СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01G25/02 

Изобретение относится к технологии получения тонкодисперсных порошков диоксида циркония, применяемых в производстве высокопрочных материалов конструкционного и функционального назначения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения порошков диоксида циркония, в том числе и стабилизированного, принятый за прототип и заключающийся в том, что азотнокислый раствор циркония подвергают термическому разложению в высокотемпературном плазменном теплоносителе с последующим выделением порошка диоксида циркония из образующейся пылегазовой смеси.

Основным недостатком данного способа является получение порошка с частицами, состоящими в основном из полых поликристаллических сфер. Порошки с такой формой частиц перед спеканием должны быть размолоты, либо раздроблены для приобретения ими чешуйчатой формы, которая способствует их плотной упаковке и получению из них высококачественной керамики.

Задача изобретения получение тонкодисперсных порошков стабилизированного диоксида циркония с чешуйчатой формой частиц, не требующих их предварительного размола.

Это достигается тем, что соль оксинитрата циркония обрабатывают дистиллированной водой из расчета содержания циркония в смеси 100 150 г/л. Полученную суспензию нагревают до температуры 65 70^oС, в результате чего образуется коллоидный раствор тонкодисперсный золь солей циркония. Затем растворяют оксид иттрия. В процессе растворения оксида иттрия температура коллоидного раствора скачкообразно увеличивается до 80 100^oС. Раствор охлаждают, фильтруют и подвергают плазменной термообработке.

Получение тонкодисперсного порошка стабилизированного диоксида циркония с чешуйчатой формой частиц осуществляли следующим образом 10 кг предварительно измельченного оксинитрата циркония с содержанием оксида циркония в соли 3,1 кг размешивали в дистиллированной воде из расчета получения объема смеси 20 л. Полученную смесь нагревали до температур 65 70^oС, после чего в коллоидный раствор циркония вводили 535 г оксида иттрия, при этом температура скачкообразно увеличивалась до 80 90^oС. Раствор выдерживали в данном интервале температур в течение 30 60 мин при постоянном перемешивании сжатым воздухом для полного растворения оксида иттрия, затем фильтровали и подвергали денитрации в плазменной струе электродугового плазмотрона в следующих режимах работы плазмохимической установки:
Суммарная электрическая мощность 130 кВт
Плазмообразующий газ Воздух
Суммарный расход сжатого воздуха на плазмообразование 30 нм³/ч
Расход сжатого воздуха на распыл 4 5 нм³/ч
Расход защитного газа-азота 4 5 нм³/ч
Производительность по раствору 20 30 л/ч
В данных режимах работы установки было переработано 200 л раствора. Усредненные физико-химические характеристики полученных порошков диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия приведены в табл. 1. Там же для сравнения приведены физико-химические характеристики порошков стабилизированного диоксида циркония, полученных по способу прототипу.

Как следует из данных табл. 1, порошки, полученные по способу прототипу в основном состоят из полых поликристаллических сфер, в то время как порошки, полученные по предлагаемому способу, из чешуек (пленок), причем насыпная плотность данных порошков и их пикнометрическая плотность превышают данные характеристики порошков-аналогов соответственно в 1.8 и 1.07 раза. Удельная поверхность порошков, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу составила соответственно 9 10 и 3 5 м²/г.

Снижение температуры нагрева смеси ниже 65^oС приводит к резкому снижению скорости растворения оксида иттрия и исключает образование золя соли циркония в азотнокислом растворе, что следует из данных, приведенных в табл. 2. Методика растворения заключалась в смешении 10 г оксинитрата циркония с 18 мл воды, нагреве образующейся смеси до заданных температур и растворении при заданных температурах 0,535 г порошка оксида иттрия.

Как следует из данных, приведенных в табл. 2, в интервале температур 65
80^oС наблюдается практически полный переход циркония в виде золя в раствор и практически полное растворение оксида иттрия в нем. Совместная обработка порошка оксида иттрия с солью оксинитрата циркония водой с последующим нагревом смеси до температуры 70^oС и выше приводит к образованию плотного труднорастворимого осадка, в то время как ввод оксида иттрия в нагретый до 65 70^oС коллоидный раствор соли циркония приводит к практически полному его растворению.

Снижение суммарного содержания оксидов циркония и иттрия в коллоидном растворе приводит к уменьшению содержания чешуек в общем числе частиц порошка. В табл. 3 приведена зависимость содержания чешуек от общего числа частиц порошка от суммарного содержания оксидов циркония и иттрия в коллоидном растворе.

Из данных табл. 3 следует, что уменьшение содержания оксидов металлов в коллоидном растворе приводит к снижению содержания частиц чешуйчатой формы в порошках, а также к увеличению среднего эффективного диаметра частиц порошка независимо от их формы.

Снижение содержания оксида иттрия в коллоидном растворе также приводит к уменьшению доли частиц порошка чешуйчатой формы. Данные, полученные при переработке коллоидных растворов циркония с различным содержанием оксида иттрия, приведены в табл. 4.

Как следует из данных табл. 4, увеличение содержания оксида иттрия в коллоидном растворе соли циркония способствует образованию частиц порошка чешуйчатой формы, содержание которых достигает 90 100% при содержании оксида иттрия и растворе (порошках) 5 16% Следует отметить, что при содержании оксида иттрия в азотнокислом растворе до 5% от суммарного содержания оксидов металлов в порошках наблюдались частицы в виде кристаллитов размерами до 5 мкм в количестве 5 10% содержание которых снижалось по мере увеличения содержания оксида иттрия.

Использование: технология получения порошков стабилизированного диоксида циркония. Сущность способа: коллоидный раствор циркония, содержащий добавку иттрия разлагают в плазме. Суммарное содержание оксидов металлов в растворе 100 - 160 г/л. Содержание оксида иттрия в растворе не менее 5% от суммарного содержания оксидов металлов. Коллоидный раствор получают обработкой измельченного оксинитрата циркония водой при температуре не ниже 65^oС. Оксид иттрия вводят в нагретый коллоидный раствор соли циркония. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ получения тонкодисперсного порошка диоксида циркония, включающий плазмохимическое разложение водного раствора оксинитрата циркония, отличающийся тем, что предварительно в раствор вводят добавку оксида иттрия и разложению подвергают коллоидный раствор с суммарным содержанием оксидов металлов 100 160 г/л. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коллоидный раствор соли циркония получают обработкой измельченного оксинитрата циркония водой при температуре не ниже 65^oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксид иттрия вводят в нагретый коллоидный раствор соли циркония в количестве не менее 5% от суммарного содержания оксидов металлов в растворе.