本發(fā)明公開了一種陶瓷增韌專用納米二氧化鋯的制備方法，屬于無機(jī)化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

二氧化鋯是一種具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)大、耐磨性好、耐腐蝕性能優(yōu)良的無機(jī)非金屬材料，在許多不同的領(lǐng)域，諸如陶瓷顏料、工程陶瓷、寶石業(yè)、壓電元件、離子交換器以及固體電解質(zhì)等方面有著廣泛的用途。目前，納米二氧化鋯的制備方法主要有氣相法和液相法兩大類。

氣相法是直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。此方法可通過改變工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)對納米二氧化鋯粉體組成、形貌、尺寸及晶相的控制，所得粉體力度極細(xì)，反應(yīng)易于控制，缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜昂貴，目前都是在實(shí)驗(yàn)室中研制，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

液相法是以均相的溶液出發(fā)，通過各種途徑使溶質(zhì)和溶劑分離，溶質(zhì)形成一定形狀大小的顆粒，得到所需粉末的前驅(qū)體，熱解后得到納米顆粒。而液相法根據(jù)工藝路線又可分為沉淀法、溶劑熱法、溶膠凝膠法、噴霧法、水解法等，綜合看來，此類方法的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)條件溫和，得到的粉體細(xì)度細(xì)微，在亞微米級或者更細(xì)，粒度分布窄，純度高，化學(xué)組成均勻；缺點(diǎn)是原料成本高且對人體健康有害，處理過程時(shí)間較長，形成膠粒及凝膠過濾、洗滌過程工藝參數(shù)難以控制，且多數(shù)液相法在制備過程中，易出現(xiàn)沉淀顆粒嚴(yán)重團(tuán)聚，形貌不可控的問題。因此，亟待開發(fā)一種形貌可控、顆粒分布均勻且具有較好增韌作用的二氧化鋯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：針對傳統(tǒng)納米二氧化鋯在制備過程中，易出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，且形貌不可控，導(dǎo)致產(chǎn)品無法有效達(dá)到陶瓷增韌目的的問題，提供了一種陶瓷增韌專用納米二氧化鋯的制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）依次取3～5g聚苯乙烯丙烯酸，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，與500～600ml水混合，得均勻乳液，再將100～120ml氧氯化鋯溶液滴加至所得均勻乳液中；

（2）待氧氯化鋯溶液滴加完畢，再向均勻乳液中滴加100～120ml氨水，攪拌反應(yīng)后，過濾、洗滌、干燥后煅燒，即得陶瓷增韌專用納米二氧化鋯。

步驟（1）所述的水中還可以添加10～15g多巴胺。

步驟（1）所述的氧氯化鋯溶液是由10～15g八水氧氯化鋯與120～150ml去離子水混合而成。

步驟（1）所述的100～120ml氧氯化鋯溶液控制在30～45min內(nèi)滴完。

步驟（2）所述的100～120ml氨水控制在30～45min內(nèi)滴完。

步驟（2）所述的煅燒條件為：于馬弗爐中，以8～10℃/min速率程序升溫至650～780℃，保溫煅燒45～60min，隨爐冷卻至室溫。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明首先利用聚苯乙烯丙烯酸形成的乳液微球，吸附溶液中的金屬鋯離子，在緩慢滴加氨水的過程中，通過控制滴加速度，使鋯離子與溶液中氫氧根離子緩慢結(jié)合，形成氫氧化鋯沉淀結(jié)晶，形成的氫氧化鋯晶體被聚苯乙烯丙烯酸表面的羧基吸附，從而避免晶體進(jìn)一步長大團(tuán)聚；

（2）本發(fā)明通過在反應(yīng)體系中加入多巴胺，多巴胺溶于水后可將溶液中金屬鋯離子絡(luò)合，在滴加氨水的過程中，絡(luò)合反應(yīng)平衡被打破，金屬鋯離子逐漸釋放，因釋放速度緩慢，且氨水中氫氧根離子電離速度較慢，使產(chǎn)生沉淀物的過程更加緩慢，產(chǎn)生的沉淀物也更均勻，且多巴胺在弱堿性環(huán)境下，可在水中溶解氧作用下發(fā)生氧化自聚，形成聚多巴胺網(wǎng)絡(luò)，形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在氫氧化鋯晶體周圍形成空間障礙，進(jìn)一步阻止沉淀晶體的長大及團(tuán)聚；

（3）本發(fā)明最終通過煅燒即可將聚苯乙烯丙烯酸及多巴胺去除，從而使產(chǎn)品納米二氧化鋯得以純化，所得納米二氧化鋯顆粒形貌均勻，粒徑分布較窄，均在納米級，將其添加至陶瓷材料中，可有效提高陶瓷的強(qiáng)度及韌性。

具體實(shí)施方式

稱取10～15g八水氧氯化鋯，倒入盛有120～150ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至八水氧氯化鋯完全溶解，得氧氯化鋯溶液，在三口燒瓶中加入500～600ml去離子水，隨后以3～5ml/min速率向三口燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入3～5g聚苯乙烯丙烯酸，10～15g多巴胺，再將三口燒瓶轉(zhuǎn)入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為60～70℃，轉(zhuǎn)速為600～800r/min條件下，恒溫?cái)嚢杌旌?5～60min，待攪拌混合結(jié)束，停止通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)溫度至70～80℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300～500r/min，并以6～8ml/min速率向三口燒瓶中通入空氣，同時(shí)通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100～120ml氧氯化鋯溶液，控制在30～45min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)20～30min，待攪拌反應(yīng)結(jié)束，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100～120ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氨水，控制在30～45min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)于溫度為70～80℃，轉(zhuǎn)速為300～500r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)80～100min，待反應(yīng)結(jié)束，趁熱過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，得濾餅濕料，將所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅轉(zhuǎn)入馬弗爐，隨后以8～10℃/min速率程序升溫至650～780℃，保溫煅燒45～60min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得陶瓷增韌專用納米二氧化鋯。

實(shí)例1

稱取10g八水氧氯化鋯，倒入盛有120ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至八水氧氯化鋯完全溶解，得氧氯化鋯溶液，在三口燒瓶中加入500ml去離子水，隨后以3ml/min速率向三口燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入3g聚苯乙烯丙烯酸，再將三口燒瓶轉(zhuǎn)入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為60℃，轉(zhuǎn)速為600r/min條件下，恒溫?cái)嚢杌旌?5min，待攪拌混合結(jié)束，停止通入氮?dú)猓{(diào)節(jié)溫度至70℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300r/min，并以6ml/min速率向三口燒瓶中通入空氣，同時(shí)通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100ml氧氯化鋯溶液，控制在30min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，待攪拌反應(yīng)結(jié)束，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氨水，控制在30min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)于溫度為70℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)80min，待反應(yīng)結(jié)束，趁熱過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，得濾餅濕料，將所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅轉(zhuǎn)入馬弗爐，隨后以8℃/min速率程序升溫至650℃，保溫煅燒45min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得陶瓷增韌專用納米二氧化鋯。

在氧化鋁基質(zhì)強(qiáng)度為400mpa，斷裂韌性為5.2mpa·m^1/2陶瓷材料中，添加陶瓷材料體積分?jǐn)?shù)為12%本發(fā)明所得的陶瓷增韌專用納米二氧化鋯，隨后在模具中經(jīng)壓制成坯后，于溫度為1450℃條件下燒結(jié)成型，制備得到陶瓷復(fù)合材料。經(jīng)檢測，所得陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)度可提高至1400mpa，斷裂韌性提高至16.2mpa·m^1/2。

實(shí)例2

稱取10g八水氧氯化鋯，倒入盛有120ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至八水氧氯化鋯完全溶解，得氧氯化鋯溶液，在三口燒瓶中加入500ml去離子水，隨后以3ml/min速率向三口燒瓶中通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入3g聚苯乙烯丙烯酸，10g多巴胺，再將三口燒瓶轉(zhuǎn)入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為60℃，轉(zhuǎn)速為600r/min條件下，恒溫?cái)嚢杌旌?5min，待攪拌混合結(jié)束，停止通入氮?dú)猓{(diào)節(jié)溫度至70℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300r/min，并以6ml/min速率向三口燒瓶中通入空氣，同時(shí)通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100ml氧氯化鋯溶液，控制在30min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，待攪拌反應(yīng)結(jié)束，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氨水，控制在30min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)于溫度為70℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)80min，待反應(yīng)結(jié)束，趁熱過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，得濾餅濕料，將所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅轉(zhuǎn)入馬弗爐，隨后以8℃/min速率程序升溫至650℃，保溫煅燒45min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得陶瓷增韌專用納米二氧化鋯。

在氧化鋁基質(zhì)強(qiáng)度為400mpa，斷裂韌性為5.2mpa·m^1/2陶瓷材料中，添加陶瓷材料體積分?jǐn)?shù)為14%本發(fā)明所得的陶瓷增韌專用納米二氧化鋯，隨后在模具中經(jīng)壓制成坯后，于溫度為1500℃條件下燒結(jié)成型，制備得到陶瓷復(fù)合材料。經(jīng)檢測，所得陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)度可提高至1450mpa，斷裂韌性提高至17.5mpa·m^1/2

實(shí)例3

稱取10g八水氧氯化鋯，倒入盛有120ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至八水氧氯化鋯完全溶解，得氧氯化鋯溶液，在三口燒瓶中加入500ml去離子水，隨后以3ml/min速率向三口燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入3g聚苯乙烯丙烯酸，15g多巴胺，再將三口燒瓶轉(zhuǎn)入數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，于溫度為60℃，轉(zhuǎn)速為600r/min條件下，恒溫?cái)嚢杌旌?5min，待攪拌混合結(jié)束，停止通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)溫度至70℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300r/min，并以6ml/min速率向三口燒瓶中通入空氣，同時(shí)通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100ml氧氯化鋯溶液，控制在30min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，待攪拌反應(yīng)結(jié)束，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氨水，控制在30min內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)于溫度為70℃，轉(zhuǎn)速為300r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)80min，待反應(yīng)結(jié)束，趁熱過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，得濾餅濕料，將所得濾餅濕料轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的濾餅轉(zhuǎn)入馬弗爐，隨后以8℃/min速率程序升溫至650℃，保溫煅燒45min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得陶瓷增韌專用納米二氧化鋯。

在氧化鋁基質(zhì)強(qiáng)度為400mpa，斷裂韌性為5.2mpa·m^1/2陶瓷材料中，添加陶瓷材料體積分?jǐn)?shù)為16%本發(fā)明所得的陶瓷增韌專用納米二氧化鋯，隨后在模具中經(jīng)壓制成坯后，于溫度為1550℃條件下燒結(jié)成型，制備得到陶瓷復(fù)合材料。經(jīng)檢測，所得陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)度可提高至1500mpa，斷裂韌性提高至18.8mpa·m^1/2。