納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法
2023-05-19 04:37:56 1
納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法
【專利摘要】本發明公開了一種納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法，包括如下步驟：按照ZrW2O8的化學計量比分別稱取氧氯化鋯和偏鎢酸銨，並分別配製成氧氯化鋯水溶液和偏鎢酸銨水溶液；在對所述偏鎢酸銨水溶液進行攪拌的同時加入氧氯化鋯水溶液，攪拌並在60～70℃預熱後加入鹽酸溶液，攪拌並在80～100℃下加熱後，得到鎢酸鋯前驅體懸濁液；將所述鎢酸鋯前驅體懸濁液在170～190℃下進行水熱反應後，冷卻，收集沉澱並洗滌除去Cl-後，將沉澱烘乾，在800～1000℃下進行煅燒，得到產品。本發明採用水熱合成反應在低溫下製備得到負熱膨脹鎢酸鋯納米空心球，得到了納米級規則顆粒，並降低了鎢酸鋯密度，在航空航天領域有巨大的應用潛力。
【專利說明】納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種製備納米鎢酸鋯的工藝，特別是一種納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法，屬於陶瓷材料領域。
【背景技術】
[0002]近年來，材料的熱膨脹特性已成為材料界普遍關注的問題之一，研宄和開發零膨脹或低膨脹材料，可顯著提高材料的熱幾何穩定性及抗衝擊能力。立方相鎢酸鋯是目前負熱膨脹材料研宄的熱點之一，其負膨脹效應溫度範圍最寬、負膨脹係數高並保持各向同性，這些優良的性質為鎢酸鋯的應用奠定了基礎。它可與正膨脹材料複合成零膨脹或低膨脹材料，應用於器件是在極大溫度轉化條件下使用的航空航天領域。目前鎢酸鋯的製備方法主要有固相燒結法、溶膠-凝膠法、燃燒法、化學共沉澱法和微波法等，但這些方法通常只能得到不規則的顆粒或晶須，密度較大，不利於航空航天領域的應用。水熱合成法是真正實現了低溫合成鎢酸鋯粉體材料的方法，可有效縮短前驅體合成時間，控制晶體生長方向。經文獻檢索發現，《矽酸鹽學報》2008: (36):35-39上刊登了孫秀娟等人介紹水熱合成法製備鎢酸鋯粉體的文章《水熱法製備負熱膨脹性ZrW2O8粉體》。該文中提到的水熱合成工藝首先將起始物質混合攪拌後得到均一懸濁液，並使用鹽酸作為礦化劑進行水熱反應，從而得到了規則長方體棒狀的鎢酸鋯粉體。然而，該工藝所得粉體顆粒較大，且密度較大，水熱合成反應時間對顆粒形態影響顯著，形態控制困難。
【發明內容】
[0003]本發明針對上述技術中存在的不足，提供一種納米鎢酸鋯空心球的水熱合成方法，使製備的鎢酸鋯顆粒為納米級別的空心球形，可基本滿足工業生產要求。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的，本發明利用水熱合成工藝，將起始物質偏鎢酸銨和氧氯化鋯混合，在磁力攪拌器中攪拌並加熱，增加了礦化物鹽酸的含量，從而在隨後的水熱合成工藝中製備得到納米級別的鎢酸鋯空心球。
[0005]本發明涉及一種納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法，其包括如下步驟:
[0006]按照ZrW2O8的化學計量比分別稱取氧氯化鋯和偏鎢酸銨，並分別配製成氧氯化鋯水溶液和偏鶴酸錢水溶液；
[0007]在對所述偏鎢酸銨水溶液進行攪拌的同時加入氧氯化鋯水溶液，攪拌並在60?70°C預熱I?3h後加入鹽酸溶液，攪拌並在80?100°C下加熱2.5?3.5h後，得到鎢酸鋯前驅體懸濁液；
[0008]將所述鎢酸鋯前驅體懸濁液在170?190°C下進行水熱反應4?6h後，冷卻，收集沉澱並洗滌除去Cl—後，將沉澱烘乾，在800?KKKTC下進行煅燒，得到產品。
[0009]作為優選方案，所述鹽酸溶液的濃度為4?8mol/L。
[0010]作為優選方案，所述煅燒的時間為I?5h。
[0011]與現有技術相比，本發明採用水熱合成反應製備的納米級鎢酸鋯空心球粒徑均一，負膨脹性能良好，其線膨脹係數α為-11.AXKT6ITi,密度P為3.2g/cm3，平均粒徑為400nmo
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
[0013]圖1為實施例1製備的納米級鎢酸鋯空心球的SEM照片和TEM照片。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
[0015]實施例1
[0016]按ZrW2O8的化學計量比稱取氧氯化鋯(ZrOCl 2)和偏鎢酸銨((NH4) 6ff12 039)，並分別溶解在水中配置成溶液a (氧氯化鋯水溶液)和溶液b (偏鎢酸銨水溶液)，在溶液b不斷攪拌的前提下，將溶液a加入溶液b中，使其充分混合得到混合溶液C，持續攪拌並在60°C加熱2h後；在混合溶液c中加入6mol/l鹽酸調節pH至0.2，持續攪拌並升溫至90°C加熱3h，得到均一前驅體懸濁液。將前驅體懸濁液移入水熱反應釜中，在180°C下水熱5h。待冷卻後倒出上層清液，將所得沉澱用去離子水洗滌，去除多餘Cl—。將沉澱烘乾後，移入馬沸爐中以900°C煅燒2min，獲得負熱膨脹鎢酸鋯空心球粉體，其線膨脹係數α為-11.4X KT6IT1,密度 P 為 3.2g/cm3。
[0017]本實施例所製備的鎢酸鋯空心球粉體的SEM照片分別如圖1a(低倍)和圖1b (高倍)所示，可以看出ZrW2O8顆粒是表面呈晶須狀均勻的球體，平均粒徑在300nm左右，同時存在少量啞鈴型及團聚現象。個別破損的球殼結合圖1(c)所示，Z證明空心球結構的存在。
[0018]實施例2
[0019]按ZrW2O8的化學計量比稱取氧氯化鋯(ZrOCl 2)和偏鎢酸銨((NH4) 6ff12 039)，並分別溶解在水中配置成溶液a (氧氯化鋯水溶液)和溶液b (偏鎢酸銨水溶液)，在溶液b不斷攪拌的前提下，將溶液a加入溶液b中，使其充分混合得到混合溶液C，持續攪拌並在65°C加熱2h後；在混合溶液c中加入6mol/l鹽酸調節pH至0.2，持續攪拌並升溫至90°C加熱3h，得到均一前驅體懸濁液。將前驅體懸濁液移入水熱反應釜中，在180°C下水熱5h。待冷卻後倒出上層清液，將所得沉澱用去離子水洗滌，去除多餘Cl—。將沉澱烘乾後，移入馬沸爐中以900°C煅燒2min，獲得負熱膨脹鎢酸鋯空心球粉體，其線膨脹係數α為-11.4X KT6IT1,密度P為3.2g/cm3，平均粒徑為400nm。
[0020]實施例3
[0021 ] 按ZrW2O8的化學計量比稱取氧氯化鋯(ZrOCl 2)和偏鎢酸銨((NH4) 6ff12 039)，並分別溶解在水中配置成溶液a (氧氯化鋯水溶液)和溶液b (偏鎢酸銨水溶液)，在溶液b不斷攪拌的前提下，將溶液a加入溶液b中，使其充分混合得到混合溶液C，持續攪拌並在70°C加熱2h後；在混合溶液c中加入6mol/l鹽酸調節pH至0.2，持續攪拌並升溫至90°C加熱3h，得到均一前驅體懸濁液。將前驅體懸濁液移入水熱反應釜中，在180°C下水熱5h。待冷卻後倒出上層清液，將所得沉澱用去離子水洗滌，去除多餘Cl—。將沉澱烘乾後，移入馬沸爐中以900°C煅燒2min，獲得負熱膨脹鎢酸鋯空心球粉體，其線膨脹係數α為-11.4X KT6IT1,密度P為3.2g/cm3為，平均粒徑為400nm。
[0022]實施例4
[0023]按ZrW2O8的化學計量比稱取氧氯化鋯(ZrOCl 2)和偏鎢酸銨((NH4) 6ff12 039)，並分別溶解在水中配置成溶液a (氧氯化鋯水溶液)和溶液b (偏鎢酸銨水溶液)，在溶液b不斷攪拌的前提下，將溶液a加入溶液b中，使其充分混合得到混合溶液C，持續攪拌並在60°C加熱2h後；在混合溶液c中加入4mol/l鹽酸調節pH至0.1，持續攪拌並升溫至90°C加熱3h，得到均一前驅體懸濁液。將前驅體懸濁液移入水熱反應釜中，在180°C下水熱5h。待冷卻後倒出上層清液，將所得沉澱用去離子水洗滌，去除多餘Cl—。將沉澱烘乾後，移入馬沸爐中以900°C煅燒lmin，獲得負熱膨脹鎢酸鋯空心球粉體，其線膨脹係數α為-11.4X KT6IT1,密度P為3.2g/cm3，平均粒徑為400nm。
[0024]實施例5
[0025]按ZrW2O8的化學計量比稱取氧氯化鋯(ZrOCl 2)和偏鎢酸銨((NH4) 6ff12 039)，並分別溶解在水中配置成溶液a (氧氯化鋯水溶液)和溶液b (偏鎢酸銨水溶液)，在溶液b不斷攪拌的前提下，將溶液a加入溶液b中，使其充分混合得到混合溶液C，持續攪拌並在60°C加熱2h後，在混合溶液c中加入8mol/l鹽酸調節pH至0.4，持續攪拌並升溫至90°C加熱3h，得到均一前驅體懸濁液。將前驅體懸濁液移入水熱反應釜中，在180°C下水熱5h。待冷卻後倒出上層清液，將所得沉澱用去離子水洗滌，去除多餘Cl—。將沉澱烘乾後，移入馬沸爐中以900°C煅燒5min，獲得負熱膨脹鎢酸鋯空心球粉體，其線膨脹係數α為-11.4X KT6IT1,密度P為3.2g/cm3，平均粒徑為400nm。
[0026]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種納米級鎢酸鋯空心球的水熱合成方法，其特徵在於，包括如下步驟: 按照ZrW2O8的化學計量比分別稱取氧氯化鋯和偏鎢酸銨，並分別配製成氧氯化鋯水溶液和偏鶴酸錢水溶液； 在對所述偏鎢酸銨水溶液進行攪拌的同時加入氧氯化鋯水溶液，攪拌並在60?70°C預熱I?3h後調節pH至0.2，攪拌並在80?100°C下加熱2.5?3.5h後，得到鎢酸鋯前驅體懸濁液； 將所述鎢酸鋯前驅體懸濁液在170?190°C下進行水熱反應4?6h後，冷卻，收集沉澱並洗滌除去Cl-後，將沉澱烘乾，在800?1000°C下進行煅燒，得到所述納米級鎢酸鋯空心球。
2.如權利要求1所述的水熱合成方法，其特徵在於，所述調節pH至0.2是通過加入鹽酸溶液實現的。
3.如權利要求2所述的水熱合成方法，其特徵在於，所述鹽酸溶液的濃度為4?8mol/L0
4.如權利要求1所述的水熱合成方法，其特徵在於，所述煅燒的時間為I?5h。
【文檔編號】C01G41/00GK104495939SQ201410697474
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】吳一, 張琳達, 王浩偉, 劉預, 彭思平 申請人:上海交通大學, 上海紫竹新興產業技術研究院