共沉淀法制备部分钇稳定的二氧化锆

２０１２年・第２期　技术与研究　中国材料科技与设备（双月刊）　

共沉　淀法制备部分钇稳定的二氧化锆　

孙锐　，尚勋忠，刘越彦，郭金明，常钢，周桃生，何云斌　

（湖北大学材料科学与工程学院功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室，湖北武汉４３００６２）　

摘要：采用共沉淀法制备了部分钇稳定的二氧化锆粉体（ＹＳＺ），研究了不同钇含量、不同锆液浓度和不同煅烧条件对　粉体的相结构的影响。实验结果表明ＹＳＺ粉体中四方相含量变化对钇的掺杂量极为敏感，锆液浓度必须高于０．２ｍｏｌ／Ｌ才　

能得到部分稳定的二氧化锆，煅烧条件对粉体的相结构无明显影响。通过实验获得了ＹＳＺ粉体的较佳制备条件。　

关键词：二氧化锆；三氧化二钇；共沉淀法；相结构　

中图分类号：Ｏ６１１．６２　文献标识码：Ａ　

０　引言　

二氧化锆是一种高温稳定性好，力学性能优良的结构材　

料和功能材料。二氧化锆纳米粉体更是由于其优异的性能而　

被应用于各个领域，如固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）等［１］。　

四方多晶二氧化锆由于其优良力学性能吸引了众多的关　注Ｉ２］。同时，四方多晶二氧化锆作为增韧剂被广泛应用，如　

掺入二氧化钛生物陶瓷中以增强其力学性能［３］。部分稳定氧　

化锆（ＰｓＺ）由于其单斜一四方相变所带来的韧性增强从　

而得到了大量应用，如氧化锆陶瓷假牙的制备［４］。部分稳定　

的二氧化锆是一种很有潜力的高温结构陶瓷，其常用制备方　

法有固相反应、水热法、ｓｏｌ－ｇｅｌ法、冷冻于法和共沉淀法　等＿５］。固相反应需要较高的温度，故能耗较高。水热法可以　

在低温条件下制备出优越的晶粒相似、粒径单一的粉体＿６］。　

共沉淀法工艺简单，常温下即可反应，故已运用于工业化生　

产中。近二十年，不同的氧化物如Ｙ２（］３、ＭｇＯ、Ｃｄ０２等被　

用于将二氧化锆的四方相稳定于室温下＿７　。但是，稳定剂用　

量不同，对粉体中四方相的稳定作用是不同的，不同用量将　

会导致晶粒中稳定于室温下的四方相含量的不同。而部分稳　

定的二氧化锆作为常用的陶瓷增韧剂，其增韧机理为在外界　

压力作用下，发生单斜相向四方相的转变，掺入陶瓷基体内　

的增韧剂颗粒在相变过程中吸收了基体尖端裂纹的能量，从　

而阻止了裂纹的进一步扩展，达到增加基体韧性的目的。四　

方相含量不同，颗粒所能吸收的能量也不同，因此四方相的　

含量是至关重要的。本文目的即为研究共沉淀法制备Ｙ２　

部分稳定二氧化锆（ＹｓＺ）粉体的工艺条件，研究不同工艺　

参数对ＹＳＺ粉体相结构的影响。　

１　实验　

１．１原料　

本实验使用的原料为分析纯的ＺｒＯＣ１　・８Ｈ。Ｏ　

（９９％），分析纯的Ｙ２０３（９９．９９　）和中国医药集团上海　

化学试剂公司的浓氨水（２５　～２８　）。　１．２实验流程　

将一定摩尔比的Ｚｒ（）Ｃｌ２・８Ｈｚ（）和Ｙｚ（）３的硝酸溶液　混合于去离子水中，匀速搅拌１０ｍｉｎ。用过量的氨水对混　

合溶液进行滴定，将得到的Ｚｒ（０Ｈ）　和Ｙ（０Ｈ）。的沉淀　

物用去离子水洗涤至中性。将洗涤后的沉淀物置于８Ｏ℃的　

烘箱中烘干。最后，将沉淀物在一定温度下进行煅烧，得　

到部分钇稳定的二氧化锆粉体。实验的流程图如图１所示。　

图１　ＹＳＺ粉体制备流程图　

Ｆｉｇ．１　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　

１．３分析测试　

用日本理学Ｄ／Ｍａｘ－－３Ｃ型Ｘ射线衍射仪进行相结构　

分析。用ＪＳＭ６５１０ＬＶ型ＳＥＭ仪进行粉体的形貌表征。　

２　结果与讨论　

２．１不同Ｙ２　Ｏ３含量对ＹＳＺ粉体相结构的影响　

制备了不同Ｙ２（）３含量的六个样品，Ｙ２（）ｓ含量分别为　

０．５ｍｏ１　、１．０　ｔｏｏｌ　、１．５　ｍｏｌ　、２．０　ｍｏｌ　、３．０　

ｍｏｌ　、４．０ｍｏｌ　。氨水滴定前Ｚ一　浓度均保持在　

０．２ｍｏｌ／Ｌ。滴定后获得的沉淀物均在６００￣Ｃ下煅烧２ｈ。对　

所得粉体进行ＸＲＤ测试，测试结果及分析结果如表１及图　

２所示。　

从图２中可以看到，随着Ｙ２　含量的增加，样品中单斜　相的含量逐渐减少，在Ｙ２（　的含量为２．０ｍｏｌ　时，样品的　

基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１１７５０６２／Ａ０５０４０６）　＊作者简介：孙锐（１９８７－－），男，硕士研究生。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｕｎｒｕｉ４５６８＠１６３．ｃｏｒｎ；通讯联系人：尚勋忠（１９７２－－），男，博士，副　教授，主要从事压电铁电陶瓷材料及应用方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｚｓｈａｎｇ＠ｈｕｂｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　

・５０・ｈｔｔｐ：｜｜　㈣．ｃｍａｓｔｅｑ。ｃｏｌＴｔ

　中国材料科技与设备（双月刊）　共沉淀法制备部分钇稳定的二氧化锆　２０１２年・第２期　

相成分中只剩下四方相。随着钇添加量的继续增加，样品的相　

结构未发生明显变化，均为四方相。二氧化锆在常温下为单斜　

相，加入Ｙ２　后钇元素固溶于晶格中，因为钇的阳离子半径　

与Ｚ一　相近，置换锆原子后可以将四方相稳定于室温下。从　

图２中可以看到，钇的稳定作用相当明显，掺杂量发生微小的　

变化即可对粉体的相结构产生明显的改变。　

表１不同Ｙｚ　０３含量对ＹＳＺ粉体相结构的影响　

Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ｃｕｂｉｃ　ｐｈａｓｅ　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｄｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　Ｙ２　０３　

Ｙ２０３（ｍＩ　）　四方相Ｚｒ（）２　０．５　１．Ｏ　ｌ＿５　２．０　３．Ｏ　４．Ｏ　３４　４３　８２％　１００　１００　１００％　

图２不同Ｙ２　０３含量的ＹＳＺ粉体ＸＲＤ图　

Ｆｉｇ．２　ＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｄｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　Ｙ２　０３　

２．２不同Ｚｒ　。。浓度对ＹＳＺ粉体相结构的影响　

固定Ｙｚ　０３的含量为３ｔｏｏｌ　，前驱液中Ｚ一　的浓度分　

别为０．３ｍｏｌ／Ｉ…０　５　ｍｏｌ／Ｌ、１．０　ｍｏｌ／Ｌ、１．５　ｍｏｌ／Ｌ、２．０　

ｍｏｌ／Ｌ。使用氨水滴定后，获得的沉淀物在６００℃下煅烧　

２ｈ。ＸＲＤ测试结果及分析结果如图３和表２所示。　从图３中可以得出结论，前驱液中Ｚｒ４　浓度过低时，　

无法制得部分稳定的ＹＳＺ粉体。只有当前驱液中Ｚｒ４。。浓度　

高于０．２ｍｏｌ／Ｉ　时，可以制得将四方相稳定于常温下的　

ＹＳＺ粉体。　

对于此结果，推测产生原因为使用的前驱液中Ｚｒ４一浓　

度过低时，不利于反应的进行，Ｚｒ４　的沉淀析出不够彻底，　

最终导致Ｚｒ与Ｙ的元素比发生偏离，Ｙ的掺入量偏大，因　

此制备的样品为全稳定的二氧化锆粉体。　

２０　３０　４０　５０　６０　７０　８０　２ｏ　

图３不同Ｚｒ４　浓度下制备的ＹｓＺ粉体）【１　Ｄ图　

Ｆｉｇ．３　ＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　

ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｚｒ４　表２不同锆液浓度对ＹＳＺ粉体相结构的影响　

Ｔａｂ．２　Ｔｈｅ　ｃｕｂｉｃ　ｐｈａｓｅ　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　

ｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｚ一　

四方相ＺｒＯｚ　

１００％　

７５％　

７７　

７９　

８３％　

８Ｏ　

２．３不同煅烧温度对ＹＳＺ粉体相结构的影响　

选取前驱液中Ｚｒ４　浓度为１＿０ｍｏｌ／Ｌ，Ｙ　０３的添加量　

为３ｍｏｌ　。对于获得的白色沉淀进行了不同温度下的煅烧　

处理。煅烧温度分别为６００℃、８００℃、１０００℃、１２００℃。　保温时间均为２ｈ。对最终获得的ＹＳＺ粉体，ＸＲＤ测试结　

果及分析结果如图４和表３所示。　

ｋ＾．．．…一－．．．　Ｌ一　１　２０…０＂Ｃ…２ｈ．　～＾　－一Ｉ‘＾　．　＾岫　０　

、　Ｉ＿－＿－Ｉ　蚺＾　－－＂　＿　６Ｏ０℃２ｈ　Ｈ　—－．—　－ｈ．．、＾－一－一’一．－　ｄ　２Ｏ　４Ｏ　２０　６０　８０　

图４不同煅烧温度处理的ＹＳＺ粉体ＸＲＤ图　

Ｆｉｇ．４　ＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｃａｌｃｉｎｅｄ　

ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　表３不同煅烧温度对ＹｓＺ粉体相结构的影响　

Ｔａｂ．３　Ｔｈｅ　ｃｕｂｉｃ　ｐｈａｓｅ　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　

ｃａｌｃｉｎｅｄ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　

煅烧条件　四方相ＺｒＯｚ　

６００℃２ｈ　

８００℃２ｈ　

１０００℃２ｈ　

１２００℃２ｈ　８７％　

８Ｏ　

６６　

７６　

从表３中可以看到，温度对ＹＳＺ粉体的相结构无明显　

的影响。但是四方相含量出现少许下降的趋势。这可能是　

由于随着处理温度的升高，晶粒的生长更加完整所致。从　

图４中可以观察到，随着温度的升高，单斜相衍射峰强度　

有所提高，说明晶粒结晶度提高。　

从２．１、２．２、２．３中可以看到，二氧化锆单斜相的衍　

射峰相对强度普遍较低，对此可以从粉末衍射卡中给出的　

不同相结构下二氧化锆与氧化铝的衍射峰强度之比得到解　

释。二氧化锆与氧化铝按１：１混合后进行测试时，四方相　

二氧化锆与氧化铝的强度之比为１Ｏ．２６，而单斜相二氧化　

锆与氧化铝的强度之比为２．６．可见，四方相二氧化锆的衍　

ｈｔｔｐ：／／ｕ￣ｗ．ｃｍａｓｔｅｑ．ＣＯＯｌ・５１・　２　３　５　Ｏ　５　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｌ　１　

２　２０１２年・第２期　技术与研究　中国材料科技与设备（双月刊）　

射峰强度是远高于单斜相二氧化锆的。因此单斜相二氧化　

锆的衍射峰的相对强度偏低是正常的。　

２．４粉体形貌表征　

如图５所示，所制备的粉体团聚度较高，但是单个晶　

粒大小均在ｌＯＯｎｍ左右。对于粉体颗粒间较高的团聚作　

用，可能是由于颗粒尺寸较小，粉体表面活性能高，所以　

颗粒之间容易相互吸引，从而聚集为更大的颗粒。　

图５　ＹＳＺ粉体的ＳＥＭ图　

Ｆｉｇ．５　ＳＥＭ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ　ｏｆ　ＹＳＺ　ｐｏｗｄｅｒｓ　

３　结论　

本实验采用ＺｒＯＣ１ｚ・８ＨｚＯ和Ｙｚ（）。的硝酸溶液制备　

了部分钇稳定的ＹＳＺ一一一３ｍｏｌ　Ｙｚ０。的样品，在ＸＲＤ　测试结果中观察到了室温下存在的四方相。通过实验确定　部分钇稳定的二氧化锆粉体的较佳工艺条件为：前驱液中　

Ｚｒ４一浓度高于０．２ｍｏｌ／Ｌ，Ｙ２　Ｏ３含量为３ｍｏｌ　，煅烧温度　

为６００℃，保温２ｈ。　参考文献：　［１］Ｘｉｎ　Ｘ　Ｓ，ＩＡｉ　Ｚ，ｅｔ　ａ１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｈａｒａｃｔ—ｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ＹＳＺ　ｂｙ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｌｅｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．［Ｊ］．Ｊｏｕｒａｎｌ　ｏｆ　Ａｌｌｏｙｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　２００６，４２５：６９　７５　［２］Ｌｉｎ　Ｊ　Ｄ，Ｄｕｈ　Ｊ　Ｇ．ｃ０ｒｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｈｙ—ｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａｆｉｎ　５．５ｍｏｌ　Ｃｅ０２—２ｍｏｌ　Ｙ（）１．ｊ—Ｚｒ（）２　Ｐｏｗ—　ｄｅｒｓ．［Ｊ］．Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ，１９９７，８０：９２—９８　［３］Ｍｉａｏ　ｘ　Ｇ，Ｓｕｎ　Ｄ　Ｄ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｙ—ＴＺＰ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｎ　

ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｉｔａｎｉａｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．［Ｊ］．　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００９，３５：２８１—２８８　［４３　Ｌｅｅ　Ｈ　Ｅ，Ｄｕ　ｊ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　２　ｍｏｌ　Ｙｚ（）ｓ—ＰＳＺ　Ｎａｎｏｐｏｗｄｅｒｓ　Ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ａ　ｃ０ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅ—ｓｓ．　ＥＪ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｎ—Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｓｏｌ　ｉｄｓ，２０１１，３５７：２１０３—２１０８　［５］Ｒａｍａ　Ｒａｏ　Ｇ　Ｖ，Ｒａｍａｋｒｉｓｈｎａｎ　Ｋ　Ｎ，ｅｔ　ａ１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉａｌｌｙ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　ｂｙ　ａ　ｓｏｌ—ｇｅｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ．［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９５，２２：７１　７５　［６］Ｘｕ　Ｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｙ，ｅｔ　ａ１．ＨｙｄｒｏｔｈｅｒａｍａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　Ｗｅａｋｌｙ　

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氧化锆粉体的几种制备方法

氧化锆粉体的⼏种制备⽅法

1.共沉淀法

共沉淀法因其操作简单、反应过程易控制、成本低等原因⽽成为⽬前制备纳⽶氧化锆最常⽤的⽅法。该⽅法的具体过程是：添

加部分稳定剂（如Y(NO3)3）和分散剂（如PEG2000等），将可溶性的锆盐（ZrOCl2?8H2O、ZrCl4或Zr(NO3)4等）制成盐

溶液，往该盐溶液中逐渐添加沉淀剂（如NH3?H2O、NaOH、H2NCONH2），并合理地控制pH值，经反应沉淀析出氢氧化

锆凝胶和氢氧化钇凝胶，然后再经过陈化、过滤、⽔洗、醇洗、⼲燥、煅烧等过程，从⽽制得氧化锆粉体。2.⽔热法

⽔热法的具体过程是：将可溶性的锆盐（如ZrOCl2?8H2O、ZrCl4等）和氨⽔混合，控制溶液pH值，经反应获得氢氧化锆凝

胶，再经过滤、洗涤、⼲燥，制得⽔热前躯体，将蒸馏⽔和⽔热前躯体混合，控制⽔热条件获得⽔热产物，再经过滤、洗涤、

⼲燥获得ZrO2粉体。3.微乳液法

微乳液法的具体过程是：将ZrOCl2?8H2O和Y(NO3)3的⽔溶液与氨⽔分别和⼗六烷基三甲基溴化铵和正⼄醇的混合物混合，

形成反胶团溶液，再将该反胶团溶液混合，再经搅拌、反应沉淀、过滤、洗涤、⼲燥、焙烧制得氧化锆粉体。4.电熔法

电熔法制备氧化锆粉体,因其⼯艺简单、污染⼩、成本低等特点⽽成为⽬前制备氧化锆的⼀种有效的⽅法。⽬前电熔法制备氧

化锆的主要过程是：将含锆矿⽯（如锆英⽯砂等）、碳素含有物（如⽯墨、焦炭等）、稳定剂（氧化钇、氧化钙等）、澄清剂

（铁、氧化铝等）等混合均匀，然后进⾏电炉熔炼，在电弧炉的⾼温下熔融成液相，将熔融液冷却、后期粉碎加⼯处理，获得

氧化锆粉体。5.其他

还有⼀些其他的⽅法也⽤于氧化锆粉体的制备。如溶胶-凝胶法等。

三氧化二钇稳定二氧化锆

三氧化二钇（Yttrium oxide，Y2O3）是一种重要的稀土金属氧化物，它具有广泛的应用价值。同时，二氧化锆（Zirconium dioxide，ZrO2）也是一种重要的氧化物，具有优异的物理和化学性质。本文将重点介绍以三氧化二钇稳定二氧化锆（Yttria-stabilized

zirconia，YSZ）的相关内容。

我们来了解一下三氧化二钇和二氧化锆的基本特性。三氧化二钇是一种白色固体粉末，具有高熔点、高硬度和良好的热稳定性。它是一种重要的稀土氧化物，广泛应用于电子、光电和材料科学等领域。而二氧化锆是一种白色结晶固体，具有高熔点、高硬度和良好的耐腐蚀性。它在陶瓷、电子、生物医学等领域有着广泛的应用。

三氧化二钇稳定二氧化锆（YSZ）是通过将三氧化二钇掺杂到二氧化锆晶格中形成的固溶体。由于三氧化二钇的离子半径较大，它可以部分取代二氧化锆晶格中的锆离子，形成稳定的结构。这种稳定的结构使得YSZ具有许多独特的性质和应用。

YSZ具有优异的导电性能。它是一种离子导体，能够在高温下传导氧离子。这种特性使得YSZ在固体氧化物燃料电池（Solid Oxide

Fuel Cell，SOFC）、氧化铝电解池等能源转换和储存设备中得到广泛应用。在SOFC中，YSZ作为电解质材料能够在高温下传导氧离子，实现燃料气体的电化学反应，将化学能转化为电能。

YSZ具有优异的热稳定性和化学稳定性。它能够在高温下保持结构的稳定性，并且能够抵抗化学腐蚀。这使得YSZ在高温熔体电解池、高温炉和电子器件等领域有着广泛的应用。在高温熔体电解池中，YSZ作为电解质材料能够在高温下传导氧离子，实现熔融盐的电解和分解，从而实现金属的提取和精炼。

YSZ还具有优异的机械性能和热膨胀性能。它具有高硬度和优异的抗磨损性能，能够耐受高温和高压环境的考验。这些特性使得YSZ在陶瓷制品、热障涂层和高温结构材料等领域得到广泛应用。在陶瓷制品中，YSZ作为添加剂能够提高陶瓷的强度和耐磨性，使其具有更好的性能和寿命。

氧化钇稳定二氧化锆的制备及表征

第４期　牟晓磊，等：氧化钇稳定二氧化锆的制备及表征　・２３・　

氧化钇稳定二氧化锆的制备及表征　

牟晓磊，胡丽杰，陈　志，孙国新　

（济南大学化学化工学院，山东济南２５００２２）　

摘要：以氯氧化锆为前躯体，尿素为沉淀剂，采用溶胶一凝胶法结合超临界ＣＯ２干燥进行了氧化钇稳定二氧化锫的制备。并通过　ＸＲＤ、ＴＧ—ＤＴＡ、ＢＥＴ、ＦＴ—ＩＲ等方式对所制备的样品进行表征。结果显示，经过不同温度煅烧的样品都呈现出四方相氧化锆特　性。４００℃煅烧样品的比表面积高达１２０．２５　ｍ。／ｇ。　、　－　关键词：氧化钇；二氧化锆；稳定化　中圈分类号：ＴＢ３８３；ＴＱ４２４．２９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８－ｏ２１ｘ（２ｏｌ１）０４—００２３—０４　

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｙｔｔｒｉａ－－ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｚｉｒｃｏｎｉａ　

ＭＵ　Ｘｉａｏ—Ｌｅｉ，ＨＵ　Ｌｉ一　，ＣＨＥＮ　Ｚｈｉ，ＳＵＮ　Ｇｕｏ—ｘｉｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｊｉｎａｎ，Ｊｉｎａｎ　２５００２２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｙｔｔｒｉａ—ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｓｏｌ—ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｗｉｔｈ　

ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２　ｆｌｕｉｄ—ｄｒｙｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｕｓｅｄ　ＺｒＯＣＩ２・８　Ｈ２　０　ａｓ　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ，ｕｒｅａ鹪ｐｒｅｃｉｐｉｔａｎｔ　ａｎｄ　

ｙｔｔｒｉａ　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＸＲＤ，ＴＧ—ＤＴＡ，ＢＥＴ　ａｎｄ　Ｆｒ—ＩＲ　

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｙｔｔｒｉａ—ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　ｃａｌｃｉｎｅｄ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ　ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ　ｐｈａｓｅ　ｃｒｙｓｔａｌｓ．Ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｌｃｉｎｅｄ　ａｔ　４ＯＯ℃ｗａｓ鹊ｈｉ曲　ａｓ　１２０．２５　ｍ２／ｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｙｔｔｒｉａ；ｚｉｒｃｏｎｉａ；ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　

钇稳定氧化锆有啥奥秘？

氧化锆作为性能优异的结构材料和功能材料，具有⾼硬度、⾼强度、极⾼的耐磨性、良好的化

学稳定性、热稳定性及优异的⽣物相容性等优点，同时，还具有带隙宽、介电常数⾼、折射率

⾼等性能，使其⼴泛地应⽤于功能陶瓷材料、电⼦陶瓷材料、耐⽕材料及⽛齿修复材料等领

域。

但是，所有的陶瓷材料都有⼀个致命缺陷，就是韧性不⾜，需要加⼊稳定剂或其它⽅法来改善

其韧性，⽽加⼊稳定剂形成稳定氧化锆稳定氧化锆是最常⽤的⽅法之⼀。

钇稳定氧化锆的性能是如何提升的

纯ZrO2从⾼温冷却到室温的过程中将发⽣如下相变：⽴⽅相(c)→四⽅相(t)→单斜相(m)，其中在

1150℃左右会发⽣t到m相变，并伴随约5%的体积膨胀。如果将ZrO2的t→m相变点稳定到室温，

使其在承载时由应⼒诱发产⽣t→m相变，由于相变产⽣的体积效应⽽吸收⼤量的断裂能，从⽽使

材料表现出异常⾼的断裂韧度，产⽣相变增韧，获得⾼韧性、⾼耐磨性。

要实现相变增韧，必须添加⼀定的稳定剂并适当控制烧结⼯艺，将⾼温稳定相—四⽅相亚

稳⾄室温，获得室温下可相变的四⽅相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作⽤稳⾄室温，获得室温下可相变的四⽅相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作⽤。稳定⾄室温

的四⽅相是应⼒诱导相变的前提条件，所以该过程是氧化锆陶瓷获得优良性能的关键，这也⼀

直是氧化锆结构陶瓷材料研究的重要内容。

稳定剂中稳定效果最好同时也是最常⽤的是Y2O3。

钇稳定氧化锆的制备⽅法

共沉淀法

含有多种阳离⼦的溶液中加⼊沉淀剂后，所有离⼦同时沉淀的⽅法称为共沉淀法。⼀般在可溶

性锆盐和钇盐的混合⽔溶液中，加⼊氨⽔、苛性钠、(NH4)2CO3或尿素等碱性物质，从⽽⽣成锆

和钇的氢氧化物沉淀，然后对沉淀物经洗涤、⼲燥、热处理、粉碎即得超细粉末，该法不仅⼯

艺简单，对设备要求不⾼，成本低，重复性好，⽽且可制得各种晶型的氧化物粉体，最⼩粒径

可达数⼗纳⽶，化学均匀性良好，易烧结，纯度⾼，既适合于实验室规模也可以扩⼤⾄⼯业规

共沉淀法制备氧化锆流程

一、引言

氧化锆是一种重要的无机功能材料，具有高熔点、高硬度、抗腐蚀性好等特点，在航空航天、能源、医疗等领域有广泛的应用。共沉淀法是一种常用的制备氧化锆的方法，其原理是通过在溶液中加入适当的沉淀剂，使氧化锆离子与沉淀剂产生反应生成氧化锆沉淀，然后通过分离、洗涤和干燥等步骤得到纯净的氧化锆产品。

二、实验材料与仪器

1. 实验材料：硝酸锆、氢氧化铵、蒸馏水

2. 实验仪器：磁力搅拌器、离心机、烘箱、天平、玻璃容器、滤纸、玻璃棒等。

三、实验步骤

1. 准备溶液：将一定量的硝酸锆溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到质量浓度为C1的硝酸锆溶液。

2. 沉淀剂的制备：将适量的氢氧化铵溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到质量浓度为C2的氢氧化铵溶液。

3. 沉淀反应：将C1和C2溶液按一定的摩尔比例缓慢滴加到反应容器中，同时用磁力搅拌器保持搅拌，控制反应温度和pH值。

4. 沉淀分离：将反应后的溶液放置一段时间，使氧化锆沉淀完全形成，然后使用离心机将沉淀与上清液分离。 5. 沉淀洗涤：将沉淀用蒸馏水进行反复洗涤，以去除杂质。

6. 沉淀干燥：将洗涤后的沉淀放入烘箱中进行干燥，直至得到稳定的干燥重量。

7. 沉淀烧结：将干燥后的氧化锆沉淀进行烧结处理，提高其致密度和力学性能。

四、实验注意事项

1. 在实验过程中要严格控制反应温度和pH值，以保证产物的纯度和性能。

2. 沉淀剂的添加速度要适当，过快或过慢都会影响沉淀的形成。

3. 沉淀的分离和洗涤过程要注意操作的轻柔，以避免沉淀的破碎和损失。

4. 沉淀的干燥温度和时间要适宜，过高的温度会使沉淀发生相变，过长的时间会导致氧化锆颗粒的粘连。

5. 沉淀的烧结过程要控制好烧结温度和时间，以避免过高温度引起氧化锆颗粒的生长和过长时间引起颗粒的破碎。

五、实验结果与讨论

通过共沉淀法制备的氧化锆样品经过粒径分析和X射线衍射分析，得到其颗粒大小和晶体结构等信息。实验结果表明，制备的氧化锆样品颗粒均匀细小，晶体结构完整，具有良好的物理化学性能。

氧化钇锆(中)

上海加成化工有限公司

SHANGHALI CHEMSON CHEMICALS CO., LTD.

氧化钇部分稳定氧化锆和氧化钇全稳定氧化锆

化学名称:氧化钇锆

分子式: ZrO2 +Y2O3

CAS#：1234-23-4

技术指标

产品型号外观 Zr(Hf)O2,% Y2O3,% Fe2O3，% Na2O,% Al2O3,% 平均团聚粒径

(μm) 比表面积

(m2/g)

CH-PSZ 白色粉末 94.5 5.0﹣5.4 0.005 0.01 ﹣ 0.5-0.8 <10

CH-PSA 白色粉末 91.0 8.0﹣8.7 0.01 0.01 0.25 0.5--1.0 <10

CH-PSY 白色粉末 86.0 13.2﹣13.7 0.003 0.01 ﹣ 0.5 -1.0 >15

注：有粉末和造粒两种产品，其他指标可以订做

用途: 主要用于制造机械部件、刀具、表壳等结构陶瓷、生物陶瓷、功能陶瓷高科技领域

贮存: 密封贮存于干燥环境中

包装: 粉末产品—内衬聚乙烯膜袋，净重25Kg/袋

共沉淀法制备四方相钇稳定氧化锆粉末的研究（可编辑）

共沉淀法制备四方相钇稳定氧化锆粉末的研究

维普资讯 ////0>.年爿日琼州大学学报

第卷第期

、 . ..【 . 共沉淀法制备四方相钇稳定氧化锆粉末的研究

陈爱东广东肇庆市风华电子工程开发有限公司,广东肇庆

摘要:用射线衍射分析研究了共沉淀务件和煅烧务件对掺钇氧化锆粉体相

组成的影响,结果炙明, 锆液浓度、钇的掺量和值对晶体的结构都有影响,实验得出了最佳的工艺

务件关键词:共沉淀法;氧化锆粉体;最佳工艺每件

中图分类号:. 文献标识码: 文章编号: ? ? ?. . 采用 : 氨水进行反

滴定。前言

. . 将沉淀物、用去离子水由于氧化锆陶瓷具有优良的热性能、机械性能、

洗涤,洗至无、

电性能以及高的耐磨损、耐腐蚀性,在机械工业、电 . . 将洗涤后的沉淀物放入烘箱中,于

子工业、航空工业等许多领域得到广泛应用。但是, 下烘干.

氧化锆陶瓷由于在冷却过程中发生由四方相向单斜 . . 将沉淀物煅烧,得到含钇的氧化锆粉体.

相的马氏相变,同时伴随 %一 %的体积增加,从

、分析测试而导致瓷件开裂,因此无法用纯氧化锆粉来制备大

. . 射线衍射分析用日本产 / 一型的部件,必须进行晶型稳定化处理。经研究表明,在

一射线衍射仪对制备的粉体进行相结构分析,测试

氧化锆中添加少量的、、等氧化物作为条件为:选用靶材为 .埃 ,衍射角的稳定剂,避免在低温产生单斜相的相变,

从度为。,扫描步进速率为。 .

而有效地稳定氧化锆的四方相.其中,以添加

. . 热分析用德国萘茨公司的综合 % 效果最佳。同时由于稳定的热分析仪测试,选用空气气氛,升温速率为 / .,陶瓷具有很高的室温强度

和断裂韧性而引起结果与讨论

了人们的广泛关注,尤其是近年来发展起来的陶瓷

. 锆液不同浓度对氧化锆粉体相结构的影响更为引人注目.因此深入研究制备方法即共沉淀条

选用掺钇%的锆液进行实验,沉淀物经过件对相结构的影响,对于获得稳定四方相的氧

共沉淀法制备稳定二氧化锆粉体工艺简介

共沉淀法制备稳定⼆氧化锆粉体⼯艺简介

⼆氧化锆具有多晶型的相结构，随温度变化产⽣不同的晶相，低温为单斜相（m-ZrO2），⾼温为四⽅相（t-ZrO2），更

⾼温度为⽴⽅相（c-ZrO2）。由于晶相转变引起体积效应变化很⼤，容易造成耐磨陶瓷衬板、耐磨陶瓷管道龟裂，所以ZrO2必须经稳定化处理，改变相的性质，稳定相结构，才能在特种陶瓷⾏业应⽤。为稳定ZrO2的晶型结构，需要在ZrO2体系中加⼊离⼦半径与Zr相近、性质相似的物质作稳定剂，常见的有Y2O3、CeO2、CaO等。部分稳定氧化锆具有增韧的特性，是结构陶瓷的重要材料。⽬前制备稳定⼆氧化锆粉体最常见的⼯艺是共沉

淀法。共沉淀法是在氧氯化锆（ZrOCl2•8H2O）和稳定剂（⼀般为YCl3）的⽔溶液混合物中加⼊氨⽔（NH3•H2O）等碱性物，

以获得两者氢氧化物的共沉淀产物。沉淀物经洗涤、⼲燥得到胶态⾮晶体，于⼀定温度下煅烧成粉末。在共沉淀制备稳定ZrO2的过程中，物料浓度、沉淀pH值、沉淀物洗涤、⼲燥⼯艺和煅烧温度等是影响粉末性能的主要因素。共沉淀法⼯艺简单、制备的粉末纯度⾼、粉末性能优异，能满⾜绝⼤多数结构陶瓷的⽣产，故此法应⽤⼴泛。但该法最⼤

的缺点是反应过程中易产⽣团聚，制备的粉末分散性较差。为避免粉末团聚，制备过程中需要加⼊相应的表⾯活性剂来改善和控制粉末的分散性和粒径。

钇稳定纳米氧化锆的制备工艺研究

２２　无机盐工业　ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ　ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　第４４卷第１期　２０１２年１月　

钇稳定纳米氧化锆的制备工艺研究木　

张旺玺，袁祖培，王艳芝　（中原工学院材料与化工学院，河南郑州４５１　１９１）　

摘要：用溶胶一凝胶法制备了钇稳定纳米氧化锆（ＹＳＺ），系统研究了沉淀剂滴加方式、锆离子浓度、溶剂、干　燥方式和煅烧温度对产物性能的影响，并采用ＦＴ—ＩＲ、ＴＧ—ＤＳＣ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等对前驱体干凝胶粉末和产物进行了　表征。结果表明：以水作溶剂，采用正加方式，选择锆离子浓度为０．５　ｍｏＬ／Ｌ，真空干燥，５５０　ｏＣ煅烧２　ｈ，可得到粒径　为３９　ａｍ左右、组分为单一四方相的ＹＳＺ粉体。　关键词：溶胶一凝胶法；纳米二氧化锆；钇　中图分类号：ＴＱ１３４．１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４９９０（２０１２）０１—００２２—０４　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｙｔｔｒｉａ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　

Ｚｈａｎｇ　Ｗａｎｇｘｉ，Ｙｕａｎ　Ｚｕｐｅｉ，Ｗａｎｇ　Ｙａｎｚｈｉ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ　Ｅ　钾　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５１１９１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｙｔｔｒｉｕｍ　ｄｏｐｅｄ　ｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄ　ＺｒＯ２（ＹＳＺ）ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｓｏｌ—ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｉｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｙ　ｏｆ　ｐｒｅ—　ｃｉｐｉｔａｎｔ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ　ｉｏｎｓ，ｓｏｌｖｅｎｔｓ，ｄｒｙｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｃａｌｃｉｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｏｆｆ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｗｅｒｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　ｄｒｉｅｄ　ｇｅｌ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＦＴ—ＩＲ，ＴＧ—ＤＳＣ－ＸＲＤ，ａｎｄ　ＳＥＭ．Ｉｔ　Ｗａｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎｄ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　３９　ａｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｓｙｎ—　ｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ｕｓｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ａｓ　ｓｏｌｖｅｎｔ，ｃｈｏｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｔｉｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｙ，ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｚｉｒｃｏ—　ｎｉｕｍ　ｉｏｎｓ　Ｗａｓ　０．５　ｍｏｌ／Ｌ。ｔｈｅ　ｇｅｌ　ｗａｓ　ｄｒｉｅｄ　ｉｎ　ｖａｃｕｕｍ　ｏｖｅｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｒｉｅｄ　ｇｅｌ　ｗａｓ　ｃａｌｃｉｎｅｄ　ａｔ　５５０℃ｆｏｒ　２　ｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌ—ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ；ｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄ　ｚｉｒｃｏｎｉａ；ｙｔｔｒｉｕｍ　