理想的ZrO₂粉體是：①粒度為亞微米級或更細(xì)；②形狀為等球形；③無團(tuán)聚；④純度高，化學(xué)組成均勻；⑤粒度分布窄。其中，純度和粒度是標(biāo)志粉體性質(zhì)的決定因素。因此，研制高純超細(xì)優(yōu)質(zhì)ZrO₂粉體就成了國內(nèi)外精細(xì)陶瓷研究者十分關(guān)注的課題之一。

納米氧化鋯液體(溶劑)

國內(nèi)外有許多方法用于制備氧化鋯超細(xì)顆粒，大致分為氣相法、液相法和固相法，細(xì)分之后不計(jì)其數(shù)。小編查閱各類文獻(xiàn)，整理出本文，簡述了其中較為常見的11種制備氧化鋯方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.液相反應(yīng)沉淀法

液相反應(yīng)沉淀法即從溶液中通過沉淀獲得前驅(qū)體顆粒的方法簡單、安全且低耗，因成本低、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn)。然而，采用這種傳統(tǒng)的方法所獲得的粉末具有不規(guī)則形狀以及較寬顆粒尺寸分布。

2.均勻沉淀法

均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子在溶液中緩慢、均勻地釋放出來，此時(shí)加入的沉淀劑不是立刻與沉淀組分發(fā)生反應(yīng)，而是通過化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑在整個(gè)溶液中緩慢地生成，從而有效地降低了反應(yīng)物的濃度梯度，對納米粒子粒徑分布有所控制。該方法化學(xué)反應(yīng)過程簡單；成本低；易于規(guī)模化生產(chǎn)。但均勻沉淀法的整個(gè)沉淀反應(yīng)發(fā)生在水溶液中，難以控制顆粒的長大和團(tuán)聚，且顆粒的形狀也不易控制，制備過程容易團(tuán)聚，影響粉末分散性能。

3.乳液法

采用乳液法可將金屬鹽溶解在被油相包圍的帶表面活性劑的水核中，在水核中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所產(chǎn)生的微粒呈球形，粒徑小且均勻，滿足制備陶瓷原料的要求，故目前從乳液中制備納米粉末的報(bào)道較多。然而，采用這種方法需要將含有待沉淀離子的微乳液與含有沉淀劑的另一種微乳液或一般溶液、固體甚至氣體進(jìn)行混合。在混合過程中難免產(chǎn)生一定的濃度梯度，使微乳液的水核處于不同的微觀環(huán)境中，造成水核的大小、水核本身及產(chǎn)物粒子的穩(wěn)定性等發(fā)生不同程度的變化，致使微乳液中不同區(qū)域沉淀反應(yīng)進(jìn)程不同步，從而使合成的納米粒子粒徑分布變寬。同時(shí)，微乳液中作為反應(yīng)產(chǎn)物而存在的水相含量往往相對較少，且使用的有機(jī)溶劑價(jià)格偏高，這樣使納米粉末的生產(chǎn)成本過高。

4.水熱合成法

水熱合成法是在一個(gè)反應(yīng)釜中進(jìn)行全過程，所以產(chǎn)品純度高，團(tuán)聚程度低，粉末分散好，粒度極細(xì)，可達(dá)到納米級，而且粒度分布窄。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜昂貴，條件苛刻，能耗大，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

5.電化學(xué)法

電化學(xué)法能制備出分散性很好的納米氧化鋯晶核，經(jīng)熱處理可獲得結(jié)晶完好四方相納米氧化鋯晶體，粉體初級平均粒徑為7.6nm。但是目前只限于實(shí)驗(yàn)室階段，并未投入工廠生產(chǎn)。

6.撞擊流管式反應(yīng)新工藝

不同于傳統(tǒng)工藝，該工藝?yán)米矒袅鬟M(jìn)料，采用高效微觀混和管式反應(yīng)器；管式反應(yīng)器的獨(dú)特設(shè)計(jì)克服了返混，強(qiáng)化了過程的微觀混合，實(shí)現(xiàn)了均勻成核，使得成核過程易于控制，提高了工藝的可控性。用該工藝結(jié)合醇熱處理表面改性制備的超細(xì)氧化鋯粉體，平均粒徑約為14nm，該粉體干燥煅燒后呈蓬松狀，無硬團(tuán)聚的發(fā)生，可生成粒度分布非常窄的納米氧化鋯粉體。該方法過程簡單，易于工業(yè)化大生產(chǎn)。

7.高溫噴霧熱解法

本法將噴霧干燥和分解合成工藝合并一起，使工藝過程簡化，又可減少合成過程中粉體的聚集，得到顆粒均勻，活性高，粒度分布特別窄的ZrO2粉體。

氧化鋯造粒粉系列產(chǎn)品（以噴霧排干的顆粒形式造粒生產(chǎn)）

8.冷凍干燥法

首先將適當(dāng)?shù)柠}溶液霧化，然后使其迅速冷凍，形成分散度良好的粉末，并在冷凍狀態(tài)下脫去溶劑，最后使分散狀態(tài)的鹽顆粒在相對較低的溫度下轉(zhuǎn)化成高活性ZrO2粉體。不言而喻，這類方法所得ZrO2粉體優(yōu)于其它一切方法，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的，即設(shè)備復(fù)雜昂貴，所用溶液的配制也是困難而復(fù)雜的問題。

9.爆炸法

爆炸法是近幾年新工藝，其優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)納米晶的快速制備，形成粒度極細(xì)的氧化鋯粉體，但是其溫度梯度過大，造成能耗也很多。

10.固相懸浮研磨法

它主要是利用球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)使磨球?qū)υ线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌，將其粉碎為納米顆粒。研磨時(shí)，液體介質(zhì)形成微乳液，固相反應(yīng)物被包裹在微乳液膠束中進(jìn)行，并且懸浮在液相中。該方法克服了液相反應(yīng)中化學(xué)計(jì)量比不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)又解決了簡單固相反應(yīng)中反應(yīng)均勻性差的問題。

氧化鋯球磨珠

11.溶膠一凝膠法

溶膠-凝膠法(Sol-Gel法)從原料上講，這種方法類似于沉淀劑法和水解法。采取溶膠一凝膠法可制備球形的納米陶瓷顆粒，生成粒度細(xì)微，能達(dá)到亞微米級或更細(xì)；顆粒形態(tài)為等軸球形；無團(tuán)聚體；純度高、化學(xué)組成均勻；粒度分布窄。由此可見，溶膠-凝膠法是目前最理想、最具使用價(jià)值的制粉方法。然而，其原材料昂貴，因而無法用于大規(guī)模生產(chǎn)。

我國目前年產(chǎn)氯氧化鋯4萬噸以上，其中大部分以初級原料出口，同時(shí)每年要進(jìn)口大約幾十噸高檔包括超細(xì)氧化鋯粉體用于生產(chǎn)氧傳感器和濕敏器。當(dāng)前我國氧化鋯粉體產(chǎn)業(yè)基本上“精進(jìn)粗出”，迫切需要開發(fā)氧化鋯粉體制備新工藝，特別是具有高附加值的納米氧化鋯粉體制備技術(shù)。

粉體圈 作者：小黑楊

參考文獻(xiàn)

[1]覃家源,閉俊東,胡小兵,韋韡,黃文九.納米氧化鋯粉體制備的研究新進(jìn)展[J].化工技術(shù)與開發(fā),2011,(09):33-35.

[2]常鷹,李溪濱.球形納米氧化鋯粉末的制備[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,(01):46-50.

[3]王星明,段華英,張碧田,張明賢,龔述榮,潘得明,王力軍.撞擊流管式反應(yīng)制備超細(xì)氧化鋯粉體[J].稀有金屬,2003,(01):148-150.

[4]高宏,茍文禮,王修慧.高純超細(xì)ZrO_2粉體制備技術(shù)歷史與現(xiàn)狀[J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),1997,(03):46-50.