一種3YSZ納米粉體及其製備方法與用途與流程

2023-10-23 20:04:07 3

本發明屬於材料科學領域，具體涉及一種3YSZ納米粉體及其製備方法與用途。

背景技術：

Y2O3穩定的ZrO2(YSZ)固體電解質，具有較高的氧離子導電性，良好的機械性能，優秀的耐氧化和耐腐蝕性以及不與電極材料反應等優點而成為製作高溫固體燃料電池、壓電陶瓷、氧傳感器、鐵電陶瓷等主要材料，而氧化釔穩定氧化鋯粉體超細的晶粒粒度、均勻的顆粒以及合理的成分配比是獲得高離子電導性能和良好機械強度YSZ固體電解質的關鍵。因此，納米YSZ粉體的製備一直是納米材料製備學科的熱點。

而目前工業製備3YSZ(即3摩爾氧化釔穩定氧化鋯)納米粉體的方法主要是共沉澱法、水熱合成法。採用共沉澱法製備3YSZ粉體時，沉澱物在洗滌、過濾、乾燥時容易發生團聚，使得粉體粒度偏大，分散性差，而且洗滌氯離子的過程當中需要大量的水，成本高，易造成汙染，能源的消耗和製備成本增加。傳統固相機械混合法一般採用的是球磨技術，其研磨體氧化鋯球的粒徑較大，使得合成粉體顆粒較粗，且不能混合均勻，需要較長的球磨時間。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明首先提供了一種新型的3YSZ納米粉體，包括以下組分：以氧化鋯和氧化釔總質量為1000份計算，其中氧化鋯為945份，氧化釔為55份。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體中，還包括分散劑。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體中，所述分散劑為聚丙烯酸銨、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、PEG2000和聚甲基丙烯酸；更優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體中，所述分散劑為聚甲基丙烯酸。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體中，所述3YSZ納米粉體的粒徑範圍≤80nm；平均粒徑小於50nm。

其次，本發明另一目的提供了上述新型的3YSZ納米粉體的製備方法，包括以下步驟：

將氧化鋯和氧化釔混合後加入去離子水及分散劑，調成漿料，攪拌球磨，然後進行砂磨、噴霧乾燥後製得納米級3YSZ粉體。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述氧化鋯和氧化釔的比例為，以總質量為1000份計算，其中氧化鋯為945份，氧化釔為55份。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述分散劑為聚丙烯酸銨、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、PEG2000和聚甲基丙烯酸；更優選地所述分散劑為聚丙烯酸銨。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述漿料中固體含量為30％-62.5％重量。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述攪拌球磨的時間為1-5h。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述3YSZ納米粉體的粒徑範圍≤80nm；平均粒徑小於50nm。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述砂磨的時間為4-6小時，研磨體為粒徑0.1-0.8mm的氧化鋯珠，砂磨轉速為800-1100r/min。

優選地，本發明所述的3YSZ納米粉體的製備方法中，所述噴霧乾燥方法中設備霧化頻率為36-45Hz，進風溫度300-350℃，出風溫度90-100℃。

最後，本發明提供了上述新型3YSZ納米粉體在製備高溫固體燃料電池、壓電陶瓷、氧傳感器、鐵電陶瓷中的應用。

本發明的新型3YSZ納米粉體的製備方法及產品，至少有以下優點：

1)砂磨技術製備粉體的過程簡單方便，周期短，重複性好；

2)新型3YSZ納米粉體具有粒度均勻(圖1所示)，為納米級，粒徑範圍在80nm以內(圖2所示)，平均粒徑小於50nm，適合批量生產與工業化應用；

3)本發明所述製備方法，使用去離子水為研磨介質，很好地解決了傳統的粉體製備工藝中所遇到洗滌氯離子時需要大量的去離子水，成本高，環境汙染大的問題。

附圖說明

圖1本發明製備的粉體外觀圖；

圖2實施例4所製備的3YSZ納米粉體場發射電子掃描顯微鏡圖；

圖3實施例5所製備的3YSZ納米粉體固相合成產品的XRD圖。

具體實施方式

下面結合實施例，進一步說明本發明，應理解下述實施例僅為示例性說明，並不用於限制或解釋權利要求的保護範圍。

實施例1