℃煅烧所得样品的XRD 图谱只出现了四方相Zr O 2(t )的特征峰而没有单斜相Zr O 2(m )的特征峰,而且在2Η约30°处馒(a )250℃,(b )350℃,(c )550℃,(d )700℃图4 粉末经不同温度煅烧后的XRD 图5 纳米Zr O 2的T E M 照片头峰仍没有消失,说明Zr O 2(无定形)未完全转化为Zr O 2(t );550℃煅烧4h 的粉末在2Η约30°处的馒头峰已不存在,说明在该温度下,无定形的Zr O 2已完全转化为四方相的Zr O 2,但仍没有单斜相Zr O 2出现;700℃煅烧的粉末的XRD 图谱既出现了Zr O 2(t )的特征峰,又出现了Zr O 2(m )的特征峰.从衍射峰还可以看出,峰形有些变宽,这是由于粒子粒径变小的缘故,由Sch rrer 公式D =k Κ B co s Η计算550℃煅烧产物的粒径,取其最强衍射峰(111)面的半高宽,得其粒径d =23nm ,与透射电镜T E M 照片结果(d 约24nm )较为接近,说明在550℃产物已晶化较好.在550℃煅烧4h 所得产物的T E M 照片如图5所示,由图可看出,该条件下所得纳米Zr O 2的粒径约为20nm ,粒子形状为球形.3 结 论(1)以Zr OC l 2・8H 2O 和N H 3・H 2O 为原料,采用反向化学沉淀法,可以制得平均粒径约20nm ,分散性良好的球形纳米Zr O 2.(2)反向化学沉淀法制备纳米Zr O 2的最佳工艺条件为Zr OC l 2・8H 2O 溶液浓度为1.0m o l L ,反应温度60℃,溶液pH 值4～5,煅烧550℃4h .参考文献:[1] CH EN D a 2m ing ,M EN G Guo 2w en ,ZHAN G Chen ,et al .N ew technique of p roducing nano 2sized Zr O 2based pow 2ders and characteristics of the pow der [J ].Pow ers T echno logy ,1996,(2):362.[2] 李汶军,施尔畏,郑燕青,等.水热盐溶液卸压法制备氧化物粉体[J ].无机材料学报,1999,14(3):456.[3] 章天金,王世敏,肖明,等.So l 2Gel 法制备Zr O 2超微粉末的反应机理研究[J ].湖北大学学报(自然科学版),1996,16(2):128.94 河北师范大学学报(自然科学版) 第26卷[4] 施锦行.纳米陶瓷的制备及其特性[J ].中国陶瓷,1997,33(3):36.[5] 周祖康.胶体化学基础[M ].北京:北京大学出版社,1987.150.[6] A YAO K ,A K I RA W 编著.邓彤,赵学范译.界面电现象原理、测量和应用[M ].北京:北京大学出版社,1992.9.I m provem en t of Nano -sized ZrO 2Powder Prepared byChem ica l Prec ip ita ti ng ProcessW AN G H uan 2ying 1,2, SON G X iu 2qin 2(1.D epartm ent of Chem istry,H engshui T eachers Co llege,H ebei H engshui 053000,Ch ina;2.Co llege of Chem istry ,H ebei N o r m al U niversity ,H ebei Sh ijiazhuang 050016,Ch ina )Abstract :U sing Zr OC l 2・8H 2O and N H 3・H 2O as raw m aterials ,the nanom eter 2sized Zr O 2are p repared by chem ical p reci p itating p rocess .T he influences of reacti on tem peratu re and concen trati on ,the value of pH ,calcinati on tem peratu re and ti m e on p roduct p article size are investigated .T he m o st favou rab le techno logical conditi on s fo r the p rep arati on of nanom eter 2sized Zr O 2are ob tained .XRD and T E M and T G ,UV are u sed to characterized the sam p le .T he p roduct has an average diam eter of 20nm w ith good dispersity and sp here 2shap ed .Key words :chem ical p reci p itating m ethod ;nanom eter 2sized m aterial ;Zr O 2(责任编辑 邱 丽)(上接第484页)I nvestiga tion of L ow Tem pera ture Hea t Capac itiesof Aqueous K 2Cr 2O 7SolutionNAN Zhao 2dong 1, TAN Zh i 2cheng 2, SUN L i 2x ian2(1.D epartm ent of Q ufu N o r m al U niversity ,Shandong Q ufu 273165,Ch ina ;2.T her mochem istry L abo rato ry ,D alian Institute of Chem ical Physics ,Ch inese A cadem y of Sciences ,L iaoning D alian 116023,Ch ina )Abstract :In o rder to investigated the m echan is m of heat tran siti on of aqueou s po tassium dich ro 2m ate so lu ti on as w o rk ing flu id in heat p i p e ,the m o lar heat cap acities of po tassium dich rom ate so lu ti on (C p ,m )w ere m easu red by a low tem peratu re adiabatic calo ri m eter over the range from 80～370K .N other m al anom aly w as ob served in the range from 80～265K .T he functi on s of C p ,m vs .T w ere estab 2lished based on the m easu red heat cap acity data by u sing the least 2square fitting m ethod .T he freezing po in t ,m o lar freezing en thalpy and freezing en trop y of the so lu ti on w ere estab lished to be 272.52K ,6.085kJ m o l and 22.33J(K ・m o l ),respectively .T he heat cap acities of the so lu ti on are near a con stan t in the range 275K ≤T ≤370K .A cco rding to the relati on sh i p of ther m odynam ic functi on s ,the ther m o 2dynam ic functi on values of the so lu ti on w ere calcu lated in the tem peratu re range of 275～370K w ith 5K in tervals .Key words :po tassium dich rom ate ;aqueou s so lu ti on ;heat capacity ;ther m odynam ic functi on ;a 2diabatic calo ri m etry(责任编辑 邱 丽)194第5期 王焕英等:化学沉淀法制备纳米氧化锆的研究 。
实验讲义-氧化锆的固相合成
实验2 纳米氧化锆的固相合成一、目的和要求1、通过锆盐与氢氧化钠的固相反应，了解固相合成法的特点。
2、掌握固相合成纳米氧化锆的基本原理和制备过程。
二、实验原理氧化锆由于其固有的化学成分、晶体结构、粒度等基本性质，因而具有化学稳定性好、热传导系数小、硬度大等优点，是一种重要的结构和功能陶瓷材料。
普通氧化锆在常温至1170℃以单斜相存在，加热到1170℃～2370℃时转变为四方相，2370℃以上时由四方相转变成立方相（2700℃左右熔融）。
由于纯氧化锆的高温相（立方相或四方相）随着温度的降低会转变成低温相（单斜相）。
要获得室温下稳定的高温相氧化锆，就需要在氧化锆中掺杂某些其它氧化物，如氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化钪等，形成复合氧化物。
这种掺杂的四方相部分稳定或全稳定的氧化锆在相变增韧和微裂纹增韧方面性能优良，具有极高的室温强度和断裂韧性。
用氧化钇稳定的四方相氧化锆（Y-TZP），当晶体粒度控制在纳米级（小于100nm）时，可能带来材料性能的突变，如材料强度和断裂韧性的显著提高等。
同时，氧化钇稳定的氧化锆还是一种优良的气敏材料（用于氧气传感器）和固体电池材料。
目前制备纳米氧化锆粉体的方法分液相法和气相法。
其中液相法有共沉淀法、水热法、溶胶－凝胶法、微乳液法等。
这些方法各有其特点，但也存在很多不足。
如共沉淀法一般是以氧氯化锆为原料，在锆盐溶液中加入沉淀剂，得到氢氧化物沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧、研磨得到氧化锆粉体。
这种方法比较简单易行，可制得粒度小、成分较易控制的多组分纳米粉末，不足之处是制得的粉体往往存在较多的硬团聚体，影响制品的烧结温度和力学性能。
为了解决粉体的团聚问题，采用加入分散剂并控制温度在乙醇中陈化的方法，可制备出低温可烧结的纳米氧化锆粉体。
水热法制备纳米氧化锆一般以锆的无机或有机化合物为原料，可制得粒径小、高分散的粉体。
水热法的不足之处是制备条件较苛刻，成本较高，产量较低。
溶胶－凝胶法和醇盐水解法使用锆的有机化合物，同样存在着原料来源困难，价格较高，水解法反应时间长、产率过低、难以工业化生产等缺陷。
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共沉淀法制备氧化锆流程
一、引言
氧化锆是一种重要的无机功能材料，具有高熔点、高硬度、抗腐蚀性好等特点，在航空航天、能源、医疗等领域有广泛的应用。
共沉淀法是一种常用的制备氧化锆的方法，其原理是通过在溶液中加入适当的沉淀剂，使氧化锆离子与沉淀剂产生反应生成氧化锆沉淀，然后通过分离、洗涤和干燥等步骤得到纯净的氧化锆产品。
二、实验材料与仪器
1. 实验材料：硝酸锆、氢氧化铵、蒸馏水
2. 实验仪器：磁力搅拌器、离心机、烘箱、天平、玻璃容器、滤纸、玻璃棒等。
三、实验步骤
1. 准备溶液：将一定量的硝酸锆溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到质量浓度为C1的硝酸锆溶液。
2. 沉淀剂的制备：将适量的氢氧化铵溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到质量浓度为C2的氢氧化铵溶液。
3. 沉淀反应：将C1和C2溶液按一定的摩尔比例缓慢滴加到反应容器中，同时用磁力搅拌器保持搅拌，控制反应温度和pH值。
4. 沉淀分离：将反应后的溶液放置一段时间，使氧化锆沉淀完全形成，然后使用离心机将沉淀与上清液分离。
5. 沉淀洗涤：将沉淀用蒸馏水进行反复洗涤，以去除杂质。
6. 沉淀干燥：将洗涤后的沉淀放入烘箱中进行干燥，直至得到稳定的干燥重量。
7. 沉淀烧结：将干燥后的氧化锆沉淀进行烧结处理，提高其致密度和力学性能。
四、实验注意事项
1. 在实验过程中要严格控制反应温度和pH值，以保证产物的纯度和性能。
2. 沉淀剂的添加速度要适当，过快或过慢都会影响沉淀的形成。
3. 沉淀的分离和洗涤过程要注意操作的轻柔，以避免沉淀的破碎和损失。
4. 沉淀的干燥温度和时间要适宜，过高的温度会使沉淀发生相变，过长的时间会导致氧化锆颗粒的粘连。
5. 沉淀的烧结过程要控制好烧结温度和时间，以避免过高温度引起氧化锆颗粒的生长和过长时间引起颗粒的破碎。
五、实验结果与讨论
通过共沉淀法制备的氧化锆样品经过粒径分析和X射线衍射分析，得到其颗粒大小和晶体结构等信息。
实验结果表明，制备的氧化锆样品颗粒均匀细小，晶体结构完整，具有良好的物理化学性能。
六、结论
共沉淀法是一种简单、高效的制备氧化锆的方法。
通过控制反应条件和后续处理步骤，可以得到颗粒均匀、纯度高的氧化锆产品。
该方法在氧化锆的制备和应用领域具有重要的意义，有着广阔的发展前景。
七、参考文献
1. 王XX, 张XX. 氧化锆纳米材料的制备及应用[J]. 材料导报, 2008, 22(3): 10-15.
2. Li XX, Zhang XX. Preparation and application of zirconia nanomaterials[J]. Materials Review, 2008, 22(3): 10-15.。