粉料特性对氧化锆陶瓷材料的性能有着十分重要的影响。要想获得高性能的陶瓷材料，使用超细度、 高活性、颗粒度分布集中、团聚小的粉体原料是必经之路［１，２］，这样不仅能降低烧结温度， 节约能源，而且可以大大提高其制品的性能，包括力学性能、热稳定性和抗热震性等。近年来，以 共沉淀方法为代表的化学合成法，因具有设备简单、操作方便、成本低廉等特点，受到广泛的关注 。共沉淀方法包括沉淀和溶剂脱除法两类，可以制备组成精确、超细度、高纯度、高均匀性的粉体 原料，并在工业生产中将有广泛的应用前景。本文对共沉淀法制备３ｍｏｌ％氧化钇稳定氧化锆超 细粉末工艺过程进行了研究，并对沉淀洗涤方式、热分解特性、粉末颗粒度分布和相组成进行了分 析讨论。１实验部分１．１原料及试剂氧氯化锆（ＺｒＯＣｌ２·８Ｈ２Ｏ），工业纯；氧化钇（ Ｙ２Ｏ３），分析纯；其余所用试剂均为分析纯或化学纯。图１氧化钇稳定氧化锆超细粉末制备工 艺流程１．２氧化钇稳定氧化锆超细粉末的合成共沉淀法制备氧化钇稳定氧化锆超细粉末分为溶解 、共沉淀、干燥和热分解等步骤，其工艺流程如图１所示。（１）溶解：将氧氯化锆（ＺｒＯＣｌ ２·８Ｈ２Ｏ）溶解于蒸馏水中，制成０．５ｍｏｌ／Ｌ的水溶液。此溶液呈酸性（ｐＨ＝１）， 在该溶液中加入Ｙ２Ｏ３，溶解后得到Ｚｒ４＋和Ｙ３＋的混合溶液。（２）沉淀：在不断搅拌下 ，往上述溶液中加入氨水，Ｚｒ４＋和Ｙ３＋共沉淀生成Ｚｒ（ＯＨ）４和Ｙ（ＯＨ）３。分别用 氨水、无水乙醇或丙酮洗涤数次，在１２０℃下干燥２４ｈ。（３）
热分解：将上述干燥粉末在６ ５０℃下焙烧２ｈ，获得氧化钇稳定氧化锆粉末。１．３仪器和测试方法粉末颗粒度分布测定采用 日本岛津ＳＡ－ＣＰ３颗粒度分析仪，用０．２％的偏磷酸钠水溶液作分散剂，将粉末在高强度超 声波下分散后测定其颗粒度分布和平均颗粒尺寸。粉末的ＤＴＡ曲线用ＰＣＲ－２、热分析仪测定 ，升温速率为１０℃／ｍｉｎ，最高测量温度为１３００℃，采用ＰｔＲｈ１０－Ｐｔ热电偶测温 。粉末的相组成采用ＰＷ１７００Ｘ光衍射仪和ＤＴＡ热分析法测定。将氢氧化物沉淀分别在８０ ～８５０℃下热处理４ｈ，测定其Ｘ光衍射谱，对照Ｘ光衍射谱标准卡片进行标定，获得粉末相组 成，测定条件为ＣｕＫα，４０ｋＶ／４０ｍＡ。２实验结果分析２．１洗涤剂对粉末颗粒度的影 响氧化钇稳定氧化锆超细粉末制备过程中，粉末的团聚现象是谱遍存在的。实验证明，粉末的团聚 现象是降低材料性能的重要原因，因此在陶瓷粉末原料制备过程中，防止和消除粉末团聚是非常重 要的［３］。本文采用有机溶剂丙酮或无水乙醇洗涤沉淀，除去沉淀中的大量的溶剂水来减少和消 除粉末颗粒的团聚。经有机介质洗涤后得到的粉末和未经有机介质洗涤的粉末颗粒度分布如图２。 ａ—不洗涤粉末由图可知，不经洗涤处理，采用直接干燥热分解所获得粉末颗粒度分布出现了双峰 （图２ａ），其中大颗粒尺寸范围内的颗粒的出现证明颗粒之间产生了团聚。经过氨水洗涤处理后 ，粉末团聚颗粒明显减少（图２ｂ），虽然仍然出现颗粒度的双峰分布，但两个峰值，即单颗粒分 布峰值和团聚颗粒分布峰值都有减小，粉末仍有团聚现象。图２ｃ为经有机介质丙酮或无水乙醇洗 淀后的氧化钇稳定氧化锆粉末颗粒度分布ｂ—氨水洗涤沉淀粉末ｃ—有机介质洗涤沉淀粉末图２不 同洗涤剂对粉末颗粒度分布的影响图，其平均颗粒尺寸为０．５μｍ，小于３．０μｍ的颗粒占１ ００％，小于１．０μｍ的颗粒占７３．５％。颗粒度分布表明没有大颗粒出现，仅出现在小颗粒 尺寸范围内的颗粒。这说明用有机介质洗涤沉淀，能够很好地消除粉末的团聚现象。在制备氧化钇 稳定氧化锆粉末中，应用氨水洗涤沉淀去除Ｃｌ－离子以减少粉末颗粒硬团聚已得到证实［４］。 在制备氧化钇稳定氧化锆粉末中，为了不使Ｙ２Ｏ３流失，采用ｐＨ值为９的氨水洗涤沉淀。结果 表明氨水洗涤沉淀后，可以减少硬团聚产生，但仍不能有效地消除硬团聚颗粒。而有机溶液作为洗 涤介质时，可以消除团聚颗粒的产生。这是因为洗涤介质的表面张力是团聚产生的关键因素，由Ｙ ｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方程ΔＰ＝σ／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）可知，溶液的表面张力越大， 毛细管力作用越强。无水乙醇的表面张力（０．０２２３９Ｎ／ｍ２）是水的表面张力（０．０７ ２８８Ｎ／ｍ２）的三分之一，因此无水乙醇的毛细管力也应该是水的毛细管力的三分之一；而丙 酮的表面张力更小，其毛细管力的作用更低。故作为消除粉末团聚颗粒的沉淀洗涤介质，有机介质 要比氨水效果明显。２．２粉末的脱水、热分解性质氢氧化物的脱水和热分解是影响粉末颗粒性能 的主要步骤。为了寻求合理的焙烧温度，测试了氢氧化锆沉淀在加热过程中的差热变化规律，结果 如图３所示。从图３可以看出，氢氧化锆的脱水和热分解发生在很大的温度范围内。低于１４０℃ 时的吸热峰可以认为是游离水的挥发；在２９２℃时出现的放热峰，为粉末由不定型态向晶态（立 方相）转变时产生的；在４３８℃时出现的放热峰，为立方相向四方相转变所致。２．３粉末的相 组成粉末经不同温度下处理的Ｘ光衍射谱如图４。经与标准Ｘ光衍射卡片比较，温度在８０℃和２ ００℃下处理的粉末完全为无定型态；４００℃下处理的粉末为立方相组成；６００℃处理的粉末 除立方相外，有部分单斜相，这是由于该温度下部分立方相转变为四方相，而温度降低时，四方相 失稳转变为单斜相，相变反应如下ＺｒＯ２（ｃ）→ＺｒＯ２（ｔ）ＺｒＯ２（ｔ）→ＺｒＯ２（ ｍ）图３Ｚｒ（ＯＨ）４粉末的ＤＴＡ曲线图４粉末经不同温度处理的Ｘ光衍射谱图５０℃下处理 的粉末，由立方相、四方相和单斜相组成。随着处理温度升高，由立方相转变成的四方相颗粒长大 ，低温时更不稳定，以致转变为单斜相，而一些细小颗粒四方相存在下来。粉末合理的相组成和适 当尺寸的四方相、单斜相颗粒，对于保证ＺｒＯ２陶瓷材料具有较高的强度、韧性起着重要作用［ ５］。３结论（１）用共沉淀法制备的氧化钇稳定氧化锆超细粉末，粉末颗粒平均尺寸小于０．５ μｍ，小于３．０μｍ的颗粒占１００％。采用无水乙醇和丙酮介质洗涤沉淀能很好地消除粉末的 团聚现象。（２）粉末热分解温度范围较宽，在分解过程中，伴随有不定型态向晶态及立方相向四 方相转变的放热过程。（３）粉末的相组成决定于热处理温度和颗粒尺寸大小。氢氧化锆粉末在６ ５０℃处理后，完全分解为氧化锆粉末。氧化钇稳定氧化锆超细粉末的制备和性能@赵文广@安胜 利@张丽英@安立国$包头钢铁学院氧化钇稳定氧化锆,
超细粉末,粉末颗粒度分布,相组成采用 共沉淀法制备３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２超细粉末，使用乙醇或丙酮洗涤沉淀，以消除颗粒团 聚。应用ＤＴＡ热分析仪、颗粒度分析仪和Ｘ光衍射仪研究分析了粉末的热分解特性、颗粒大小和 分布以及相组成。实验结果表明，粉末平均颗粒直径小于０．５μｍ，在６５０℃下处理的氧化钇 稳定氧化锆超细粉末以单斜－四方晶型存在。１ＢｒｏｏｋＲＪ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＣｅｒａ ｍｉｃｓ．ｅｄｉｔｅｄｂｙＣｌａｕｓｅｎＮ，１９８３，１２：２７２～２８０２Ｓｈｅｎｇ ｌｉＡｎ，ＸｉｎｇｆａｎｇＷｕ，ＷｅｉｊｉａｎｇＷｕ，ＱｉｎｇｇｕｏＬｉｕ．Ｅｆｅｃｔ ｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭ ｇＯ－ＰＳＺｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＩｏｎｉｅｓ，１９９２，５７： ３１～３４３安胜利，刘庆国．氧化镁部分稳定氧化锆超细粉末的制备和性能．包头钢铁学院学报 ，１９９２，１１（２）：１４～１９４ＪｏｎｅｓＳＬ，ＮｏｒｍａｎＣＪ．ＪＡｍＣｅｒａｍ Ｓｏｃ，１９８８，７，Ｃ－１９０～Ｃ－１９１５史可顺．氧化铝增韧陶瓷及其进展．硅酸盐通 报，１９８８，７（１）：４７～５７内蒙古自然科学基金峰，为立方相向四方相转变所致。２． ３粉末的相组成粉末经不同温度下处理的Ｘ光衍射谱如图４。经与标准Ｘ光衍射卡片比较，温度在 ８０℃和２００℃下处理的粉末完全为无定型态；４００℃下处理的粉末为立方相组成；６００℃ 处理的粉末除立方相外，有部分单斜相，这是由于该温度下部分立方相转变为四方相，而温度降低 时，四方相失稳转变为单斜相，相变反应如下ＺｒＯ２（ｃ）→ＺｒＯ２（ｔ）ＺｒＯ２（ｔ）→ ＺｒＯ２（ｍ）图３Ｚｒ（ＯＨ）４粉末的ＤＴＡ曲线图４粉末经不同温度处理的Ｘ光衍射谱图５ ０℃下处理的粉末，由立方相、四方相和单斜相组成。随着处理温度升高，由立方相转变成的四方 相颗粒长大，低温时更不稳定，以致转变为单斜相，而一些细小颗粒四方相存在下来。粉末合理的 相组成和适当尺寸的四方相、单斜相颗粒，对于保证ＺｒＯ２陶瓷材料具有较高的强度、韧性起着 重要作用［５］。３结论（１）用共沉淀法制备的氧化钇稳定氧化锆超细粉末，粉末颗粒平均尺寸 小于０．５μｍ，小于３．０μｍ的颗粒占１００％。采用无水乙醇和丙酮介质洗涤沉淀能很好地 消除粉末的团聚现象。（２）粉末热分解温度范围较宽，在分解过程中，伴随有不定型态向晶态及 立方相向四方相转变的放热过程。（３）粉末的相组成决定于热处理温度和颗粒尺寸大小。氢氧化 锆粉末在６５０℃处理后，完全分解为氧化锆粉末。氧化钇稳定氧化锆超细粉末的制备和性能@赵 文广@安胜利@张丽英@安立国$包头钢铁学院氧化钇稳定氧化锆,超细粉末,粉末颗粒度分布, 相组成采用共沉淀法制备３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２超细粉末，使用乙醇或丙酮洗涤沉淀，以 消除颗粒团聚。应用ＤＴＡ热分析仪、颗粒度分析仪和Ｘ光衍射仪研究分析了粉末的热分解特性、 颗粒大小和分布以及相组成。实验结果表明，粉末平均颗粒直径小于０．５μｍ，在６５０℃下处理的氧化钇稳定氧化锆超细粉末以单斜－四方晶型存在。１ＢｒｏｏｋＲＪ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＣｅｒａｍｉｃｓ．ｅｄｉｔｅｄｂｙＣｌａｕｓｅｎＮ，１９８３，１２：２７２～２８０２ＳｈｅｎｇｌｉＡｎ，ＸｉｎｇｆａｎｇＷｕ，ＷｅｉｊｉａｎｇＷｕ，ＱｉｎｇｇｕｏＬｉｕ．
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