一种硅酸锆粉体的制备方法   0    0

[0001] 本发明属于材料化工领域，具体涉及一种溶胶凝胶辅助超声波声化学法制备硅酸锆粉体的方法。

[0002] 硅酸锆(ZrSiO4)属四方晶系，为岛状结构的硅酸盐矿物。硅酸锆因具有高熔点、低热导率、低膨胀系数、优良的化学及相稳定性等特点，使其可以作为高性能结构材料(如石墨、C/C复合材料及SiC结构陶瓷等)的高温抗氧化涂层材料。

[0003] 目前，制备硅酸锆晶体的方法主要有固相反应法、沉淀法、水热法以及溶胶-凝胶法等。上述方法普遍需要高温(如固相反应法需要1300-1600℃)或长时间(如水热法需要6-72h)来获得预期结构的硅酸锆晶体。

[0004] 在制备硅酸锆的研究中，C.E.Curtis等[C.E.Curtis，H.G.Sowman.J.Am.Ceram.Soc，1993，36，190.]以ZrO2和SiO2为原料，采用固相法，经过1315℃热处理后开始形成ZrSiO4，其合成率仅为2％，该法制备温度高且合成率很低。Takao Itoh[Takao Itoh.J.Cryst Groth，1992，125，223.]以氯氧锆、硅溶胶为原料，通过氨水调节混合液的pH值为9.5，然后得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥，在1200℃下煅烧形成ZrSiO4，采用沉淀法制备硅酸锆仍需要高温煅烧，后期处理复杂。陆彩飞等[陆彩飞，王秀峰，苗鸿雁，罗宏杰.硅酸盐学报.2000，28，87.)以ZrOCl2·8H2O和NaSiO3·9H2O为前驱体，NaF作矿化剂，去离子水为反应介质，采用水热法在280℃下反应6h获得纯相ZrSiO4，水热法虽然降低了合成温度但合成时间较长。江伟辉等(中国专利200710108375.X)采用工业纯无水四氯化锆、正硅酸乙酯为前驱体，通过选择合适的矿化剂经非水解溶胶-凝胶法在700℃低温保温15min合成硅酸锆粉体，该法虽然制备时间短但制备温度较高。

[0005] 本发明的目的在于提供了一种不仅制备成本低，而且操作简单、制备周期短不需要后期热处理的硅酸锆粉体的制备方法。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 1)分别将分析纯的ZrOCl2·8H2O、正硅酸乙酯(CH3CH2OSi(OCH2CH3)3)、NaF加入蒸馏水中搅拌均匀制成ZrOCl2的摩尔浓度为2-6mol/L的前驱液A，其中ZrOCl2·8H2O∶CH3CH2OSi(OCH2CH3)3∶NaF的摩尔比为2-6∶1-7∶1-3；

[0008] 2)向前驱液A中逐滴加入盐酸调节pH值为1-6.5，并不断搅拌，形成溶胶B；

[0009] 3)将溶胶B放入锥形瓶中，然后将锥形瓶置入固有频率为80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，在60-100℃，超声波功率为300-1000W下反应5-12h，反应结束后自然冷却到室温；

[0010] 4)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在40-80℃下干燥得硅酸锆粉体。

[0011] 本发明采用溶胶凝胶辅助超声波声化学法能够制备出质量较高的硅酸锆粉体。由于反应在液相中完成，不需要后期退火晶化处理，工艺设备简单，反应温度低，周期短，重复性好，所得硅酸锆晶粒径分布窄，晶型可控。

[0013] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

[0014] 实施例1：

[0015] 1)分别将分析纯的ZrOCl2·8H2O、正硅酸乙酯(CH3CH2OSi(OCH2CH3)3)、NaF加入蒸馏水中搅拌均匀制成ZrOCl2的摩尔浓度为4mol/L的前驱液A，其中ZrOCl2·8H2O∶CH3CH2OSi(OCH2CH3)3∶NaF的摩尔比为2∶7∶1；

[0016] 2)向前驱液A中逐滴加入盐酸调节pH值为1，并不断搅拌，形成溶胶B；

[0017] 3)将溶胶B放入锥形瓶中，然后将锥形瓶置入固有频率为80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，在60℃，超声波功率为300W下反应12h，反应结束后自然冷却到室温；

[0018] 4)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在40℃下干燥得硅酸锆粉体。

[0019] 实施例2：

[0020] 1)分别将分析纯的ZrOCl2·8H2O、正硅酸乙酯(CH3CH2OSi(OCH2CH3)3)、NaF加入蒸馏水中搅拌均匀制成ZrOCl2的摩尔浓度为6mol/L的前驱液A，其中ZrOCl2·8H2O∶CH3CH2OSi(OCH2CH3)3∶NaF的摩尔比为4∶4∶2；

[0021] 2)向前驱液A中逐滴加入盐酸调节pH值为4.5，并不断搅拌，形成溶胶B；

[0022] 3)将溶胶B放入锥形瓶中，然后将锥形瓶置入固有频率为80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，在80℃，超声波功率为700W下反应8h，反映应束后自然冷却到室温；

[0023] 4)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60℃下干燥得硅酸锆粉体。

[0024] 实施例3：

[0025] 1)分别将分析纯的ZrOCl2·8H2O、正硅酸乙酯(CH3CH2OSi(OCH2CH3)3)、NaF加入蒸馏水中搅拌均匀制成ZrOCl2的摩尔浓度为2mol/L的前驱液A，其中ZrOCl2·8H2O∶CH3CH2OSi(OCH2CH3)3∶NaF的摩尔比为6∶1∶3；

[0026] 2)向前驱液A中逐滴加入盐酸调节pH值为6.5，并不断搅拌，形成溶胶B；

[0027] 3)将溶胶B放入锥形瓶中，然后将锥形瓶置入固有频率为80kHz的超声波发生器中，开启超声波发生器，在100℃，超声波功率为1000W下反应5h，反应结束后自然冷却到室温；

[0028] 4)将反应物取出，通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥得硅酸锆粉体。

[0029] 由图1可看出所制备的硅酸锆粉体晶粒尺寸均一，形貌可控。

[0012] 图1为本发明所制备的硅酸锆粉体的扫描电镜(SEM)照片。