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

納米氧化鋯液體(溶劑)

國內外有許多方法用于制備氧化鋯超細顆粒，大致分為氣相法、液相法和固相法，細分之后不計其數。小編查閱各類文獻，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。

1.液相反應沉淀法

液相反應沉淀法即從溶液中通過沉淀獲得前驅體顆粒的方法簡單、安全且低耗，因成本低、易于工業(yè)化等優(yōu)點而成為研究的熱點。然而，采用這種傳統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反應使溶液中的構晶離子在溶液中緩慢、均勻地釋放出來，此時加入的沉淀劑不是立刻與沉淀組分發(fā)生反應，而是通過化學反應使沉淀劑在整個溶液中緩慢地生成，從而有效地降低了反應物的濃度梯度，對納米粒子粒徑分布有所控制。該方法化學反應過程簡單；成本低；易于規(guī)模化生產。但均勻沉淀法的整個沉淀反應發(fā)生在水溶液中，難以控制顆粒的長大和團聚，且顆粒的形狀也不易控制，制備過程容易團聚，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)生化學反應，所產生的微粒呈球形，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、固體甚至氣體進行混合。在混合過程中難免產生一定的濃度梯度，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)域沉淀反應進程不同步，從而使合成的納米粒子粒徑分布變寬。同時，微乳液中作為反應產物而存在的水相含量往往相對較少，且使用的有機溶劑價格偏高，這樣使納米粉末的生產成本過高。

4.水熱合成法

水熱合成法是在一個反應釜中進行全過程，所以產品純度高，團聚程度低，粉末分散好，粒度極細，可達到納米級，而且粒度分布窄。缺點是設備復雜昂貴，條件苛刻，能耗大，不易實現工業(yè)化生產。

5.電化學法

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

6.撞擊流管式反應新工藝

不同于傳統工藝，該工藝利用撞擊流進料，采用高效微觀混和管式反應器；管式反應器的獨特設計克服了返混，強化了過程的微觀混合，實現了均勻成核，使得成核過程易于控制，提高了工藝的可控性。用該工藝結合醇熱處理表面改性制備的超細氧化鋯粉體，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。

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品（以噴霧排干的顆粒形式造粒生產）

8.冷凍干燥法

首先將適當的鹽溶液霧化，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，但其缺點也是顯而易見的，即設備復雜昂貴，所用溶液的配制也是困難而復雜的問題。

9.爆炸法

爆炸法是近幾年新工藝，其優(yōu)點是能實現納米晶的快速制備，形成粒度極細的氧化鋯粉體，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的轉動、振動使磨球對原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，將其粉碎為納米顆粒。研磨時，液體介質形成微乳液，固相反應物被包裹在微乳液膠束中進行，并且懸浮在液相中。該方法克服了液相反應中化學計量比不準確的缺點又解決了簡單固相反應中反應均勻性差的問題。

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，生成粒度細微，能達到亞微米級或更細；顆粒形態(tài)為等軸球形；無團聚體；純度高、化學組成均勻；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。

我國目前年產氯氧化鋯4萬噸以上，其中大部分以初級原料出口，同時每年要進口大約幾十噸高檔包括超細氧化鋯粉體用于生產氧傳感器和濕敏器。當前我國氧化鋯粉體產業(yè)基本上“精進粗出”，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。

粉體圈 作者：小黑楊

參考文獻

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