集四海八荒：11种纳米氧化锆制备法优劣简述
2020-12-18 17:41:45
理想的ZrO2粉体是：①粒度为亚微米级或更细；②形状为等球形；③无团聚；④纯度高，化学组成均匀；⑤粒度分布窄。其中，纯度和粒度是标志粉体性质的决定因素。因此，研制高纯超细优质ZrO2粉体就成了国内外精细陶瓷研究者十分关注的课题之一。
纳米氧化锆液体(溶剂)
国内外有许多方法用于制备氧化锆超细颗粒，大致分为气相法、液相法和固相法，细分之后不计其数。小编查阅各类文献，出本文，简述了其中较为常见的11种制备氧化锆方法的优缺点。
1.液相反应沉淀法
液相反应沉淀法即从溶液中通过沉淀获得前驱体颗粒的方法简单、安全且低耗，因成本低、易于工业化等优点而成为研究的热点。然而，采用这种传统的方法所获得的粉末具有不规则形状以及较宽颗粒尺寸分布。
2.均匀沉淀法
均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子在溶液中缓慢、均匀地释放出来，此时加入的沉淀剂不是立刻与沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成，从而有效地降低了反应物的浓度梯度，对纳米粒子粒径分布有所控制。该方法化学反应过程简单；成本低；易于规模化生产。但均匀沉淀法的整个沉淀反应发生在水溶液中，难以控制颗粒的长大和团聚，且颗粒的形状也不易控制，制备过程容易团聚，影响粉末分散性能。
3.乳液法
采用乳液法可将金属盐溶解在被油相包围的带表面活性剂的水核中，在水核中发生化学反应，所产生的微粒呈球形，粒径小且均匀，满足制备陶瓷原料的要求，故目前从乳液中制备纳米粉末的报道较多。然而，采用这种方法需要将含有待沉淀离子的微乳液与含有沉淀剂的另一种微乳液或一般溶液、固体甚至气体进行混合。在混合过程中难免产生一定的浓度梯度，使微乳液的水核处于不同的微观环境中，造成水核的大小、水核本身及产物粒子的稳定性等发生不同程度的变化，致使微乳液中不同区域沉淀反应进程不同步，从而使合成的纳米粒子粒径分布变宽。同时，微乳液中作为反应产物而存在的水相含量往往相对较少，且使用的有机溶剂价格偏高，这样使纳米粉末的生产成本过高。
4.水热合成法
水热合成法是在一个反应釜中进行全过程，所以产品纯度高，团聚程度低，粉末分散好，粒度极细，可达到纳米级，而且粒度分布窄。缺点是设备复杂昂贵，条件苛刻，能耗大，不易实现工业化生产。
5.电化学法
电化学法能制备出分散性很好的纳米氧化锆晶核，经热处理可获得结晶完好四方相纳米氧化锆晶体，粉体初级平均粒径为7.6nm。但是目前只限于实验室阶段，并未投入工厂生产。
6.撞击流管式反应新工艺
不同于传统工艺，该工艺利用撞击流进料，采用高效微观混和管式反应器；管式反应器的独特设计克服了返混，强化了过程的微观混合，实现了均匀成核，使得成核过程易于控制，提高了工艺的可控性。用该工艺结合醇热处理表面改性制备的超细氧化锆粉体，平均粒径约为14nm，该粉体干燥煅烧后呈蓬松状，无硬团聚的发生，可生成粒度分布非常窄的纳米氧化锆粉体。该方法过程简单，易于工业化大生产。
7.高温喷雾热解法
本法将喷雾干燥和分解合成工艺合并一起，使工艺过程简化，又可减少合成过程中粉体的聚集，得到颗粒均匀，活性高，粒度分布特别窄的ZrO2粉体。
氧化锆造粒粉系列产品（以喷雾排干的颗粒形式造粒生产）
8.冷冻干燥法
首先将适当的盐溶液雾化，然后使其迅速冷冻，形成分散度良好的粉末，并在冷冻状态下脱去溶剂，最后使分散状态的盐颗粒在相对较低的温度下转化成高活性ZrO2粉体。不言而喻，这类方法所得ZrO2粉体优于其它一切方法，但其缺点也是显而易见的，即设备复杂昂贵，所用溶液的配制也是困难而复杂的问题。
9.爆炸法
爆炸法是近几年新工艺，其优点是能实现纳米晶的快速制备，形成粒度极细的氧化锆粉体，但是其温度梯度过大，造成能耗也很多。
10.固相悬浮研磨法
它主要是利用球磨机的转动、振动使磨球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，将其粉碎为纳米颗粒。研磨时，液体介质形成微乳液，固相反应物被包裹在微乳液胶束中进行，并且悬浮在液相中。该方法克服了液相反应中化学计量比不准确的缺点又解决了简单固相反应中反应均匀性差的问题。
氧化锆球磨珠
11.溶胶一凝胶法
溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)从原料上讲，这种方法类似于沉淀剂法和水解法。采取溶胶一凝胶法可制备球形的纳米陶瓷颗粒，生成粒度细微，能达到亚微米级或更细；颗粒形态为等轴球形；无团聚体；纯度高、化学组成均匀；粒度分布窄。由此可见，溶胶-凝胶法是目前最理想、最具使用价值的制粉方法。然而，其原材料昂贵，因而无法用于大规模生产。
我国目前年产氯氧化锆4万吨以上，其中大部分以初级原料出口，同时每年要进口大约几十吨高档包括超细氧化锆粉体用于生产氧传感器和湿敏器。当前我国氧化锆粉体产业基本上“精进粗出”，迫切需要开发氧化锆粉体制备新工艺，特别是具有高附加值的纳米氧化锆粉体制备技术。
：小黑杨
参考文献
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