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我们为什么需要纳米化二氧化锆?


来源:中国粉体网   漫道

[导读]  纳米级二氧化锆具有传统二氧化锆所没有的特殊性能,因而引起了广泛的关注。

中国粉体网讯  纯净的氧化锆(ZrO2),具有高熔点和高沸点、硬度大等特点,常温下为绝缘体、而高温下则具有优良的导电性。它也是一种弱酸性氧化物,对碱溶液以及许多酸性溶液都具有足够的稳定性。

 

纳米结构的材料则具有很大的应用潜力,主要表现在机械,电学,电子,光学,生物学和催化等多方面。纳米结构的陶瓷材料可能具有超塑性,这使得高密度陶瓷在高温发生形变成为可能。


纳米级二氧化锆具有传统二氧化锆所没有的特殊性能,因而引起了广泛的关注。

 

二氧化锆纳米粉体的几类应用

 

1.催化剂和催化剂载体

 

纳米ZrO2粒子尺寸小,极大地增加了比表面积,使其催化活性得到很大提高。

 

单独作为催化剂时具有较强的酸性和较高的热稳定性,可用于自动催化、催化加氢、聚合反应和氧化反应催化及超强酸催化剂等。

 

作为负载型催化剂时可与活性成分产生较强的相互作用,增大有效表面积,提高催化剂的热稳定性,获得更高的催化效率。

 

2.氧化锆陶瓷增韧

 

在陶瓷材料中掺入ZrO2时,可以抑制基体相颗粒的长大,使基体相晶粒变得均匀、细小。另外由于ZrO2具有高弹性模量,在陶瓷相变增韧过程中,可以提高相变应力,增加断裂韧性。

 

利用二氧化锆高韧性、高耐热冲击性能以及低的热膨胀系数,可以将其用于制备具有良好力学性能的精密陶瓷部件、装甲车防护材料、发动机表面高温材料等。

 

3.光学元件

 

ZrO2的光学性质主要表现在两个方面,一是对光的吸收,二是发光性能。是人造宝石的主要原料和光学透镜的添加剂。

 

高纯ZrO2作为真空镀膜材料用于矫正因多层膜涂料所引起的摄影机透镜的色散,以及用于防止眼镜片的不规则反射等,也用于干式静电复印机及各种测量仪器的

透镜、装潢结晶玻璃和耐热玻璃等方面。

 

4.二氧化锆涂层

 

纳米二氧化锆由于自身拥有纳米特性,晶粒堆积紧密、气孔率低,涂层与基体的结合性能良好,从而使其广泛应用于热障涂层、高温器件以及作为合金基底的抗磨损和抗腐蚀保护涂层等。

 

纳米二氧化锆热障涂层具有细小的晶粒及纳米-微米复合结构,应用于航空航天领域的高温燃烧筒、汽车行业的机器零部件等;同时二氧化锆具有生物学惰性,可以应用于生物医学领域作为牙科陶瓷材料。

 

纳米二氧化锆的制备

 

如何多快好省的制备二氧化锆变成了许多企业必须直面的问题。制备二氧化锆粉体的方法有很多,主要分为气相法、液相法和固相法,本文就简单介绍几种常用的制备ZrO2纳米粉体的方法。

 

1.化学沉淀法

 

化学沉淀法,是工业化大规模生产中使用的最多的一种,由于其成本低,工艺易于控制,一直受到广泛的欢迎。主要用可以产生氢氧根的沉淀剂与锆盐的水溶液反应,生成氢氧化锆沉淀:


 


这种方法操作简单,但是焙烧过程中的高温处理,会使得到的颗粒粉体产生团聚现象,不利于得到单分散的颗粒粉体。

 

2.气相法

 

ZrO2材料的气相合成主要有两种方法:化学气相沉积(CVC)和插入气体浓缩法(IGC)。此外,ZrO2纳米颗粒还可以通过火焰喷溅法制得。

 

3.溶胶-凝胶法

 

溶胶-凝胶法最大的优点是可以制备化学纯净性和最终产物均一性好的产品。在溶胶-凝胶法制备氧化锆的过程中,起始的锆盐一般为氯化锆,硝酸锆,八水合氧氯化锆等,以生成氧化锆凝胶。

 

纳米ZrO2晶体还可以通过在水溶液中的水解获得,并且水溶液中的pH值对最终的颗粒尺寸具有重要的作用。

 

4.水热和溶剂热法

 

水热法用于氧化锆的制备,具有很长的历史。水热合成法制备的粉体结晶性好、粒径较细可达到纳米级、团聚少,避免了液相合成法中最后的高温煅烧步骤。



 

然而这种方法反应过程需要高压处理,所用设备复杂昂贵,条件比较苛刻,实际操作比较困难。

 

溶剂热法是由水热法发展而来,利用有机溶剂代替水。用溶剂热法制得的纳米粒子具有较高的晶化度和较低的团聚现象。

 

参考来源

吕晓棠.纳米级氧化锆功能材料的制备及性能研究

杨喜锐.二氧化锆纳米粉体和涂层的制备及性能研究

梁玥.氧化锆粉体的表面改性处理

任永国等.氧化锆材料种类及应用


(中国粉体网编辑整理/漫道)

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