二氧化鋯ZrO2具有熔點和沸點高、硬度大、常溫下為絕緣體、而高溫下則具有導電性等優良性質。鋯英石的主要成分是ZrSiO4 ，一般均采用各種火法冶金與濕化學法相結合的工藝，即先采用火法冶金工藝將ZrSiO4 破壞，然后用濕化學法將鋯浸出，其中間產物一般為氯氧化鋯或氫氧化鋯，中間產物再經煅燒可制得不同規格、用途的ZrO2產品，目前國內外采用的加工工藝主要有堿熔法、石灰燒結法、直接氯化法、等離子體法、電熔法和氟硅酸鈉法等。

用傳統工藝制備的ZrO2 是ZrO2·8H2O化合物，是制備ZrO2超細粉和其他ZrO2制品的原料。隨著高性能陶瓷材料的發展和納米技術的興起，制備高純、超細 ZrO2粉體的技術意義重大，研究其制備應用技術已成為當前的一個熱點，現在較為通用的制備技術主要有：

化學共沉淀法和以共沉淀為基礎的沉淀乳化法、微乳液沉淀反應法的主要工藝路線是：以適當的堿液如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、尿素等作沉淀劑(控制 pH≈8~9)，從ZrOCl 2 ·8H 2 O 或 Zr(NO 3 ) 4 、Y(NO 3 ) 3 （作為穩定劑）等鹽溶液中沉淀析出含水氧化鋯 Zr(OH) 4(氫氧化鋯凝膠)和 Y(OH) 3 (氫氧化釔凝膠)，再經過過濾、洗滌、干燥、煅燒(600~900℃)等工序制得釔穩定的氧化鋯粉體。工藝流程圖如圖 1 所示：此法由于設備工藝簡單，生產成本低廉，且易于獲得純度較高的納米級超細粉體，因而被廣泛采用。目前國內大部分氧化鋯生產企業，如九江泛美亞、深圳南玻、上海友特、廣東宇田等，采用的都是這種方法。但是共沉淀法的主要缺點是沒有解決超細粉體的硬團聚問題，粉體的分散性差，燒結活性低。

圖1 中和沉淀法工藝流程圖

2. 水解沉淀法

水解沉淀法分為鋯鹽水解沉淀和鋯醇鹽水解沉淀兩種方法。

（1）鋯鹽水解沉淀法是長時間地沸騰鋯鹽溶液，使之水解生成的揮發性酸不斷蒸發除去，從而使如下水解反應平衡不斷向右移動：

然后經過過濾、洗滌、干燥、煅燒等過程制得ZrO 2 粉體。工藝流程圖如圖2所示：

圖2 鋯醇鹽水解法工藝流程圖

此法的優點是：

(1)幾乎全為一次粒子,團聚很少；

(2)粒子的大小和形狀均一；

(3)化學純度和相結構的單一性好。

缺點是原料制備工藝較為復雜,成本較高。共沉淀法和水解沉淀法的最后工序都是煅燒,其溫度越高,則粉體的晶粒度越大,團聚程度越高。 這是由于煅燒升溫過程當完成了從非晶態轉變為晶態的成核過程以后便開始了晶粒長大階段,并且晶粒中成晶結構單元的擴散速度隨溫度升高而增大,相互靠近的顆粒容易形成團聚。

3. 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是被廣泛采用的制備超細粉體的方法。 它是借助于膠體分散體系的制粉

方法，形成幾十納米以下的 Zr(OH) 4 膠體顆粒的穩定溶膠，再經適當處理形成包含大量水分的凝膠，最后經干燥脫水、煅燒制得氧化鋯超細粉。工藝流程圖如圖 3所示：

圖3 溶膠-凝膠法工藝流程圖

此法的優點：(1)粒度細微,亞微米級或更細；(2)粒度分布窄；(3)純度高,化學組成均勻,可達分子或原子尺度；(4)燒成溫度比傳統方法低 400～500℃。缺點：(1)原料成本高且對環境有污染；(2)處理過程的時間較長；(3)形成膠粒及凝膠過濾、洗滌過程不易控制。

4. 微乳液法（反膠束法）

微乳液法是利用多元油包水微乳液體系中的乳化液滴為微型反應器，通過液滴內反應物的化學沉淀來制備納米粉體的方法。其原理如圖4所示。具體制備的步驟如下：按制粉要求比例配制一定濃度的鋯鹽與釔鹽水溶液，在恒溫搖床中少量多次地將該溶液注入含表面活性劑的有機溶液中，直至有混濁現象出現。以同樣方法制備得氨水的反膠團溶液，然后把兩種反膠團溶液在常溫下混合、攪拌、沉淀、分離、洗滌、干燥，高溫焙燒 2～4ｈ，即得產品。利用該方法可制得<20ｎｍ的含釔的穩定四方相 ZrO 2 納米粉，粉體分散性能好，分布窄，生產過程較復雜，成本也較高。

圖4 微乳液法原理示意圖

5. 其他方法

隨著研究的不斷深入，一些研究者探索了新的制備超細粉的思路。如高溫噴霧熱解法、噴霧感應耦合等離子體法等，這些方法利用先進的儀器設備，生產工藝與傳統化學制粉工藝截然不同，是將分解、合成、干燥甚至煅燒過程合并在一起的高效方法。但是這些方法在如何進一步提高傳熱效率，并在保證細度的前提下，如何擴大產量、降低成本尚需進一步研究探索。

從以上可以看出，制備高純、分散性能好、粒子超細、粒度分布窄的 ZrO 2 粉體是總的發展趨勢。另外，廣泛的原料來源、簡單的操作條件也是 ZrO 2 粉體工業化大生產的必然要求。

投稿：李波濤